基于gis的输电线路最优路径生成方法

文档序号:6549467阅读:395来源:国知局
基于gis的输电线路最优路径生成方法
【专利摘要】一种基于GIS的输电线路最优路径生成方法,它包括以下步骤:(1)确定输电线路路径的起点与终点;(2)提取输电线路路径区域范围;(3)对GIS地图进行处理:将GIS地图在同一坐标系中划分为障碍区域图层、地形地貌图层和道路线路图层三个图层;(4)采用最小面积矩形包围盒法处理障碍区域并构造成可视图;(5)最优路径的求取:首选求取可行的避障路径,然后构造成本矩阵,最后采用Dijkstra算法计算最短路径的避障路径,从而获得输电线路的最优路径;(6)统计转角数和交叉跨越次数。本发明不仅具有避开障碍区、优化生成路径的功能,而且还具备路径长度和转角个数统计等功能。
【专利说明】基于GIS的输电线路最优路径生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统输电线路设计【技术领域】,具体地说是一种基于GIS的输电线路最优路径生成方法。
【背景技术】
[0002]目前,在输电线路设计中,路径优化是由设计人员首先在室内选线,并到现场进行踏勘后,重新调整路径,形成最终路径。但是,现有的路径优化方案存在如下缺陷:
[0003]1.传统的路径设计是基于已有的地图和沿路路径资料进行的,这就造成了地理信息相对滞后,需要大量的现场踏勘来辅助,不仅准确率低,还增加了工作量。
[0004]2.传统的路径设计是在纸质图纸上完成的,工作量大,且修改较为复杂。
[0005]3.影响线路路径的因素多样,包括地形地貌、用地类型、交叉跨越、施工条件等,传统的路径设计不能统筹考虑这些因素。

【发明内容】

[0006]针对上述现有技术的不足,本发明提供了一种基于GIS的输电线路最优路径生成方法,它不仅具有避开障碍区、优化生成路径的功能,而且还具备路径长度和转角个数统计等功能。
[0007]本发明解决其技术问题采取的技术方案是:一种基于GIS的输电线路最优路径生成方法,其特征是,包括以下步骤:
[0008](I)确定输电线路路径的起点与终点:输电线路路径的起点与终点为两个变电站,由变电站设计人员提供变电站站址和变电站进出线方向,并在GIS地图上进行标注;
[0009](2)提取输电线路路径区域范围:测量起点与终点的直线距离,以地图上南北方向和东西方向形成直角三角形,求出该直角三角形水平边与竖直边的距离,并将这两个距离分别加2后向上取整数,可得到路径区域范围;
[0010](3)对GIS地图进行处理:将GIS地图至少划分为障碍区域图层、地形地貌图层和道路线路图层三个图层,每个图层分别含一类GIS信息,所有图层在同一坐标系中互相叠加;
[0011](4)采用最小面积矩形包围盒法处理障碍区域并构造成可视图:采用最小面积矩形包围盒包围障碍区域的方法进行处理障碍区域图层中的障碍区域并用矩形包围盒表示障碍区域;
[0012](5)最优路径的求取:首选求取可行的避障路径,然后构造成本矩阵,最后采用Dijkstra算法计算最短路径的避障路径,从而获得输电线路的最优路径;
[0013](6)统计转角数和交叉跨越次数:将输电线路最优路径的的转角数和交叉跨越次数分别进行加和统计。
[0014]上述方法中,所述障碍区域图层的形成过程为:
[0015]I)确定判断为障碍区域的因素:所述确定判断为障碍区域的因素包括用地类型、地方规划、地质和冰区等因素;
[0016]2)按GIS信息筛选障碍区域:如果用地类型为军事设施、大型工矿企业或居民区,或者地方规划为自然保护区或风景名胜区,或者地质为地质灾害带、不良地质带或采动影响区,以及冰区为重冰区的地区均视为障碍区域;
[0017]3)形成障碍区域图层:将上述筛选的障碍区域整合到一个新建图层形成障碍区域图层。
[0018]上述方法中,采用最小面积矩形包围盒法处理障碍区域的过程为首先采用AABB法求出障碍区轮廓的外接矩形,即最大最小X坐标和最大最小y坐标所构成的矩形;然后将坐标旋转任意角度θ,使得旋转后包围障碍区的面积为最小,最小面积的外接矩形即为障碍区轮廓的最小面积矩形包围盒,其中,Θ以π/180为步长递增,且Θ e [O, π /2] ο
[0019]上述方法中,所述求取可行的避障路径的过程为:
[0020]I)基本定义
[0021]定义1:设Vi = (Xi, Yi) (i = I, 2,…,m), V1 = vm+1是障碍区域图层R12上的定点,如果对任意i, j (i幸j), i, j = I, 2,…,m,线段ViVw与ν」ν」+1或是相邻且相交于一端点或不相交;
[0022]定义2:障碍区域图层R12障碍物集合O是简单多边形的集合,每个障碍物6^0,/_ = 1,2,"%[对应的各简单多边形顶点数叫可以不同,且1关]_时,0,^0,=0,其中i, j = I, 2,…,K ;
[0023]定义3:s, j e R12,分别成为起始点与目标点,点集V = {s, g} U V。,其中V。表示全体障碍物定点,V= Ivi I i = 1,2,…,η},其中V1 = s, vn = g, V2~Vlri对应全体障碍物定点V。的一个序列;设O1 = {s}, Ok = {g};
[0024]定义4:在障碍区域图层R12上,定义G1是由V构成的有权图,边的权值定义为V集两顶点间的扩展Euclid距离,表示为(Kvi, Vj),简记为(Iij,其中Vi, Vj e V ;
[0025]定义5:设G1 = (V, E), V = Ivi I i = I, 2,...,n}, E为与任何障碍物均不相交边c的全体且i古j,G1成为可视图;
[0026]2)判断邻接关系
[0027]<1> 设 Vj G V 且 Vi,Vj e 0k,k = I, 2,…,K,计算(Vi, Vj) (j = i, i+1,…,mk, mk+l)的权值d(Vi,Vj)的可按公式(2)计算,SP:
【权利要求】
1.基于GIS的输电线路最优路径生成方法,其特征是,包括以下步骤: (1)确定输电线路路径的起点与终点:输电线路路径的起点与终点为两个变电站,由变电站设计人员提供变电站站址和变电站进出线方向,并在GIS地图上进行标注; (2)提取输电线路路径区域范围:测量起点与终点的直线距离,以地图上南北方向和东西方向形成直角三角形,求出该直角三角形水平边与竖直边的距离,并将这两个距离分别加2后向上取整数,可得到路径区域范围; (3)对GIS地图进行处理:将GIS地图至少划分为障碍区域图层、地形地貌图层和道路线路图层三个图层,每个图层分别含一类GIS信息,所有图层在同一坐标系中互相叠加; (4)采用最小面积矩形包围盒法处理障碍区域并构造成可视图:采用最小面积矩形包围盒包围障碍区域的方法进行处理障碍区域图层中的障碍区域并用矩形包围盒表示障碍区域; (5)最优路径的求取:首选求取可行的避障路径,然后构造成本矩阵,最后采用Dijkstra算法计算最短路径的避障路径,从而获得输电线路的最优路径; (6)统计转角数和交叉跨越次数:将输电线路最优路径的的转角数和交叉跨越次数分别进行加和统计。
2.根据权利要求1所述的基于GIS的输电线路最优路径生成方法,其特征是,所述障碍区域图层的形成过程为: 1)确定判断为障碍区域的因素:所述确定判断为障碍区域的因素包括用地类型、地方规划、地质和冰区等因素; 2)按GIS信息筛选障碍区域:如果用地类型为军事设施、大型工矿企业或居民区,或者地方规划为自然保护区或风景名胜区,或者地质为地质灾害带、不良地质带或采动影响区,以及冰区为重冰区的地区均视为障碍区域; 3)形成障碍区域图层:将上述筛选的障碍区域整合到一个新建图层形成障碍区域图层。
3.根据权利要求1所述的基于GIS的输电线路最优路径生成方法,其特征是,采用最小面积矩形包围盒法处理障碍区域的过程为首先采用AABB法求出障碍区轮廓的外接矩形,即最大最小X坐标和最大最小I坐标所构成的矩形;然后将坐标旋转任意角度Θ,使得旋转后包围障碍区的面积为最小,最小面积的外接矩形即为障碍区轮廓的最小面积矩形包围盒,其中,Θ以π/180为步长递增,且Θ e [O, 31/2]。
4.根据权利要求1所述的基于GIS的输电线路最优路径生成方法,其特征是,所述求取可行的避障路径的过程为: I)基本定义 定义1:设Vi = (Xi, Yi) (i = I, 2,..., m), V1 = vm+1是障碍区域图层R12上的定点,如果对任意i, j (i幸j), i, j = I, 2,…,m,线段ViVw与ν」ν」+1或是相邻且相交于一端点或不相交; 定义2:障碍区域图层R12障碍物集合O是简单多边形的集合,每个障碍物.0,^;0,/= 1,2,"%1对应的各简单多边形顶点数叫可以不同,且1关]_时,0,门07=0,其中.1,j = 1,2,…,K;定义3:s, j e R12,分别成为起始点与目标点,点集V = {s, g} U Vci,其中Vci表示全体障碍物定点,V= Ivi I i = 1,2,…,η},其中V1 = s, vn = g, V2~Vlri对应全体障碍物定点V0 的一个序列;设 O1 = {s},Ok = {g}; 定义4:在障碍区域图层R12上,定义G1是由V构成的有权图,边的权值定义为V集两顶点间的扩展Euclid距离,表示为(Kvi, Vj),简记为(Iij,其中Vi, Vj e V ; 定义5:设G1 = (V, E), V = Ivi I i = I, 2,…,n}, E为与任何障碍物均不相交边c的全体且i古j,G1成为可视图; 2)判断邻接关系
<1> 设 Vj e V 且 Vi,Vj e 0k,k = I, 2,…,K,计算(Vi, Vj) (j = i, i+1,…,mk, mk+l)的权it Cl(VijVj)的可按公式(2)计算,即:
5.根据权利要求1所述的基于GIS的输电线路最优路径生成方法,其特征是,所述构造成本矩阵的过程为: 1)基本定义 定义6:定义cost [η] [η]为包含三个图层信息的成本矩阵; 定义7:将点V1、Vj移到在表示地形区域的地形地貌图层R22上,定义G2是由V构成的有权图,d' (Vi, Vj)为修正后的权值; 定义8:将点V1、\移到在表示道路线路的道路线路图层R32上,定义c为表示线段ViVj与道路线路图层R32上线段交叉跨越次数; 2)修正路径长度 统计在各种地形中线段ViVj所跨越的距离In,修正权值d(Vi,Vj)为d, (Vi, Vj)
6.根据权利要求1所述的基于GIS的输电线路最优路径生成方法,其特征是,所述采用Dijkstra算法计算最短路径的避障路径的过程为: 1)将路径的起点与终点分别标记为s和g; 2)将路径起点s存入S集合,并标记为T顶点,S集合表示每次运算后求得的一条最短路径; 3)更新S集合中与起点s连通节点的状态记录; 4)识别与s连通且综合权重最小的临时节点,将其设置为T节点,直至T节点为终点g为止,否则继续更新更新S集合中与起点s连通节点的状态记录; 5)根据各节点连通关系与状态记录表中的信息,从终点g开始记录其前序节点,直至记录到起点s ; 6)根据上一步的记录结果,可形成起点s到终点g的最优路径。
【文档编号】G06Q50/06GK103996089SQ201410261003
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】苗培青, 刘海涛, 李越, 侯源红, 何春晖, 屠庆波, 郭宜果, 李沐, 王志鹏, 田鑫, 黄伟, 于耿曦, 王钰 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司经济技术研究院
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