一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法与流程

1.本发明属于电力系统智能可视化技术领域，具体涉及一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法。


背景技术：

2.随着电网智能化程度提高及电网规模日益增大，对电网结构与运行数据实现可视化程度要求越来越高，而电网厂站接线图是描述电力系统发、输、变、配电各环节设备之间拓扑关系的重要途径，同时也是电力系统分析、计算与调度运行管理的主要工具。目前厂站接线图的绘制和更新维护仍严重依赖自动化运维人员手动绘制，运维人员需采用人工手动绘制的方式，参考设计图纸手动完成厂站接线图中设备图元的绘制、相关文本信息的人工输入、接线图中拓扑关系的人工梳理以及接线图的更新维护。但由于厂站接线图的接线形式复杂多样、设备类型繁多，绘图工作量大、效率较低且维护繁琐，极易出现连接线与图元未完全连接、图元信息缺失、关联关系不匹配等问题，同时存在图形标准不统一及设计图纸占用存储空间大的问题。
3.此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法，是非常有必要的。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述现有厂站接线图接线形式复杂，设备类型多，绘图工作量大，维护繁琐，依赖运维人员手动绘制，容易出现连接线与图元未完全连接、图元信息缺失、关联关系不匹配以及图形标准不统一及设计图纸占用存储空间大的缺陷，本发明提供一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法，以解决上述技术问题。
5.第一方面，本发明提供一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法，包括如下步骤：
6.s1.获取原有格式的厂站接线图的图像文件，分别对图中设备图元、文字及连接线轮廓进行识别，并对识别结果进行修正；
7.s2.根据修正后设备图元、文字及连接线轮廓的位置坐标及相关识别结果，构建厂站接线图拓扑关系矩阵文件并进行存储。
8.进一步地，步骤s1具体步骤如下：
9.s11.读取原有cad格式或visio格式的厂站接线图的图像文件，设定为第一图像文件；
10.s12.对第一图像文件进行预处理后，使用图元目标检测模型进行设备图元目标的检测与识别，得到厂站接线图中所有设备图元的位置坐标、设备图元类别及设备图元旋转角度，再对识别出的设备图元编制端点标号及唯一图元编号；
11.s13.对第一图像文件中设备图元进行覆盖隐藏，生成第二图像文件；
12.s14.对第二图像文件进行预处理后，使用文字目标检测模型进行文字目标的检测
与识别，得到厂站接线图中所有文字的位置坐标及文本内容，并根据文本内容分析出电压等级，再根据文字与设备图元的位置坐标的关联关系进行匹配，对文本内容不完整的设备图元进行文本补充，使得设备图元与文本内容一一对应，生成文本设备图元关联矩阵；
13.s15.对第二图像文件中文本内容进行覆盖隐藏，生成第三图像文件；
14.s16.对第三图像文件进行预处理后，使用预设的矩形卷积核及轮廓检测算法检测出各连接线轮廓，并获取表征连接线轮廓各位置点的坐标数据，再对各位置点的坐标数据按照水平或垂直线方向进行合并或拆分，形成优化后连接线及位置坐标，并为各优化后的连接线编制端点标号及唯一连接线编号。读取原有格式的厂站接线图的图像文件，依次读取设备图元、文字及连接线的图像元素，并对其定位，同时逐步对读取完的图像元素进行隐藏覆盖，减少后续图像处理的难度。
15.进一步地，步骤s12具体步骤如下：
16.s121.获取若干作为样本的第一图像文件，并对各第一图像文件进行缩放预处理及切割预处理，生成设备图元训练数据集；
17.s122.基于两阶段目标检测算法，并采用区域提议网络构建图元目标检测模型；
18.s123.使用设备图元训练数据集对图元目标检测模型进行训练，直至图元目标检测模型准确率满足设定阈值；
19.s124.获取待识别的第一图像文件，并进行缩放预处理及切割预处理，再使用训练好的图元目标检测模型进行设备图元目标的检测与识别，得到厂站接线图中所有设备图元的位置坐标、设备图元类别及设备图元旋转角度；
20.s125.对识别出的设备图元按照端点数量编制端点标号，并为每个设备图元编制唯一图元编号。设备图元的端点数量用于绘制厂站接线图时连接线准确连接关联设备图元的端点。
21.进一步地，设备图元类别包括断路器或开关、隔离开关或刀闸、两绕组变压器、三绕组变压器、母线、电容器、电压互感器、电流互感器、避雷器、负荷、接地刀闸以及发电机。不属于上述范围的设备图元进行目标检测时均标记并识别为其他元件。
22.进一步地，设备图元旋转角度包括0度、90度、180度及270度。
23.进一步地，步骤s14具体步骤如下：
24.s141.获取若干作为样本的第二图像文件，并对各第二图像文件进行缩放预处理及切割预处理，生成文本训练数据集；
25.s142.基于检测和识别两阶段文字识别算法构建文字目标检测模型；
26.s143.使用文本训练数据集对文字目标检测模型进行训练，直至文本目标检测模型准确率满足设定阈值；
27.s144.获取待识别的第二图像文件，并进行缩放预处理及切割预处理，再使用训练好的文字目标检测模型进行文字目标的检测与识别，得到厂站接线图中所有文字的位置坐标及文本内容，并根据文本内容分析出厂站所属的电压等级；
28.s145.根据文字的坐标位置与设备图元的位置坐标进行关联匹配，判断文本内容是否不完整；
29.若是，进入步骤s146；
30.若否，进入步骤s147；
31.s146.将文本内容不完整的设备图元进行文本补充，使得设备图元与文本内容一一对应；
32.s147.根据设备图元与文本内容对应关系生成文本设备图元关联矩阵。
33.进一步地，文本设备图元关联矩阵每一行数据依次包括图元编号、图元类别、图元位置坐标、图元旋转角度、电压等级、设备编号或间隔名称、相应文字位置坐标。
34.进一步地，步骤s16具体步骤如下：
35.s161.基于图像处理分析opencv函数库，对待识别的第三图像文件依次进行灰度图转换及图像二值化预处理；
36.s162.预先设置图像的矩形卷积核阈值，并在矩形卷积核阈值范围内根据图形尺寸自适应调节矩形卷积核大小；
37.s163.根据预设的矩形卷积核大小，对预处理后的第三图像文件分别按照水平方向和垂直方向进行滤波处理；
38.s164.利用opencv函数库中轮廓检测算法，对滤波处理后的第三图像文件进行连接线轮廓检测，获取表征连接线轮廓各位置点的坐标数据；
39.s165.根据获得的连接线各位置点的坐标数据，依次按照水平和垂直线方向进行合并或拆分，形成新的优化后的连接线及位置坐标；
40.s166.为优化后的连接线编制端点标号及唯一连接线标号。矩形卷积核大小可调节确保有效检测出第三图像文件中的较短线条；连接线轮廓的检测，确保第三图像文件中不同粗细的连接线均可获得准确位置坐标。
41.进一步地，步骤s13具体步骤如下：
42.s131.获取第一图像文件中设备图元的位置坐标；
43.s132.利用图像处理分析opencv函数库，对第一图像文件中设备图元的位置坐标处用图像背景色覆盖，得到隐藏设备图元的第二图像文件；
44.步骤s15具体步骤如下：
45.s151.获取第二图像文件中文字的位置坐标；
46.s152.利用图像处理分析opencv函数库，对第二图像文件中文字的位置坐标处用图像背景色覆盖，得到隐藏设备图元和文本内容的第三图像文件。对第一图像文件中设备图元隐藏覆盖后，得到剩余文字和连接线的第二图像文件，对第二图像文件中文字隐藏覆盖后，得到只剩连接线的第三图像文件，逐步处理逐步隐藏，减少了后续图像处理的难度，减小图像处理的工作量。
47.进一步地，步骤s2具体步骤如下：
48.s21.获取优化后的各连接线的位置坐标，构建表示连接线之间连接关系的连接线关联矩阵；
49.s22.根据连接线关联矩阵及设备图元的位置坐标，构建表示连接线与设备图元之间连接关系的连接线图元关联矩阵；
50.s23.根据连接线图元关联矩阵及文本设备图元关联矩阵，构建厂站接线图拓扑关系矩阵，输出并存储厂站接线图拓扑关系矩阵文件。后期只要基于厂站接线图拓扑关系矩阵文件，并结合标准图元库，经过数据读取解析处理即可画出适用于电网调控部门的厂站接线图。文字目标检测与识别时已经进行了文本设备图元关联矩阵的建立，再通过建立连
接线关联矩阵和连接线图元关联矩阵构建出厂站接线图拓扑关系矩阵，并进行轻量级存储。
51.进一步地，步骤s21中连接线之间连接关系具体对应水平与垂直方向之间的位置关系，包括十字交叉及t字型；
52.步骤s21具体步骤如下：
53.s211.定位一条连接线；
54.s212获取定位连接线与剩余连接线的位置坐标；
55.s213.判断定位连接线与剩余连接线中是否存在端点坐标重合；
56.若是，进入步骤s214；
57.若否，进入步骤s215；
58.s214.判定定位连接线与对应端点重合的剩余连接线存在关联关系；
59.s215.判断是否所有连接线定位完毕；
60.若是，进入步骤s216；
61.若否，定位下一条连接线，返回步骤s212；
62.s216.构建表示连接线之间连接关系的连接线关联矩阵。
63.进一步地，所述连接线关联矩阵的每一行包括连接线编号、连接线位置坐标、与该连接线关联的剩余连接线的编号及端点标号，连接线关联矩阵的行数为连接线条数。
64.进一步地，步骤s22具体步骤如下：
65.s221.获取连接线关联矩阵及设备图元的位置坐标；
66.s222.依次定位连接线关联矩阵每一行中连接线，
67.s223.判断定位连接线的任一端点与任一设备图元的距离是否均小于设备图元长及宽的一半；
68.若是，进入步骤s224；
69.若否，进入步骤s225；
70.s224.判定该定位连接线与对应设备图元有关联，并将连接线关联矩阵中将该设备图元的编号及端点号添加到对应连接线后面；
71.s225.判断是否所有连接线定位完毕；
72.若是，进入步骤s226；
73.若否，定位下一条连接线，返回步骤s223；
74.s226.根据连接线关联矩阵及对应连接线后添加的设备图元的编号及端点号，生成连接线图元关联矩阵。
75.进一步地，所述连接线图元关联矩阵的每一行包括连接线编号、连接线位置坐标、与该连接线关联的剩余连接线的编号及端点标号、与该连接线关联的图元编号及端点标号。
76.进一步地，步骤s23具体步骤如下：
77.s231.依次定位连接线图元关联矩阵中每一行；
78.s232.将对应图元的图元编号、图元类别、图元位置坐标、图元旋转角度、电压等级、设备编号或间隔名称、相应文字的位置坐标及相应文本内容添加到连接线图元关联矩阵对应行；
79.s233.判断连接线图元关联矩阵的各行是否定位完毕；
80.若是，进入步骤s234；
81.若否，定位连接线图元关联矩阵的下一行，返回步骤s232；
82.s234.生成厂站接线图拓扑关系矩阵，输出并存储厂站接线图拓扑关系矩阵文件。厂站接线图拓扑关系矩阵文件可使用json、txt或其他任何一种可用文件格式存储。
83.进一步地，厂站接线图拓扑关系矩阵的每一行包括连接线编号、连接线位置坐标、与连接线关联的剩余连接线的编号及端点标号、与连接线关联的图元编号及端点标号、设备图元类别、设备图元位置坐标、设备图元旋转角度、电压等级、设备编号或间隔名称、相应文字位置坐标及相应文本内容。
84.本发明的有益效果在于：
85.本发明提供的电网厂站接线图自动识别与转换存储方法，对cad或visio格式的厂站接线图的图形文件实现设备图元、文字及连接线轮廓的自动检测识别，并对文字及连接线进行补充及修正，再通过厂站接线图拓扑关系矩阵实现轻量存储。本发明实现电网厂站接线图拓扑关系自动识别转换效率的提升，有效降低电子图纸对存储空间的占用，提高自动化运维人员绘图和维护效率。
86.此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
87.由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
88.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而言，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。
89.图1是本发明的电网厂站接线图自动识别与转换存储方法实施例1流程示意图。
90.图2是本发明的电网厂站接线图自动识别与转换存储方法实施例2流程示意图。
具体实施方式
91.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
92.实施例1：
93.如图1所示，本发明提供一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法，包括如下步骤：
94.s1.获取原有格式的厂站接线图的图像文件，分别对图中设备图元、文字及连接线轮廓进行识别，并对识别结果进行修正；
95.s2.根据修正后设备图元、文字及连接线轮廓的位置坐标及相关识别结果，构建厂站接线图拓扑关系矩阵文件并进行存储。
96.实施例2：
97.如图2所示，本发明提供一种电网厂站接线图自动识别与转换存储方法，包括如下步骤：
98.s1.获取原有格式的厂站接线图的图像文件，分别对设备图元、文字及连接线轮廓进行识别，并对识别结果进行修正；具体步骤如下：
99.s11.读取原有cad格式或visio格式的厂站接线图的图像文件，设定为第一图像文件；
100.s12.对第一图像文件进行预处理后，使用图元目标检测模型进行设备图元目标的检测与识别，得到厂站接线图中所有设备图元的位置坐标、设备图元类别及设备图元旋转角度，再对识别出的设备图元编制端点标号及唯一图元编号；
101.s13.对第一图像文件中设备图元进行覆盖隐藏，生成第二图像文件；
102.s14.对第二图像文件进行预处理后，使用文字目标检测模型进行文字目标的检测与识别，得到厂站接线图中所有文字的位置坐标及文本内容，并根据文本内容分析出电压等级，再根据文字与设备图元的位置坐标的关联关系进行匹配，对文本内容不完整的设备图元进行文本补充，使得设备图元与文本内容一一对应，生成文本设备图元关联矩阵；
103.s15.对第二图像文件中文本内容进行覆盖隐藏，生成第三图像文件；
104.s16.对第三图像文件进行预处理后，使用预设的矩形卷积核及轮廓检测算法检测出各连接线轮廓，并获取表征连接线轮廓各位置点的坐标数据，再对各位置点的坐标数据按照水平或垂直线方向进行合并或拆分，形成优化后连接线及位置坐标，并为各优化后的连接线编制端点标号及唯一连接线编号；
105.读取原有格式的厂站接线图的图像文件，依次读取设备图元、文字及连接线的图像元素，并对其定位，同时逐步对读取完的图像元素进行隐藏覆盖，减少后续图像处理的难度；
106.s2.根据修正后设备图元、文字及连接线轮廓的位置坐标及相关识别结果，构建厂站接线图拓扑关系矩阵文件并进行存储；具体步骤如下：
107.s21.获取优化后的各连接线的位置坐标，构建表示连接线之间连接关系的连接线关联矩阵；
108.s22.根据连接线关联矩阵及设备图元的位置坐标，构建表示连接线与设备图元之间连接关系的连接线图元关联矩阵；
109.s23.根据连接线图元关联矩阵及文本设备图元关联矩阵，构建厂站接线图拓扑关系矩阵，输出并存储厂站接线图拓扑关系矩阵文件；文字目标检测与识别时已经进行了文本设备图元关联矩阵的建立，再通过建立连接线关联矩阵和连接线图元关联矩阵构建出厂站接线图拓扑关系矩阵，并进行轻量级存储。
110.在某些实施例中，步骤s12具体步骤如下：
111.s121.获取若干作为样本的第一图像文件，并对各第一图像文件进行缩放预处理及切割预处理，生成设备图元训练数据集；
112.s122.基于两阶段目标检测算法，并采用区域提议网络构建图元目标检测模型；
113.s123.使用设备图元训练数据集对图元目标检测模型进行训练，直至图元目标检测模型准确率满足设定阈值；
114.s124.获取待识别的第一图像文件，并进行缩放预处理及切割预处理，再使用训练好的图元目标检测模型进行设备图元目标的检测与识别，得到厂站接线图中所有设备图元的位置坐标、设备图元类别及设备图元旋转角度；
115.s125.对识别出的设备图元按照端点数量编制端点标号，并为每个设备图元编制唯一图元编号；
116.设备图元的端点数量用于绘制厂站接线图时连接线准确连接关联设备图元的端点；
117.设备图元类别包括断路器或开关、隔离开关或刀闸、两绕组变压器、三绕组变压器、母线、电容器、电压互感器、电流互感器、避雷器、负荷、接地刀闸以及发电机。不属于上述范围的设备图元进行目标检测时均标记并识别为其他元件；
118.设备图元旋转角度包括0度、90度、180度及270度；
119.步骤s13具体步骤如下：
120.s131.获取第一图像文件中设备图元的位置坐标；
121.s132.利用图像处理分析opencv函数库，对第一图像文件中设备图元的位置坐标处用图像背景色覆盖，得到隐藏设备图元的第二图像文件；
122.步骤s14具体步骤如下：
123.s141.获取若干作为样本的第二图像文件，并对各第二图像文件进行缩放预处理及切割预处理，生成文本训练数据集；
124.s142.基于检测和识别两阶段文字识别算法构建文字目标检测模型；
125.s143.使用文本训练数据集对文字目标检测模型进行训练，直至文本目标检测模型准确率满足设定阈值；
126.s144.获取待识别的第二图像文件，并进行缩放预处理及切割预处理，再使用训练好的文字目标检测模型进行文字目标的检测与识别，得到厂站接线图中所有文字的位置坐标及文本内容，并根据文本内容分析出厂站所属的电压等级；
127.s145.根据文字的坐标位置与设备图元的位置坐标进行关联匹配，判断文本内容是否不完整；
128.若是，进入步骤s146；
129.若否，进入步骤s147；
130.s146.将文本内容不完整的设备图元进行文本补充，使得设备图元与文本内容一一对应；
131.s147.根据设备图元与文本内容对应关系生成文本设备图元关联矩阵；
132.文本设备图元关联矩阵每一行数据依次包括图元编号、图元类别、图元位置坐标、图元旋转角度、电压等级、设备编号或间隔名称、相应文字位置坐标；
133.步骤s15具体步骤如下：
134.s151.获取第二图像文件中文字的位置坐标；
135.s152.利用图像处理分析opencv函数库，对第二图像文件中文字的位置坐标处用图像背景色覆盖，得到隐藏设备图元和文本内容的第三图像文件；
136.对第一图像文件中设备图元隐藏覆盖后，得到剩余文字和连接线的第二图像文件，对第二图像文件中文字隐藏覆盖后，得到只剩连接线的第三图像文件，逐步处理逐步隐
藏，减少了后续图像处理的难度，减小图像处理的工作量；
137.步骤s16具体步骤如下：
138.s161.基于图像处理分析opencv函数库，对待识别的第三图像文件依次进行灰度图转换及图像二值化预处理；
139.s162.预先设置图像的矩形卷积核阈值，并在矩形卷积核阈值范围内根据图形尺寸自适应调节矩形卷积核大小；
140.s163.根据预设的矩形卷积核大小，对预处理后的第三图像文件分别按照水平方向和垂直方向进行滤波处理；
141.s164.利用opencv函数库中轮廓检测算法，对滤波处理后的第三图像文件进行连接线轮廓检测，获取表征连接线轮廓各位置点的坐标数据；
142.s165.根据获得的连接线各位置点的坐标数据，依次按照水平和垂直线方向进行合并或拆分，形成新的优化后的连接线及位置坐标；
143.s166.为优化后的连接线编制端点标号及唯一连接线标号；矩形卷积核大小可调节确保有效检测出第三图像文件中的较短线条；连接线轮廓的检测，确保第三图像文件中不同粗细的连接线均可获得准确位置坐标。
144.在某些实施例中，步骤s21中连接线之间连接关系具体对应水平与垂直方向之间的位置关系，包括十字交叉及t字型；
145.步骤s21具体步骤如下：
146.s211.定位一条连接线；
147.s212获取定位连接线与剩余连接线的位置坐标；
148.s213.判断定位连接线与剩余连接线中是否存在端点坐标重合；
149.若是，进入步骤s214；
150.若否，进入步骤s215；
151.s214.判定定位连接线与对应端点重合的剩余连接线存在关联关系；
152.s215.判断是否所有连接线定位完毕；
153.若是，进入步骤s216；
154.若否，定位下一条连接线，返回步骤s212；
155.s216.构建表示连接线之间连接关系的连接线关联矩阵，所述连接线关联矩阵的每一行包括连接线编号、连接线位置坐标、与该连接线关联的剩余连接线的编号及端点标号，连接线关联矩阵的行数为连接线条数；
156.所述连接线关联矩阵的每一行包括连接线编号、连接线位置坐标、与该连接线关联的剩余连接线的编号及端点标号，连接线关联矩阵的行数为连接线条数；
157.步骤s22具体步骤如下：
158.s221.获取连接线关联矩阵及设备图元的位置坐标；
159.s222.依次定位连接线关联矩阵每一行中连接线，
160.s223.判断定位连接线的任一端点与任一设备图元的距离是否均小于设备图元长及宽的一半；
161.若是，进入步骤s224；
162.若否，进入步骤s225；
163.s224.判定该定位连接线与对应设备图元有关联，并将连接线关联矩阵中将该设备图元的编号及端点号添加到对应连接线后面；
164.s225.判断是否所有连接线定位完毕；
165.若是，进入步骤s226；
166.若否，定位下一条连接线，返回步骤s223；
167.s226.根据连接线关联矩阵及对应连接线后添加的设备图元的编号及端点号，生成连接线图元关联矩阵，所述连接线图元关联矩阵的每一行包括连接线编号、连接线位置坐标、与该连接线关联的剩余连接线的编号及端点标号、与该连接线关联的图元编号及端点标号；
168.步骤s23具体步骤如下：
169.s231.依次定位连接线图元关联矩阵中每一行；
170.s232.将对应图元的图元编号、图元类别、图元位置坐标、图元旋转角度、电压等级、设备编号或间隔名称、相应文字的位置坐标及相应文本内容添加到连接线图元关联矩阵对应行；
171.s233.判断连接线图元关联矩阵的各行是否定位完毕；
172.若是，进入步骤s234；
173.若否，定位连接线图元关联矩阵的下一行，返回步骤s232；
174.s234.生成厂站接线图拓扑关系矩阵，输出并存储厂站接线图拓扑关系矩阵文件；
175.厂站接线图拓扑关系矩阵文件可使用json、txt或其他任何一种可用文件格式存储；
176.厂站接线图拓扑关系矩阵的每一行包括连接线编号、连接线位置坐标、与连接线关联的剩余连接线的编号及端点标号、与连接线关联的图元编号及端点标号、设备图元类别、设备图元位置坐标、设备图元旋转角度、电压等级、设备编号或间隔名称、相应文字位置坐标及相应文本内容。
177.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。