CN113486485A - 一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法及装置,其中方法包括:依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息;根据单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标;依据节点坐标进行正交化布局;若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。通过边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合斥力模型算法生成单线图,避免了节点—节点的重叠以及边与边之间角分辨率为零的问题,使自动生成的单线图与传统力引导算法生成的图形相比更准确,布局更合理。
Description
技术领域
本发明涉及配电自动化技术领域,特别涉及一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法及装置。
背景技术
随着配网技术发展日新月异,对于供电可靠性和运行灵活性要求不断提高,与之配套的配电网的建设与改造更加频繁。在配电网线路改造过程中,单线图是电力运行人员管控配电网安全运行的重要平台,要求其生成需要准确,布局直观,易于理解。
传统的单线图大多都是依靠组态工具进行手动绘制。因此,现场工程人员工作量大,效率低,且在较为复杂的单线图绘制过程中难免会出现失误,且难以人为发现。现有的自动成图技术普遍使用传统的力引导算法,其中通常会用到两种形式的斥力模型,节点-节点斥力模型和节点-边斥力模型,节点-节点斥力模型会导致节点和边重叠的问题,节点-边斥力模型则可能会存在边与边之间角分辨率为零的问题,这些问题导致生成的单线图不满足运维人员的需求,需要人工查找修改,特别当整个地理沿布图结构复杂时,二次人工检查调整的工作量非常大,影响工作效率和成图的准确性。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法及装置,通过边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合斥力模型算法生成单线图,避免了节点—节点的重叠以及边与边之间角分辨率为零的问题,使自动生成的单线图与传统力引导算法生成的图形相比更准确,布局更合理。
为解决上述技术问题,本发明实施例的第一方面提供了一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,包括如下步骤:
依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息;
根据所述单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标;
依据所述节点坐标进行正交化布局;
若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。
进一步地,所述依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息,包括:
在所述地理沿布图的图资系统中搜索所述线路下所有相关的分支、设备和拓扑数据;
将主节点、负荷节点和端点抽象为节点,将电气设施之间的连接关系抽象为节点之间的边,即将单线图的模型抽象为节点—边的物理模型。
进一步地,所述主节点包括电源点、馈线开关节点、T接点、线路末梢点、联络开关;
所述负荷节点包括配电变压器;
所述端点包括线路末梢点和联络开关。
进一步地,所述根据所述单线图所有节点和边的受力情况分析计算,包括:
基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算所述单线图中所有所述节点和所述边的受力情况。
进一步地,所述依据所述节点坐标进行正交化布局,包括:
根据基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算结果输出所述节点坐标;
将相邻节点连线作为矩形的对角线,将所述矩形另外两顶点作为第一折点和第二折点;
如所述第一折点出现交叉重叠则选择所述第二折点;
如果所述第二折点也发生交叉重叠则将右侧所述节点水平移动预设距离,并重新将所述相邻节点连线作为所述矩形的对角线并重新选取所述第一折点和所述第二折点。
进一步地,所述若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值使用优化算法进行优化,包括:
平移所述支线上的节点,使所述支线上的折点最少,以使最终生成的所述单线图直观易懂。
相应地,本发明实施例的第一方面提供了一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,包括:
信息获取模块,其用于依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息;
受力计算模块,其用于根据所述单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标;
正交布局模块,其用于依据所述节点坐标进行正交化布局;
折线优化模块,其用于若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。
进一步地,所述信息获取模块包括:
数据搜索单元,其用于在所述地理沿布图的图资系统中搜索所述线路下所有相关的分支、设备和拓扑数据;
模型抽象单元,其用于将主节点、负荷节点和端点抽象为节点,将电气设施之间的连接关系抽象为节点之间的边,即将单线图的模型抽象为节点—边的物理模型。
进一步地,所述主节点包括电源点、馈线开关节点、T接点、线路末梢点、联络开关;
所述负荷节点包括配电变压器;
所述端点包括线路末梢点和联络开关。
进一步地,所述受力计算模块基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算所述单线图中所有所述节点和所述边的受力情况。
进一步地,所述正交布局模块包括:
坐标计算单元,其用于根据基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算结果输出所述节点坐标;
折点选取单元,其用于将相邻节点连线作为矩形的对角线,将所述矩形另外两顶点作为第一折点和第二折点;
折点调整单元,其用于如所述第一折点出现交叉重叠则选择所述第二折点;
节点移动单元,其用于在所述第二折点也发生交叉重叠时将右侧所述节点水平移动预设距离,并重新将所述相邻节点连线作为所述矩形的对角线并重新选取所述第一折点和所述第二折点。
进一步地,所述折线优化模块可平移所述支线上的节点,使所述支线上的折点最少,以使最终生成的所述单线图直观易懂。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果:
通过边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合斥力模型算法生成单线图,避免了节点—节点的重叠以及边与边之间角分辨率为零的问题,使自动生成的单线图与传统力引导算法生成的图形相比更准确,布局更合理。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法流程图;
图2是本发明实施例提供的受力计算算法流程图;
图3是本发明实施例提供的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置模块框图;
图4是本发明实施例提供的信息获取模块框图;
图5是本发明实施例提供的正交布局模块框图。
附图标记:
1、信息获取模块,11、数据搜索单元,12、模型抽象单元,2、受力计算模块,3、正交布局模块,31、坐标计算单元,32、折点选取单元,33、折点调整单元,34、节点移动单元,4、折线优化模块,
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明实施例提供的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法流程图。
请参照图1,本发明实施例的第一方面提供了一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,包括如下步骤:
S100,依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息。
S200,根据单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标。
S300,依据节点坐标进行正交化布局。
S400,若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。
通过将地理沿布图图资系统中的设备抽象为节点,将各设备间的连接关系抽象为边,即将整个单线图信息抽象为节点—边的物理模型,获取该单线图中的所有节点为一组集合,所有的边为一组集合。通过计算边集合中所有相邻边的斥力,弹簧力以及每对节点—节点对之间的排斥力,根据计算结果移动节点,迭代计算,使计算的力收敛的公差达到一个规定的阈值时,图布局达到稳定状态,迭代结束并输出节点集合坐标。根据混合斥力模型输出的节点坐标进行正交化布局,优化单线图布局方式。
进一步地,步骤S100中,依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息,包括:
S110,在地理沿布图的图资系统中搜索线路下所有相关的分支、设备和拓扑数据;
S120,将主节点、负荷节点和端点抽象为节点,将电气设施之间的连接关系抽象为节点之间的边,即将单线图的模型抽象为节点—边的物理模型。
具体的,根据地理沿布图获取所需的模型信息:在地理沿布图的图资系统中搜索该线路下所有相关的分支、设备和拓扑数据,将主节点,负荷节点,端点等抽象为节点,将电气设施之间的连接关系抽象为节点之间的边,即将单线图的模型抽象为节点—边的物理模型。
进一步地,主节点包括电源点、馈线开关节点、T接点、线路末梢点、联络开关;负荷节点包括配电变压器;端点包括线路末梢点和联络开关。
图2是本发明实施例提供的受力计算算法流程图。
进一步地,请参照图2,步骤S200中,根据单线图所有节点和边的受力情况分析计算,具体为:
基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算单线图中所有节点和边的受力情况。
采用边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算受力情况,根据所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至达到力公差到一个规定的阈值后,输出节点坐标,对系统中节点进行布局。算法如下:
假设一个单线图G=(V,E),其中V是节点的集合,而是边的集合。单线图G在平面上从V到R2的映射D,其中R是实数集。即,每个节点v放置在平面上的点D(v)上,并且每个边(u,v),显示为连接节点D(u)和节点D(v)的线。用带电的弹簧代替边。
A、对于每个节点,计算由入射到节点的每对相邻边引起的排斥力,方法如下:
由两个边边长引起的斥力的分量|f|e的大小可由公式表达为:
由两个边之间的夹角的产生的斥力:
边—边之间的斥力由两个边的长度和两个边之间的夹角来表达两个相邻边之间的斥力组成:
|f|=|f|e+|f|θ,
B、计算每个边的弹簧力,方法如下:
边—边之间的弹簧力:
其中,c4别是弹簧力的缩放比例常数,c5是给定的边的自然长度,duv表示从节点u到节点v的向量。
C、计算相邻边两个节点之间的斥力,方法如下:
节点—节点之间的斥力公式为:
其中cr是排斥力的缩放比例常数。
D、根据最小值移动每个节点(控制在一定幅度内),然后保存该节点的新位置,并迭代计算,直至力收敛于特定的阈值后结束,并输出节点集。
E、根据在每个顶点上作用的一定比例的力绘制图形。
进一步地,步骤S300中,依据节点坐标进行正交化布局,包括:
S310,根据基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算结果输出节点坐标。
S320,将相邻节点连线作为矩形的对角线,将矩形另外两顶点作为第一折点和第二折点。
S330,如第一折点出现交叉重叠则选择第二折点。
S340,如果第二折点也发生交叉重叠则将右侧节点水平移动预设距离,并重新将相邻节点连线作为矩形的对角线并重新选取第一折点和第二折点。
进一步地,步骤S400中,若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值使用优化算法进行优化,具体为:平移支线上的节点,使支线上的折点最少,以使最终生成的单线图直观易懂。
图3是本发明实施例提供的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置模块框图。
相应地,请参照图3,本发明实施例的第一方面提供了一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,包括:
信息获取模块1,其用于依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息;
受力计算模块2,其用于根据单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标;
正交布局模块3,其用于依据节点坐标进行正交化布局;
折线优化模块4,其用于若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。
图4是本发明实施例提供的信息获取模块框图。
进一步地,请参照图4,信息获取模块1包括:
数据搜索单元11,其用于在地理沿布图的图资系统中搜索线路下所有相关的分支、设备和拓扑数据;
模型抽象单元12,其用于将主节点、负荷节点和端点抽象为节点,将电气设施之间的连接关系抽象为节点之间的边,即将单线图的模型抽象为节点—边的物理模型。
进一步地,主节点包括电源点、馈线开关节点、T接点、线路末梢点、联络开关;负荷节点包括配电变压器;端点包括线路末梢点和联络开关。
进一步地,受力计算模块2基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算单线图中所有节点和边的受力情况。
图5是本发明实施例提供的正交布局模块框图。
进一步地,请参照图5,正交布局模块3包括:
坐标计算单元31,其用于根据基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算结果输出节点坐标;
折点选取单元32,其用于将相邻节点连线作为矩形的对角线,将矩形另外两顶点作为第一折点和第二折点;
折点调整单元33,其用于如第一折点出现交叉重叠则选择第二折点;
节点移动单元34,其用于在第二折点也发生交叉重叠时将右侧节点水平移动预设距离,并重新将相邻节点连线作为矩形的对角线并重新选取第一折点和第二折点。
进一步地,折线优化模块4可平移支线上的节点,使支线上的折点最少,以使最终生成的单线图直观易懂。
本发明实施例旨在保护一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法及装置,其中方法包括:依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息;根据单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标;依据节点坐标进行正交化布局;若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。上述技术方案具备如下效果:
通过边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合斥力模型算法生成单线图,避免了节点—节点的重叠以及边与边之间角分辨率为零的问题,使自动生成的单线图与传统力引导算法生成的图形相比更准确,布局更合理。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (12)
1.一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,其特征在于,包括如下步骤:
依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息;
根据所述单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标;
依据所述节点坐标进行正交化布局;
若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。
2.根据权利要求1所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,其特征在于,所述依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息,包括:
在所述地理沿布图的图资系统中搜索所述线路下所有相关的分支、设备和拓扑数据;
将主节点、负荷节点和端点抽象为节点,将电气设施之间的连接关系抽象为节点之间的边,即将单线图的模型抽象为节点—边的物理模型。
3.根据权利要求2所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,其特征在于,
所述主节点包括电源点、馈线开关节点、T接点、线路末梢点、联络开关;
所述负荷节点包括配电变压器;
所述端点包括线路末梢点和联络开关。
4.根据权利要求1所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,其特征在于,所述根据所述单线图所有节点和边的受力情况分析计算,包括:
基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算所述单线图中所有所述节点和所述边的受力情况。
5.根据权利要求1所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,其特征在于,所述依据所述节点坐标进行正交化布局,包括:
根据基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算结果输出所述节点坐标;
将相邻节点连线作为矩形的对角线,将所述矩形另外两顶点作为第一折点和第二折点;
如所述第一折点出现交叉重叠则选择所述第二折点;
如果所述第二折点也发生交叉重叠则将右侧所述节点水平移动预设距离,并重新将所述相邻节点连线作为所述矩形的对角线并重新选取所述第一折点和所述第二折点。
6.根据权利要求1所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化方法,其特征在于,所述若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值使用优化算法进行优化,包括:
平移所述支线上的节点,使所述支线上的折点最少,以使最终生成的所述单线图直观易懂。
7.一种基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,其特征在于,包括:
信息获取模块,其用于依据地理沿布图获取生成线路单线图所需的模型信息;
受力计算模块,其用于根据所述单线图所有节点和边的受力情况分析计算,移动节点,迭代计算直至使力公差达到预设阈值后,输出节点坐标;
正交布局模块,其用于依据所述节点坐标进行正交化布局;
折线优化模块,其用于若支线中节点之间的折点数大于或等于预设数值,使用优化算法进行优化。
8.根据权利要求7所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,其特征在于,所述信息获取模块包括:
数据搜索单元,其用于在所述地理沿布图的图资系统中搜索所述线路下所有相关的分支、设备和拓扑数据;
模型抽象单元,其用于将主节点、负荷节点和端点抽象为节点,将电气设施之间的连接关系抽象为节点之间的边,即将单线图的模型抽象为节点—边的物理模型。
9.根据权利要求7所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,其特征在于,
所述主节点包括电源点、馈线开关节点、T接点、线路末梢点、联络开关;
所述负荷节点包括配电变压器;
所述端点包括线路末梢点和联络开关。
10.根据权利要求7所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,其特征在于,
所述受力计算模块基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算所述单线图中所有所述节点和所述边的受力情况。
11.根据权利要求7所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,其特征在于,所述正交布局模块包括:
坐标计算单元,其用于根据基于边—边斥力模型和节点—节点斥力模型的混合力引导模型计算结果输出所述节点坐标;
折点选取单元,其用于将相邻节点连线作为矩形的对角线,将所述矩形另外两顶点作为第一折点和第二折点;
折点调整单元,其用于如所述第一折点出现交叉重叠则选择所述第二折点;
节点移动单元,其用于在所述第二折点也发生交叉重叠时将右侧所述节点水平移动预设距离,并重新将所述相邻节点连线作为所述矩形的对角线并重新选取所述第一折点和所述第二折点。
12.根据权利要求7所述的基于地理沿布图的单线图自动成图布局优化装置,其特征在于,
所述折线优化模块可平移所述支线上的节点,使所述支线上的折点最少,以使最终生成的所述单线图直观易懂。
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