一種基于多目標優(yōu)化的電網(wǎng)專題圖自動成圖模型的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于多目標優(yōu)化的電網(wǎng)專題圖自動成圖模型的方法。
【背景技術】
[0002] 電網(wǎng)智能化繪圖系統(tǒng)，以設備的拓撲連接關系為基礎，將配電饋線自動轉換成單 線圖。系統(tǒng)基于面向圖形對象的單線圖繪制工具，提出一種通過優(yōu)秀的空間布局、繪制算法 來盡可能避免圖形重疊、交叉，得到滿足實用化條件電網(wǎng)圖形的方法，在無需任何人工干預 的情況下，保證自動生成的單線圖布局美觀、清晰、合理。該系統(tǒng)具有操作方便、功能實用、 結構先進、可擴充性好等優(yōu)點。
[0003] 現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡自動成圖模型有基于主干-分支結構的布局模型，基于流的拓撲 布局模型和基于能量最小原理的力導向模型。基于主干分支結構的布局思想簡單，實現(xiàn)方 便，成圖結構清晰，但存在布局空間浪費，無法控制成圖紙張長寬比例的問題?；诹鞯耐?撲布局模型將布局問題轉化為網(wǎng)絡流優(yōu)化問題，其運算速度快，能夠在特定的需求上達到 最優(yōu)，但其受制于特定的成圖風格，不同風格與需求需要構建不同的算法，實現(xiàn)成本高，缺 乏通用性，難以實現(xiàn)產(chǎn)品化?；谀芰孔钚≡淼牧蚰Ｐ屯ㄟ^模擬帶電粒子群穩(wěn)態(tài)時 的分布情況來實現(xiàn)布局，其適用于大規(guī)模圖形的布局，在大數(shù)據(jù)可視化中得到廣泛應用，但 其難以控制布局風格，無法滿足電網(wǎng)專題圖中正交化與對齊的需求。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于多目標優(yōu)化的電網(wǎng)專題圖自動成圖模 型的方法，該方法能夠滿足專題圖制圖規(guī)范，并具有足夠的伸縮性，能適應不同地區(qū)的不同 需求，具有簡單且高效的實現(xiàn)，方便進行產(chǎn)品化。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] -種基于多目標優(yōu)化的電網(wǎng)專題圖自動成圖模型的方法，包括以下步驟：
[0007] (1)設定布局空間為矩形區(qū)域，將按照一定的橫向間距與縱向間距建立網(wǎng)格，將空 間網(wǎng)格化；
[0008] (2)以節(jié)點之間的曼哈頓或歐幾里得距離來描述節(jié)點間線的長度，確定節(jié)點間的 拓撲連接關系；
[0009] (3)計算與母線設備有直接拓撲連接的元件的布局角度，引入逆序處理方法，衡量 布局順序與母線出線順序間的差異，描述母線設備出線交叉；
[0010] (4)引入逆序處理方法，描述由于網(wǎng)格上不同行間元件布局位置不合理而導致的 交叉；
[0011] (5)對給定的多目標優(yōu)化問題進行最優(yōu)求解，表示每個子目標函數(shù)的重要程度，將 多目標優(yōu)化問題轉為單目標優(yōu)化問題；
[0012] (6)根據(jù)節(jié)點間的拓撲連接關系、母線設備出線交叉、元件相對位置交叉和多目標 優(yōu)化模型，生成電網(wǎng)專題圖自動布局的多目標優(yōu)化模型。
[0013] 所述步驟⑴中，設定布局空間為矩形區(qū)域，將按照一定的橫向間距Wunit與縱向間 距H unit建立網(wǎng)格。
[0014] 所述步驟（1)中，具體劃分要求為：按照單元格大小相同的矩形網(wǎng)格來劃分布局 區(qū)域，每個元件只能在網(wǎng)格中的一行，不允許跨行擺放，元件占據(jù)一行中的多個單元格，但 是每個單元格中至多有一個元件，不允許兩個元件在同一個單元格中出現(xiàn)，元件擺放于一 個或多個連續(xù)單元格中央，并在元件四周預留出走線空間。
[0015] 優(yōu)選的，水平、垂直方向預留空間與布局元件長寬相等。
[0016] 所述步驟（1)中，滿足劃分要求的最小矩形作為單元格大小，具體來說：
[0017] Wunit= min(w ^Wspace i = I...η
[0018] Hunit= max (h ^Hspace i = 1…η
[0019] 其中，Wunit與Hunit為單元格寬度，w JP h i為第i個布局元件的寬度，η為布局元件 數(shù)量，Wsp_和H sp_為在元件四周預留走線通道的寬度。
[0020] 所述步驟（2)中，具體方法為：以節(jié)點之間的曼哈頓或歐幾里得距離來描述節(jié)點 間線的長度，
[0021]
[0022] 其中，G為要布局的專題圖，i，j為G中不同的兩個布局元件下標，兩元件坐標為 (X i, y;)，Uj, 1)，δ (i，j)為delta函數(shù)，當i與j之間有直接拓撲連接時，δ (i，j) = 1， 反之 δ (i，j) = 0。
[0023] 所述步驟（3)中，電網(wǎng)專題圖要求母線設備上出線接頭的順序固定時，假設出線 接頭會按照從左至右，從上到下的順序編號。
[0024] 所述步驟（3)中，考慮母線設備下方向單向出線的情況，設第i個元件為母線設 備，以元件i中心為原點，y軸垂直向上為〇方向建立極坐標系，選逆時針為正方向，角度單 位設定為弧度，設元件i節(jié)點度為(I i，則與元件i有直接拓撲連接的第k個元件，k = 1··· (I1，其在極坐標系中的角度為
[0025]
[0026] 其中A1,k為與元件i有直接拓撲連接的第k個元件在極坐標系中的角度，（X 1>k，yi, k)，（Xi，yj為元件i與元件k在布局中的坐標。
[0027] 所述步驟（3)中，逆序處理方法為：定義：在1，2, 3，···]!這η個數(shù)的一個全排列 Ρι，Ρ2，Ρ3，"1中，有P i> P .j，i < J·時，就稱這是一個逆序，排列Ρι，Ρ2，Ρ3，"1中逆序的 總數(shù)稱為該排列的逆序數(shù)；
[0028] 逆序數(shù)用于衡量兩個有序序列中順序的差異，與元件i有直接拓撲連接的Cl1個元 件按照角度排列后，若其中有逆序，則會產(chǎn)生交叉，故其使用逆序數(shù)來描述： CN 105138764 A ^ 3/6 貝
[0029]
[0030]
[0031] C(nodei)為母線元件i出線處的交叉數(shù)，S^lgle, 3|#與i相連的元件k按照角度 和按照出現(xiàn)線頭編號s升序排序后的順序。
[0032] 所述步驟（4)中，設第i層上1，3兩個元件分別與p和q層的2, 4元件相連，若元 件1，3與元件2, 4之間存在逆序，則產(chǎn)生交叉；
[0033]
[0034] C(Iayer1)為第i層中，下行線路的交叉數(shù)量，rf:為第i層中下行線路的數(shù)量， 為第i層中，與第j條下行線路相連的布局元件按照X升序排列的順序數(shù)，Sitami:為與第j 條下行線路另一端相連的布局元件在所有與第i層相連的下方元件中的位次，排序方式同 樣為按照X升序排列。
[0035] 所述步驟（5)中，具體方法為：設P為一個給定的MOP (Multiobjective Optimization Problem)，P所包含的子目標函數(shù)記為A (X) (i = 1，2,…m)，在求P的Pareto 最優(yōu)解過程中，引入權重W1Q = 1，2,…m)表示每個子目標函數(shù)AU)的重要程度，把各 個子目標函數(shù)t (X)的線性加權和F(X)= StiWi · /Kx)作為求P的Pareto最優(yōu)解的重要 評價參數(shù)，將求解最優(yōu)解從MOP多目標優(yōu)化問題轉化為SOP單目標優(yōu)化問題。
[0036] 所述步驟（6)中，電網(wǎng)專題圖自動布局的多目標優(yōu)化模型建立為
[0037]
[0038] 本發(fā)明的有益效果為：
[0039] (1)本發(fā)明不受特定的成圖風格限制，具有足夠的伸縮性，能適應不同地區(qū)的不同 需求；
[0040] (2)較之同類方法，本發(fā)明生成的布局空間利用率高，所成圖面積小，更易于閱 讀；
[0041] (3)本發(fā)明允許按照屏幕比例設置圖紙長寬比，方便圖紙在屏幕上呈現(xiàn)于閱讀；
[0042] (4)本發(fā)明適用于大規(guī)模圖形的布局，實現(xiàn)布局風格可控，滿足專題圖制圖規(guī)范。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0044] 圖2是本發(fā)明的實施例效果圖。
【具體實施方式】：
[0045] 下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0046] 如圖1所示，包括以下步驟：
[0047] 1，空間網(wǎng)格化
[0048] 電力網(wǎng)絡圖形布局應盡可能使節(jié)點幾何分布與網(wǎng)絡連線邏輯有較好的對應關系， 為了縮小節(jié)點布局的搜索空間，需要對布局空間進行離散化處理。
[0049] 假定布局空間為矩形區(qū)域，將按照一定的橫向間距Wunit與縱向間距Hunit建立網(wǎng) 格。按照單元格大小相同的矩形網(wǎng)格來劃分布局區(qū)域，每個元件只能在網(wǎng)格中的一行，不 允許跨行擺放，元件可以占據(jù)一行中的多個單元格，每個單元格中至多有一個元件，不允許 兩個元件在同一個單元格中出現(xiàn)。元件擺放于一個或多個連續(xù)單元格中央，并在元件四周 預留出走線空間，按照人工制圖的經(jīng)驗，水平，垂直方向預留空間與布局元件長寬相等時為 益。為了獲取更好的布局效果，本專利采用滿足上述規(guī)則的最小矩形作為單元格大小，具體 來說：
[0050] Wunit= min(w ^Wspace i = I."η
[0051] Hunit= max (h MHspace i = 1…η
[0052] 其中，Wunit與Hunit為單元格寬度，w JP h i為第i個布局元件的寬度，η為布局元件 數(shù)量。Wsp_和H sp_為在元件四周預留走線通道的寬度。
[0053] 2,線路長度描述
[0054] 以節(jié)點之間的曼哈頓或歐幾里得距離來描述節(jié)點間線的長度，
[0055]
[0056] 其中，G為要布局的專題圖，i，j為G中不同的兩個布局元件下標，兩元件坐標為 (X i, y;)，Uj, 1)，δ (i，j)為delta函數(shù)，當i與j之間有直接拓撲連接時，δ (i，j) = 1， 反之 δ (i，j) = 0
[0057] 3,母線設備出線交叉
[0058] 電網(wǎng)專題圖可能會要求母線設備上出