CN113486487B - 一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法 - Google Patents

一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法，属于电力系统地理接线图绘制领域，先明确地理接线逻辑结构图中所需的数据信息，利用面向对象的知识对相关内容进行表示，构建一系列规则来反映数据与图形之间的关系，然后构建电网事实库和规则库以及对电网事实库进行管理的电网拓扑数据库，通过uDig程序接口处理电网拓扑数据库，提取绘图关键要素，结合线路的真实GPS数据，调用绘图函数在GIS系统的地理图片上进行绘图，实现主接线图的自动生成，完成由库到图的自动过程，形成地理接线逻辑结构图；本发明可实现地理接线逻辑结构图的自动获取，减少人工目视判别工作量以及人为数据处理错误，提高绘制电力系统地理接线图效率。

Description

一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法
技术领域
本发明属于电力系统地理接线图绘制领域，具体涉及一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法。
背景技术
在数字电网中，电网地理接线逻辑结构图是非常重要的元素，通常应用于电网PMS系统中，可以实现运检人员在室内快速调阅线路地理信息及杆塔、绝缘子等设备参数信息。在目前电网公司普遍使用的PMS系统中，地理接线逻辑结构图均是运维人员基于GIS系统的基础上根据线路、杆塔、设备等的信息手动绘制而成。这种方法的工作量非常大，且操作复杂，对于操作人员的经验要求较高，与数字电网全信息化的理念相违背。
针对这些问题，近年来不少学者对地理接线图自动生成算法的研究已取得了一定的研究成果，例如基于逻辑推理的配电网地理接线图生成算法、基于地理相对位置的省级输电网均匀接线图自动生成等。这些方法或工具从一定的程度上将地理接线图从原始的手工绘制推向了半自动化与自动化生成。但这些方法或工具或多或少仍有一些缺陷。如系统对接的数据库所能支持的线路类型有限；系统集成度不高，能够完成的地理接线逻辑结构图规模不够大；系统自动化程度不高，仍然需要不少手动操作等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法，在数字化电网工程数据库的基础上对相关数据进行智能检索和融合，依托GIS构建数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取技术，解决运维人员手动绘制地理接线图工作量大、效率低的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：明确地理接线逻辑结构图中所需的数据信息，利用面向对象的知识对相关内容进行表示，构建一系列规则来反映数据与图形之间的关系；
步骤二：构建电网事实库和规则库以及对电网事实库进行管理的电网拓扑数据库；
步骤三：通过uDig程序接口处理电网拓扑数据库，提取绘图关键要素，结合线路的真实GPS数据，调用绘图函数在GIS系统的地理图片上进行绘图，实现主接线图的自动生成，完成由库到图的自动过程，形成地理接线逻辑结构图；
步骤四：通过PMS系统的相关数据接口，将生成的地理接线逻辑结构图推送至PMS系统，为电网生产管理服务。
进一步地，所述步骤一包括类和对象的确定：通过对地理接线逻辑结构图的分析，得出其包含以下两类：线路类包括架空线路、电缆线路等对象；设备类包括变电站、变压器、断路器、杆塔等对象；属性的确定：属性是类的对象所具有的数据值，每个类和对象由属性来描述，对于以上确定的类和对象，其属性包括：设备名称、设备型号、设备状态以及设备之间的连接关系等。
进一步地，所述步骤二包括电网的事实库构建：是基于电网的空间图形数据和属性数据构建的数据库；电网的规则库构建：用于反映由库到图的各种规则，即设备对象与设备图元符号对象之间的关系；电网拓扑数据库构建：用于对电网的属性数据(如设备之间的连接关系)进行拓扑分析和管理。
进一步地，所述步骤三包括建立连接关系：通过uDig程序接口从数据库提取设备属性信息，同时建立设备对象之间的连接关系；建立映射关系：通过ID将设备对象与对应的Feature建立映射关系；地理接线逻辑结构图的生成：结合GPS采集的设备空间数据并调用相关绘图函数进行绘制，实现主接线图的自动生成。
与现有有技术相比，本发明的有益效果：
本发明中电力系统地理接线图的表达运用GIS软件将现实中的电力线路及其设备数字化绘制于图上，以更加方便、清楚的形式表达电网设备信息及其相互间联结的关系，为运维人员外出维护线路及设备提供参考。以uDig为绘图软件，在uDig软件中采用空间模型描述设备图形符号，再通过uDig软件处理电网拓扑数据库，然后利用反映数据与图形之间的关系的一系列规则推理，以最简便、最清晰的方式快速绘制地理接线图，从数据处理到地理接线图的完成，均可实施自动化。本发明可实现地理接线逻辑结构图的自动获取，减少人工目视判别工作量以及人为数据处理错误，提高绘制电力系统地理接线图效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提出的基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法的流程示意图；
图2是本发明的初始化电气设备连接关系流程图；
图3是本发明的建立设备对象与Feature映射关系流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：明确地理接线逻辑结构图中所需的数据信息，利用面向对象的知识对相关内容进行表示，构建一系列规则来反映数据与图形之间的关系，其中包括类和对象的确定以及属性的确定，类和对象的确定是通过对地理接线逻辑结构图的分析，可得出其包含以下两类：线路类包括架空线路、电缆线路等对象，设备类包括变电站、变压器、断路器、杆塔等对象；属性的确定是类的对象所具有的数据值，每个类和对象由属性来描述，对于以上确定的类和对象，其属性包括：设备名称、设备型号、设备状态以及设备之间的连接关系等；
步骤二：构建电网事实库和规则库以及对电网事实库进行管理的电网拓扑数据库，其中电网的事实库构建是基于电网的空间图形数据和属性数据构建的数据库，电网的规则库构建是用于反映由库到图的各种规则，即设备对象与设备图元符号对象之间的关系，电网拓扑数据库构建是用于对电网的属性数据(如设备之间的连接关系)进行拓扑分析和管理；
步骤三：通过uDig程序接口处理电网拓扑数据库，提取绘图关键要素，结合线路的真实GPS数据，调用绘图函数在GIS系统的地理图片上进行绘图，实现主接线图的自动生成，完成由库到图的自动过程，形成地理接线逻辑结构图，通过uDig程序接口从数据库提取设备属性信息，同时建立设备对象之间的连接关系，通过ID将设备对象与对应的Feature建立映射关系，再结合GPS采集的设备空间数据并调用相关绘图函数进行绘制，实现主接线图的自动生成；
步骤四：通过PMS系统的相关数据接口，将生成的地理接线逻辑结构图推送至PMS系统，为电网生产管理服务。
具体绘制时，先基于uDig平台实现设备图元符号的绘制，uDig软件提供基本图形(如点、线、多边形)的绘制功能，设备的图元符号在绘制基本图形的基础上实现。设备图元符号用uDig采用的JTS定义的空间模型描述。例如，线路在地理接线图上用直线段这一简单要素来表示，变压器由线和圆组成，用几何集合GeometryCollection类型的要素来表示。此外，电网中的复杂设备如变电站、配电站、开关柜等的建模也可在uDig的图形基础上完成。下表1中给出了各个设备图元在uDig中所对应的空间模型。
表1电网设备图形元件对应的空间模型
电网设备 空间模型
变电站 Polygon
线路 LineString
变压器 GeometryCollection
杆塔 Point
然后利用uDig软件建立电气设备间的连接关系，如图2所示，在GIS系统中采用链表数据结构管理电气设备，每一种设备对象由一个链表管理，下面以变电站Powertransformer为例说明实现GIS系统对电气设备对象管理的具体过程。首先与数据库管理系统PostgreSQL建立连接，从Powertransformer表中读取一条记录，创建一个Powertransformer对象并用从数据库中得到的信息初始化，然后将Powertransformer对象由链表容器类管理。根据Powertransformer类中存储的Terminal信息，创建新Terminal对象，根据Terminal类的ID从Terminal表中检索相应的Terminal信息并完成初始化，将Powertransformer对象和Terminal对象添加到彼此的属性中。从Terminal对象中可得到其所在ConnectivityNode的ID，判断连接节点链表是否存在此ID的对象，若存在，则将ConnectivityNode对象和Terminal对象添加到彼此的属性中；若不存在，则创建新的ConnectivityNode对象并将其添加到连接节点链表中，将ConnectivityNode对象和Terminal对象添加到彼此的属性中。至此完成了一个Powertransformer设备的读取。遍历Powertransformer表，对每一条记录重复上述过程则完成了所有Powertransformer设备的读取。对其它设备重复同样的过程，最终完成了系统对电网所有电气设备的管理。
最后建立设备对象与Feature映射关系，如图3所示，电网电气设备的地理数据存储在shapefile文件中，将设备对象与其对应的Feature通过Map数据结构建立一一映射关系，便可根据设备对象的运行信息设置对应Feature的显示状态。同样以变电站Powertransformer为例说明建立映射关系的过程。首先从变电站链表中取得一个Powertransformer对象，在uDig中获得Powertransformer层，从图层中得到与Powertransformer对象同样ID的Feature，将Powertransformer对象和对应的Feature作为一条记录存储在Map数据结构中。重复上述流程，直至遍历完所有Powertransformer对象，那么由uDig的自动制图功能便可生成地理接线逻辑结构图。
本发明以uDig为绘图软件，建模进行处理，从数据处理到地理接线图的成果，均可自动化完成，本发明方法考虑到空间属性，运用强大的uDig软件功能对数据库进行管理。该制图方法已应用于国网经研院新一代电力系统项目中，可实现地理接线逻辑结构图的自动获取，大大减少人工处理工作量，提高绘制电力系统地理接线图效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：明确地理接线逻辑结构图中所需的数据信息，利用面向对象的知识对相关内容进行表示，构建一系列规则来反映地理接线逻辑结构图中的数据信息与地理接线逻辑结构图之间的关系；
步骤二：构建电网事实库和规则库以及对电网事实库进行管理的电网拓扑数据库；
步骤三：通过uDig程序接口处理电网拓扑数据库，提取绘图关键要素，结合线路的真实GPS数据，调用绘图函数在GIS系统的地理图片上进行绘图，实现主接线图的自动生成，完成由库到图的自动过程，形成地理接线逻辑结构图；
步骤四：通过PMS系统的相关数据接口，将生成的地理接线逻辑结构图推送至PMS系统，为电网生产管理服务；
所述步骤二包括：
电网的事实库构建：是基于电网的空间图形数据和属性数据构建的数据库；
电网的规则库构建：用于反映由库到图的各种规则，即设备对象与设备图元符号对象之间的关系；
电网拓扑数据库构建：用于对电网的属性数据进行拓扑分析和管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法，其特征在于，所述步骤一包括：
类和对象的确定：通过对地理接线逻辑结构图的分析，得出其包含以下两类：线路类包括以下对象：架空线路和电缆线路；设备类包括以下对象：变电站、变压器、断路器和杆塔；
属性的确定：属性是类的对象所具有的数据值，每个类和对象由属性来描述；对于以上确定的类和对象，其属性包括：设备名称、设备型号、设备状态以及设备之间的连接关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字电网的地理接线逻辑结构图自动获取方法，其特征在于，所述步骤三包括：
建立连接关系：通过uDig程序接口从数据库提取设备属性信息，同时建立设备对象之间的连接关系；
建立映射关系：通过ID将设备对象与对应的Feature建立映射关系；
地理接线逻辑结构图的生成：结合GPS采集的设备空间数据并调用相关绘图函数进行绘制，实现主接线图的自动生成。
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