专利名称：电网地理信息系统中配电单线图的自动布局方法
技术领域：
本发明属于电网地理信息系统领域，尤其涉及一种在电网地理信息系统中配电单线图的自动布局方法。
背景技术：
电网地理信息系统(电网GIS系统)，是采用地理信息(GIS)技术管理输电、变电、 配电和低压电网的专业信息系统，主要应用于国家电网和南方电网下属的省、地、县等各级供电局、电力局或者电力公司，实现输、变、配、低压电网的图形管理、档案维护、自动成图和拓扑分析等业务功能。配电单线图是配电管理过程中最为重要的基础资料之一，是制定计划、上报数据、 统计报表的重要依据，是调度、运行、检修、客服、工程等工作中不可缺少的重要资料。传统方式一般采用画图工具或CAD绘制单线图，这种管理方式不但工作量大，且对技术人员的技术水平要求高。不同技术人员间由于技术水平、工作经验、操作习惯等方面的差异，绘制的单线图很难统一，质量上良莠不齐，很难做到统一化、规范化管理。同时，由于配电网络变化频繁，传统方式很难保证单线图能得到及时准确的更新，从而给相关的管理工作带来不便。这就需要电网GIS系统能提供自动化的单线图管理功能，包括了单线图的自动生成和增量更新。单线图的自动布局作为单线图生成和更新过程的重要环节，该功能的最终效果直接影响到单线图管理的实际应用效果。为此必须要有一种适应配电单线图要求的自动布局方法来支撑配电单线图应用。本发明在通用专题图布图理论基础上，结合大规模集成电路(VLSI)布图理论，结合电网拓扑规则和配电单线图制图规范，并充分考虑电力用户对配电单线图的使用习惯， 通过自底而上的迭代计算分支相对位置和最大间隔距离，通过启发性算法压缩分支间距、 优化显示效果。该方法在配电单线图生成和更新阶段的自动布局方面取得了满意的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在电网地理信息系统中配电单线图的自动布局方法，通过自动布局方法的支持，提供实用的配电单线图初始布局和增量布局调整支持，满足配电单线图功能的实用化需要。本发明提供一种电网地理信息系统中配电单线图的自动布局方法，主要步骤包括生成初始布局，生成过程中计算并保存单线图每个节点需要的偏移值；膨胀设备和分支的空间位置占用，使线路和设备不重叠；压缩设备和分支的空间位置占用，优化布局显示。其中对象生成和更新阶段，根据线路的走向、线路设备间的相对位置以及单线图生成规则，生成单线图初始布局。生成和更新过程中采用自底向上的迭代计算方式，计算线路上每个设备、每条分支需要占用的空间范围，为后续的空间膨胀和压缩提供数据支持；空间膨胀阶段，根据前阶段保存的对象和分支空间占用数据，移动受影响的线路和设备，使各分支和设备在空间位置占用上不重叠；空间压缩阶段，根据膨胀阶段所作的调整工作，通过启发性空间位置占用判断，反向的对调整过的空间进行压缩操作，直到空间位置在允许的范围最小化为止。本发明同常规GIS领域专题图布局方法相对有如下优点结合电网拓扑规则和配电单线图制图规范(如布局调整过程中电网拓扑保持不变，组合设备内部所有展开对象、杆塔和杆上设备作为整体移动，分支的左分、右分不能打乱，设备间相对位置不能打乱等)进行空间布局调整和优化，是针对电网专题图定制和扩展的专题图自动布局方法；布局调整过程中经历了膨胀和压缩两个相反的过程，利用启发式算法进行布局调整，调整后没有重叠的线路和设备，线路和设备的疏密程度合适；支持增量更新过程中的增量布局调整，在尽可能保留用户布局和布线更改的基础上，支持对变化区域的布局进行局部自动调整。
图1是本发明实施例的总体处理流程图；图2是本发明实施例计算设备、分支占用空间范围处理流程示意图；图3是本发明实施例自底向上迭代计算方式示意图；图4是本发明实施例空间膨胀阶段处理流程示意图；图5是本发明实施例受影响对象移动处理流程示意图；图6是本发明实施例空间压缩阶段处理流程示意图；图7是本发明实施例角勾链数据结构示意图；图8是本发明实施例基于角勾链的空间占用情况查找示意图；图9是本发明实施例角勾链平面初始化操作流程示意图；图10是本发明实施例空间压缩阶段对象移动操作流程示意图；图11是本发明实施例架空线路自动布局结果示意图；图12是本发明实施例电缆线路自动布局结果示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。首先参照图1是本发明实施例的总体处理流程图，在说明处理步骤之前，先对单线图拓扑和布局相关概念进行定义，并对相应的数据结构进行说明。其中定义1 设备节点，配电单线图上每一基杆塔以及杆上设备(开关、刀闸、跌落、变压器等)整体作为一个设备节点，开关站、环网柜、分支箱、箱变等设备作为独立设备节点处理，站所设备展开内部接线情况下，所有展开对象整体作为一个设备节点处理。定义2 节点偏移值，节点偏移值数据结构保存每个设备节点的当前分支方向、当前分支方向上的偏移值、当前分支反方向上的偏移值、分支垂直方向上的偏移值、以及需要移动到下一节点的分支垂直方向上的偏移值。定义3 已调整节点数据，已调整节点数据用于保存膨胀阶段所作的修改，以备压缩阶段使用。已调整节点数据包括X方向偏移值、Y方向偏移值、移动过的所有对象列表、 调整过顶点的线段列表、调整过顶点的线段的首末端标志列表。定义4 角勾链(Corner Stitching)，角勾链是一种特殊的空间数据结构，其主要思想是用四个指针，bl (左边最下)、Ib (下方最左)、rt (上方最右)与tr (右边最上)来表示相邻的方块(包括实方块和空方块)，一个方块的位置信息只用最左下角的一个点来表示。空域也要表示，且遵循横条最大化(maximum horizontalstrips)原则，将其细化为横向最大的方块，而χ范围相同的上下相邻条均进行合并。角勾链数据结构如图7所示。为了对单线图上的设备和连接线进行分别处理，以应用不同的处理策略，将传统角勾链中的实方块分解为设备方块和线段方块，定义5和6将分别对设备方块和线段方块进行描述。定义5 设备方块(Device Tile)，角勾链实方块的扩展，每一个设备方块对应一个设备节点，杆塔和杆上设备存在同一设备方块中，组合设备所有展开对象存在同一设备方块中。定义6:线段方块(kgment Tile)，角勾链实方块的扩展，每一条连接线的每一段、每一拐点对应一个线段方块，一般情况下，一条连接线对应一个或多个线段方块。基于以上定义，对配电单线图各处理阶段详细描述如下步骤1 生成单线图初始布局，生成过程中计算并保存单线图每个设备节点的偏移值。生成单线图初始布局过程中，首先将变电站放置在默认的起始位置(X = 1000, Y = 1000)，然后根据单线图生成方向(从上到下、从下到上、从左到右、从右到左)和默认的设备间距等参数，确定下一个设备节点的放置位置。对于子分支，计算分支是左分还是右分， 相对当前分支生成方向，分别从当前设备节点的左侧或右侧生成子分支；对于杆上设备，根据杆上设备放置方向的优先顺序定义，放置在相对最优的放置方向，第一优先位置被占用情况下放置在第二优先位置，以此类推。根据线路设备的拓扑连接关系依次处理每一个设备节点，完成单线图生成过程的初始布局。节点偏移值的计算在单线图生成和更新过程中进行，计算处理过程参照图2是本发明实施例计算设备、分支占用空间范围处理流程示意图，单线图上每个节点可能连接杆塔、串联设备、组合设备、子分支、联络分支，在生成或更新单线图节点过程中，通过计算每个设备的包围矩形可以得到设备需要占用的空间范围，该范围首先计算到当前设备节点的偏移值数据结构中，并更新当前分支起始节点在分支方向的向前和向后偏移值。每计算完一个设备节点，相应累加分支长度，分支左右两侧所有设备和子分支的最大空间范围占用值即为当前分支需要占用的向前和向后偏移值，而分支的总长则计算到父分支起始节点的向前或向后偏移值中。由于分支存在父分支、子分支这样一个层次级别关系，所以在计算分支的空间范围占用过程中使用了自底向上迭代计算方式，即先计算级别最低的子分支的空间占用，然后依次累加到父分支，再到父分支的父分支，一直到线路主干，自底向上迭代计算方式，参照图3是本发明实施例自底向上迭代计算方式示意图，由于可能出现斜向放置的分支或组合设备出线调整的情况下，需要用到垂直方向上的偏移，计算下一设备节点需要的垂直偏移值保存在当前设备节点，在调整节点时再应用到下一设备节点。
计算的每一个设备节点的偏移值存放到偏移值数据中，以备后续的空间膨胀阶段用于位置调整。步骤2 膨胀设备和分支的空间位置占用，使线路和设备不重叠。空间位置膨胀处理过程，参照图4本发明实施例空间膨胀阶段处理流程示意图，整个处理过程采用广度优先搜索方式。获取线路的起始电气点和线段，初始化当前节点数据，如果当前节点非空，则进入节点处理过程，对于每个单线图设备节点，处理过程主要步骤包括步骤401，偏移数据预处理，遍历存在需要转移偏移值的串联设备节点，执行首末端偏移值的交换，交换规则如下首端偏移中的向后偏移值=MAX (首端向后偏移值，末端向后偏移值-串联设备图符宽度)；末端偏移的向前偏移值=MAX (末端向前偏移值，首端向前偏移值-串联设备图符
宽度)ο步骤402，从线路起点开始，采用广度优先的策略搜索线路拓扑，主要步骤包括对于每一个节点，计算当前分支方向上的总偏移值，包括X方向和Y方向的偏移值；如果当前电气点与父电气点同方向，则当前分支方向上的偏移值为父节点向前偏移值与当前节点向后偏移值的和。步骤403，如果偏移值不为0，则递归调用移动处理函数，移动后续所有受影响的对象；对象移动处理过程，参照图5本发明实施例受影响对象移动处理流程示意图，移动处理过程主要步骤包括获取起始移动的设备和线段，初始化搜索节点队列；从搜索节点队列中获取当前节点，如果当前节点非空，则移动当前节点对应的所有设备，并记录需要处理的线段，以及线段的首末端标志；获取下一级搜索电气点，加入搜索节点队列；以上处理过程直到当前节点为空时结束；对于上面步骤记录的待处理线段，根据线段两端的处理标志，如果两端都处理了， 则调用移动处理，如果只是其中一段处理了，则调用端口位置调整处理；移动过的对象需要记录已移动节点数据，以便后续的压缩阶段使用。步骤3 压缩设备和分支的空间位置占用，优化布局显示。在压缩阶段用到了角勾链数据结构，所以在执行压缩前，需要先初始化角勾链数据结构。角勾链初始化过程，参照图9是本发明实施例角勾链平面初始化操作流程示意图， 初始化过程主要步骤包括初始化布线连接线，从数据库中加载布线连接线信息；初始化组合设备子对象关系，在角勾链数据结构中，组合设备展开的所有内部对象将作为一个整体，对应一个角勾链设备方块；添加所有设备到角勾链平面，创建对应的设备方块，对于添加失败的设备，先记录下设备信息，以便后续过程重试添加；添加已完成布线的连接线到角勾链平面，遍历线段的所有顶点，对于每个区段和拐点创建对应的线段方块；多次尝试角勾链平面在设备上下左右四个方向偏移后的位置是否能放置设备，如果能放置则创建对应的设备方块，如果失败则该设备不再考虑角勾链结构的支持。按照调整位置阶段相反的顺序依次处理每一个已调整节点数据，调整的偏移量与膨胀阶段相反。参照图6是本发明实施例空间压缩阶段处理流程示意图，对于每一个调整过的偏移数据，处理过程主要步骤包括计算可忽略的空白空间长度，后续的折半处理过程处理到该长度则自动停止；计算压缩的最大移动量根据已处理节点数据，计算反方向压缩的最大移动量；计算压缩的允许移动量采用折半查找的方式，通过角勾链的区域查找算法，检查待移动区域是否允许移动，如果允许则继续折半，一直到不能放置或到达最小允许的调整间距。基于角勾链的区域查找，也就是确认在一个指定区域中是否有移动对象外的设备方块或线段方块。参照图8是是本发明实施例基于角勾链的空间占用情况查找示意图，算法主要步骤包括步骤801，用角勾链点查找的算法定位到我们所要检查的区域的左上角点所在的方块。步骤802，检查该方块是否为空方块。如果不是的话，这个边缘就是一个设备方块或线段方块的边缘。也就是说，这个区域中有设备或线段方块存在；步骤803，如果在步骤802中找到了设备或线段方块，判断该方块对应的设备或线段是否在移动对象列表中，如果不在，那么整个搜索就完成了。如果是空方块的话，就移动到接触到我们关注区域右边缘的下一个方块。步骤804，重复步骤802和步骤803，直到找到移动对象范围外的设备或线段方块；如果经过步骤804依然无法找到，则该区域为空域组成。即允许设备和线段移动到该区域。参照图10是本发明实施例空间压缩阶段对象移动操作流程示意图，移动对象到新位置，主要步骤包括遍历所有待移动的设备，获取所有设备间的内部连接线和边界连接线，以便针对内部连接线和边界连接进行相应的处理策略；遍历所有内部连接线，对于未完成布线的连接线加入重布连接线列表；遍历所有边界连接线，对于已完成布线的连接线执行拆线操作，并加入重布连接线列表；从角勾链平面移除所有待移动设备和连接线对应的设备方块和线段方块；在移动目标位置重新插入待移动设备和连接线对应的设备方块和线段方块；移动设备和连接线到新的坐标位置；待重布连接线自动重新布线；完成布局压缩操作。以上对本发明实施方式进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式
对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及方法；同时，对于本领域的
7一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.电网地理信息系统中配电单线图的自动布局方法，其特征在于，所述方法主要步骤包括生成初始布局，计算并保存单线图每个设备节点需要的偏移值； 膨胀设备和分支的空间位置占用，使线路和设备不重叠； 压缩设备和分支的空间位置占用，优化布局显示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法采用自底向上迭代计算方式，先计算级别最低的子分支的空间占用，然后依次累加到父分支，再到父分支的父分支，一直到线路主干，自底向上迭代计算方式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在布局调整过程中经历了膨胀和压缩两个相反的过程，利用启发式算法进行布局调整，调整后没有重叠的线路和设备，线路和设备的疏密程度合适。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在空间压缩阶段处理过程，主要步骤包括计算可忽略的空白空间长度，后续的折半处理过程处理到该长度则自动停止； 计算压缩的最大移动量； 计算压缩的允许移动量； 移动受影响的对象。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法在空间压缩阶段，根据膨胀阶段所作的调整工作，通过启发性空间位置占用判断，反向的对调整过的空间进行压缩操作，直到空间位置在允许的范围最小化为止。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法在计算压缩的允许移动量，采用折半查找的方式，通过角勾链的区域查找算法，检查待移动区域是否允许移动，如果允许则继续折半，一直到不能放置或到达最小允许的调整间距。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法在空间压缩阶段，移动对象到新位置的主要步骤包括遍历所有待移动的设备，获取所有设备间的内部连接线和边界连接线，以便针对内部连接线和边界连接线进行相应的处理策略；遍历所有内部连接线，对于未完成布线的连接线加入重布连接线列表； 遍历所有边界连接线，对于已完成布线的连接线执行拆线操作，并加入重布连接线列表；从角勾链平面移除所有待移动设备和连接线对应的设备方块和线段方块； 在移动目标位置重新插入待移动设备和连接线对应的设备方块和线段方块； 移动设备和连接线到新的坐标位置； 待重布连接线自动重新布线； 完成布局压缩操作。
全文摘要
本发明提供一种电网地理信息系统中配电单线图的自动布局方法，主要步骤包括对象生成和更新阶段，生成单线图初始布局，并采用自底向上的迭代计算方式，计算线路上每个设备、每条分支需要占用的空间范围，为后续的空间膨胀和压缩提供数据支持；空间膨胀阶段，根据前阶段保存的对象和分支空间占用数据，移动受影响的线路和设备，使各分支和设备在空间位置占用上不重叠；空间压缩阶段，根据膨胀阶段所作的调整工作，通过启发性空间位置占用判断，反向的对调整过的空间进行压缩操作，直到空间位置在允许的范围最小化为止。所述方法通过自动布局方法的支持，提供实用的配电单线图初始布局和增量布局调整支持，满足配电单线图功能的实用化需要。
文档编号G06F17/50GK102402634SQ20101028595
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者不公告发明人 申请人:北京国科恒通电气自动化科技有限公司