无重叠交叉的配电网单线图自动生成算法_陈勇
无重叠交叉的配电网单线图自动生成算法
无重叠交叉的配电网单线图自动生成算法陈勇, 邓其军，周洪(武汉大学自动化系, 湖北武汉430072 )摘要：以设备的拓扑连接关系为基础，将配电馈线的地理接线图自动转换成单线图时，存在的最大问题就是线和图标的重叠交叉的消除。
基于面向图形对象的单线图绘制工具，提出了一种通过寻找最佳绘制方向来尽可能避免重叠交叉的新方法。
当需要向某个方向绘制一个图标时，先检测按此方向绘制是否会与已经存在的对象发生重叠交叉。
如果有重叠交叉，则依次尝试向其它两个垂直方向绘制。
如果三个方向都无法绘制，则通过局部图幅扩展算法，对图幅进行扩展，得到至少一个图标的位置后按照原方向进行绘制。
结合实例详细描述了所提出方法的算法步骤，结果表明该方法能尽可能避免线和图标的重叠交叉，保证自动生成的单线图布局美观合理，并且在城市配电网中得到了成功的应用。
关键词：配电网；地理信息系统；单线图；自动生成；拓扑；GDI+ ；重叠交叉0引言在基于地理信息的配电网管理系统中，馈线的地理图和单线图是配电网运行管理的两类核心资料。
目前，在大多数的类似系统[1~3]中，设备的地理图是在地理信息系统GIS （Geographic Information System）上绘制完成的(包括设备之间的连接关系)；而电气单线图则是在CAD图上通过手工绘制来完成的。
两者之间存在数据、拓扑不一致的隐患。
配电馈线的地理图到单线图的自动转换，能够大大减少配电网管理的数据维护工作量，避免数据多头配置，确保数据的一致性[4]。
以设备在地理图上的拓扑连接关系为基础，实现单线图的自动绘制问题，部分文献已经作过研究[5~15]，其中最重要的问题，是如何解决线和图标的重叠与交叉问题。
文献[7]和文献[8]中将一个辐射状的配电网络拓扑结构用图论中的树表示，提出生成辐射状配电馈线电气接线图的方法。
文献[9,10]提出的方法是将各电气设备分级，然后把偶数级水平放置，奇数级垂直放置。
若产生交叉或重叠则采取水平或垂直一维局部拉伸平移的方法来消除。
基于GIS和SVG的低压单线图自动布局算法
基于GIS和SVG的低压单线图自动布局算法吴丽贤;林钰杰【摘要】Low-voltage single-line diagrams are important figures in low-voltage distribution network management. In order to convert geographic maps in GIS into SVG-based low-voltage single-line diagrams, the main characteristics of low-voltage distribution network are analyzed, and an automatic layout algorithm integrating horizontal and vertical alignment and geographic distribution is proposed. The low-voltage equipments are traversed and arranged via breadth-first and depth-first search, and their annotations are automatically added to diagrams based on 8-neighborhood greedy algorithm. In addition, an orthogonal process is applied to the initial lines through maze algorithm with double constraints so as to improve overlapping lines. The example shows that the proposed algorithm can quickly generate practical low-voltage single-line diagrams, which are clear, legible and rich in information. At present, the algorithm has been applied to some application systems of the Power Supply Bureau, such as automatic generation system of distribution and dispatch single-line diagrams.%低压单线图是低压配网管理中的重要图形. 为实现从GIS地理图到基于SVG的低压单线图的自动转换,分析了低压配网的主要特点,并在此基础上提出了集成横平竖直和沿地理走向这两种方式的布局算法. 布局过程运用了广度优先和深度优先搜索法来排布低压设备,采用了基于8邻域的贪心算法为设备添加标注,并通过带双约束的迷宫算法对低压线路的初始出线进行正交化处理. 实例表明,所提出的算法能够快速生成信息丰富、清晰易读、实际可用的低压单线图. 目前该算法已应用于某供电局的配调电气连接图自动生成系统等应用系统中.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)020【总页数】4页(P148-151)【关键词】GIS;SVG;低压配网;低压单线图;自动布局;迷宫算法【作者】吴丽贤;林钰杰【作者单位】广东电网有限责任公司佛山供电局, 广东佛山 528000;广东电网有限责任公司佛山供电局, 广东佛山 528000【正文语种】中文【中图分类】TN99从“以设备为中心”到“以客户为中心”，电力企业的经营管理模式正日渐转变。
配电馈线单线图无边交叉绘制算法
配电馈线单线图无边交叉绘制算法周博曦;孟昭勇;荆辉;徐家恒;宋新新;商玲玲【摘要】Based on artificial intelligence algorithms,an algorithm for none-edge crossing diagram of urban distribution network is proposed,whose structure consists of three levels,i.e.,high voltage substation,ring network cabinet,and distribution transformer.The first step is to establish a model of associated lines with minimum edge crossing by using genetic algorithm to realize the calculation of nodes'layout.The second step is to describe the edge crossing among as?sociated lines according to the positional relationship between nodes in the graph layers,and make further adjustments to eliminate the crossing.Finally,with the advantage of nodes'layout,the arranged nodes are topologically connected by using the layout algorithm.An on-site distribution network is used to verify the proposed algorithm,and the results show that the layout efficiency and visualization effect of the algorithm can satisfy the practical engineering requirement.%借助人工智能算法,提出了由"高压变电站-环网柜-配变"三级结构组成的城市配电网无边交叉绘制方法.首先建立网络关联连线边交叉最小化模型,通过遗传算法实现节点布局计算;然后根据图层节点位置关系描述连线边交叉,并进一步调整消除;最后借助于节点排布位置的优势,采用布线算法对已布局节点进行拓扑连线.采用现场实际的配电网络对算法进行了验证,结果表明该算法的布局效率和图形效果均可满足工程实用要求.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)002【总页数】6页(P113-118)【关键词】配电馈线;单线图;环网柜;无边交叉;遗传算法【作者】周博曦;孟昭勇;荆辉;徐家恒;宋新新;商玲玲【作者单位】国网技术学院,济南250000;国网技术学院,济南250000;国网技术学院,济南250000;国网技术学院,济南250000;国网技术学院,济南250000;国网技术学院,济南250000【正文语种】中文【中图分类】TM73配电系统单线图是生产管理、实时调度等各类配电网应用系统的基础性界面[1]，也是运检、规划、调度等部门经常使用的一种图形资料，对电网管理、方式调度及事故处理具有非常重要的作用。
辐射接线模式的配电馈线单线图自动绘制算法
辐射接线模式的配电馈线单线图自动绘制算法周博曦;孟昭勇;吴文宣;朱毅勇;郭建钊【摘要】研究基于CIM SVG的电网数据模型基础上的配电线路单线图自动布局算法,给出了一种辐射状单线图自动绘图的完整方案.提出一种馈线分级分支的干线-支路模型,结合CIM_SVG数据模型垂直、水平逐级交叉布置馈线各支线;应用面向对象思想建立一种支线图元区域模型,通过模型数据判别图形中的极不对称支线以及重叠或交叉区域,进而根据判别的结果对图形的整体对称化处理以及重叠或交叉区域的消除,最终完成整条馈线的绘制.最后以10 kV辐射状配电馈线为例对算法进行验证,结果表明算法能在数秒内完成典型配电网络布局,适用于更广泛的配电网可视化分析应用.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2015(048)012【总页数】6页(P136-140,147)【关键词】配电单线图;自动布局;CIM;SVG;图形优化;交叉消除;重叠消除【作者】周博曦;孟昭勇;吴文宣;朱毅勇;郭建钊【作者单位】国网技术学院,山东济南250002;山东大学电气工程学院,山东济南250061;国网福建省电力有限公司,福建福州 350003;国网泉州供电公司,福建泉州362000;国网泉州供电公司,福建泉州362000【正文语种】中文【中图分类】TM730 引言配电馈线单线图是一种常用的电力网络图形资料，因其关注网络的逻辑连线而更适用于运行和调度人员的调度分析决策。
随着电网规模不断扩大，线路更为复杂，为减轻图形维护的工作量，单线图自动成图技术被提出并得以研究，近些年来已出现较多有关该方面研究的文献，内容主要集中在数据模型和图元布局与布线2个方面。
在数据模型方面，随着系统间数据集成、应用集成和互操作要求愈加迫切，公共信息模型（common information model， CIM）以及可伸缩矢量图（scalable vector graphics，SVG）成为电力系统自动化系统图形、模型信息共享和标准化的主流，文献[1-2]分别探讨了CIM_SVG技术在调度可视化中的应用，通过的面向调度应用的图形模型构建标准、开放的图模库的一体化系统，值得深究；在单线图自动生成的图元布局与布线算法方面，文献[3-4]研究辐射模式的单线图自绘制算法，探讨对馈线中的干线及各支线逐级布局方案；文献[5]给出了如何消除布局完毕后出现的交叉或重叠方法，均具有良好的参考价值。
基于引力斥力模型的配电网单线图自动生成
基于引力斥力模型的配电网单线图自动生成张奇峰1 闫红漫1 于文鹏2 刘东2【摘要】摘要单线图是电网研究的基本图形。
提出一种基于设备的拓扑连接关系自动生成配电网单线图的算法，将配电网的设备及其连接关系抽象成由点和边组成的图，改进引力－斥力算法使其满足配网的特点。
各设备在相互的引力、斥力作用下达到平衡，并对生成的结果进行正交化处理，从而得到配电网单线图。
实验结果表明，该方法生成的单线图达到了“尽量少交叉重叠”的效果。
【期刊名称】计算机应用与软件【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4【关键词】关键词配电网单线图引力－斥力模型自动布局0 引言配网管理中，地理图和单线图都是必不可少的图形工具。
地理图，顾名思义，就是根据电气设备的地理位置而成的图，缺点是线路会重叠交叉，不易观察。
而单线图就是抛弃设备的地理坐标，仅从其连接关系构造的易于观察阅读的遵循如下美观原则的图:设备分布均匀，线路交叉重叠尽可能少。
当前电力系统单线图生成有三类算法:①基于规则的方法;②图论方法;③ 软计算方法。
以上算法虽然各有应用，但主要应用在输电网或厂站接线图中，在配网中的应用还是很受限，配网单线图自动生成的算法主要是干线支线模型以及其扩展［2－4］，该算法比较简单，易实现，效果也不错，然而它只适用于配网中成辐射状(树状)的单条馈线。
对于包含环网状结构的复杂配网来说，目前仍未有好的解决方案，而干线支线模型显然也不能满足环状结构的要求。
文献［5］提出了一种UML类图的布局算法，该算法虽然布局效果很好，但是非常复杂，灵活性差，而且当点数大于1000时，运行速度会非常慢。
文献［6］提出了一种基于引力－斥力模型的网络拓扑布局算法，该算法容易理解，易于实现。
本文改进引力－斥力算法使其满足配电网特点，期望生成的单线图达到如下效果:尽量少的交叉重叠，结构清晰易读。
1 设计思想本文以配网的拓扑连接关系为基础进行拓扑建模，拓扑建模包括合并站内点和标记母线点两步。
无重叠交叉的配电网单线图自动生成算法
无重叠交叉的配电网单线图自动生成算法
陈勇;邓其军;周洪
【期刊名称】《电力自动化设备》
【年(卷),期】2010(030)011
【摘要】以设备的拓扑连接关系为基础,将配电馈线的地理接线图自动转换成单线图时,存在的最大问题就是线和图标的重叠交叉的消除.基于面向图形对象的单线图绘制工具,提出了一种通过寻找最佳绘制方向来尽可能避免重叠交叉的新方法.当需要向某个方向绘制一个图标时,先检测按此方向绘制是否会与已经存在的对象发生重叠交叉.如果有重叠交叉,则依次尝试向其他2个垂直方向绘制.如果3个方向都无法绘制,则通过局部图幅扩展算法对图幅进行扩展,得到至少1个图标的位置后按照原方向进行绘制.结合实例详细描述了所提出方法的算法步骤.
【总页数】4页(P90-93)
【作者】陈勇;邓其军;周洪
【作者单位】武汉大学,自动化系,湖北,武汉,430072;武汉大学,自动化系,湖北,武汉,430072;武汉大学,自动化系,湖北,武汉,430072
【正文语种】中文
【中图分类】TM744
【相关文献】
1.配电馈线单线图无边交叉绘制算法 [J], 周博曦;孟昭勇;荆辉;徐家恒;宋新新;商玲玲
2.基于遗传算法的区域配电网单线图的自动布局算法 [J], 葛成余;周博曦;朱颂怡;张俊玲;孙联喜;王金亮;张浩;刘书阁;韩先鹤
3.基于引力斥力模型的配电网单线图自动生成 [J], 张奇峰;闫红漫;于文鹏;刘东
4.基于分层布局思想的配电网拓扑图自动生成算法 [J], 杨贵云;吴倩;曹彦昆;侯晓宇;孙华;王践
5.基于地理信息的输电网单线图自动生成新算法 [J], 徐彭亮;何光宇;梅生伟;张王俊;王伟
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无重叠交叉的配电网单线图自动生成算法陈勇，邓其军，周洪（武汉大学自动化系，湖北武汉430072）摘要：以设备的拓扑连接关系为基础，将配电馈线的地理接线图自动转换成单线图时，存在的最大问题就是线和图标的重叠交叉的消除。
基于面向图形对象的单线图绘制工具，提出了一种通过寻找最佳绘制方向来尽可能避免重叠交叉的新方法。
当需要向某个方向绘制一个图标时，先检测按此方向绘制是否会与已经存在的对象发生重叠交叉。
如果有重叠交叉，则依次尝试向其他2个垂直方向绘制。
如果3个方向都无法绘制，则通过局部图幅扩展算法对图幅进行扩展，得到至少1个图标的位置后按照原方向进行绘制。
结合实例详细描述了所提出方法的算法步骤。
关键词：配电网；地理信息系统；单线图；自动生成；拓扑；GDI +技术；重叠交叉中图分类号：TM 744文献标识码：A 文章编号：1006－6047（2010）11－0090－04电力自动化设备Electric Power Automation EquipmentVol．30No．11Nov.2010第30卷第11期2010年11月0引言在基于地理信息的配电网管理系统中，馈线的地理图和单线图是配电网运行管理的2类核心资料。
目前，在大多数的类似系统［1-3］中，设备的地理图是在地理信息系统GIS （Geographic Information System ）上绘制完成的（包括设备之间的连接关系）；而电气单线图则是在CAD 图上通过手工绘制来完成的。
配电馈线的地理图到单线图的自动转换，能够极大减少配电网管理的数据维护工作量，避免数据多头配置，确保数据的一致性［4］。
以设备在地理图上的拓扑连接关系为基础，实现单线图的自动绘制问题，部分文献已经研究过［5-15］，其中最重要的问题，是如何解决线和图标的重叠与交叉问题。
文献［7］和文献［8］中将一个辐射状的配电网络拓扑结构用图论中的树表示，提出生成辐射状配电馈线电气接线图的方法。
文献［9-10］提出的方法是将各电气设备分级，然后把偶数级水平放置，奇数级垂直放置。
文献［11-12］介绍了采用罚函数法进行输电网电线图的自动生成算法。
文献［13］提出了基于树的配电网模型。
本文提出一种通过寻找最佳绘制方向来尽可能避免重叠交叉的新方法。
该方法在一种基于GDI +技术的绘制工具［15］中得到了实现。
1自动绘图的思路馈线地理图向单线图的自动转换可按6个步骤进行。
a.以馈线出线开关为起点，遍历所有连接到的设备（到联络开关、配变或线路末梢为止）形成一棵树；且以层次最深的叶子结点到馈线开关的线所经过的所有点组成的线，作为0级主干。
b.水平向右绘制第0级主干，并记下该主干上所有接有分支的结点，放入BranchNodeList 列表中。
c.对BranchNodeList 中的第1个对象，找出从其接出的每个后续结点，并从BranchNodeList 中删除第1个对象。
d.以c 步中找到的每个后续结点为每个分支的第2点（第1点为c 步中删除的结点），开始绘制相应分支。
在绘制分支时，如果被绘制的结点接出有分支，则加入BranchNodeList 末尾。
e.重复执行c 步和d 步，直到BranchNodeList 中无对象。
f.自动缩放至全屏幕且居中展示。
上述步骤中，重点在d 步中，即如何为每个将要绘制的结点到合适的位置。
本文的处理方法是当需要向某个方向绘制一个图标时，先检测向此方向绘制是否会与已经存在的对象发生重叠交叉。
如果会发生重叠交叉，则依次尝试向其他2个方向绘制。
如果3个方向都无法绘制，则对图幅进行局部扩展，得到至少1个图标的位置再进行绘制。
2最佳绘制方向的寻找算法2.1用于表达已绘制对象所占位置的虚拟矩形单线图绘制的最基本要求是不能有重叠交叉。
同时，线条之间、图标之间以及两者之间，不能太接近，否则看起来就像重叠交叉一样。
因此，在判断是否会发生重叠交叉时，不能直接以已经绘制的线或图标来判断，而是应该在已经绘制好的线和图标所占的区域的基础上，作适当的扩展。
同时为减少对象数量，将每一折线段上所有的线和图标所占的位收稿日期：2010－03－06；修回日期：2010－05－31结束count1＜count2？开始步骤1根据主干的绘制方向，获得与主干的绘制方向垂直的2个方向direction1、direction2步骤2获得从接出点接出的在direction1和direction2的2个方向上的分支个数count1、count2以direction1作为分支方向会重叠交叉？以direction2作为分支方向会重叠交叉？步骤3以direction1作为分支方向步骤5局部扩展步骤4以direction2作为分支方向YNYYNN图2分支的初始绘制方向判断流程图Fig.2Flowchart of original drawing direction judgment for branch置，用1个虚拟的矩形来处理，如图1所示。
其中，D n 表示电气设备，R n 表示虚拟矩形。
虚拟矩形的数据结构如下所示（本文所有示例代码均使用C #语言）。
Struct StructRect ｛DrawObject beginObject ；DrawObject endObject ；string direction ；float rectWidth ；RectangleF area ；｝其中，DrawObject 是绘图对象，表示画布上的一个图标［11］；beginObject 表示此虚拟矩形的起点对象（D 1、D 4、D 6、D 12）；endObject 表示此矩形对象的终点对象（D 8、D 9、D 13、D 15）；direction 表示矩形的绘制方向（由于单线图要求横平竖直，因此direction 是HL 、HR 、VU 、VD 之一，分别表示水平向左、水平向右、竖直向上、竖直向下）；rectWidth 表示矩形垂直于direction 方向的宽度，取系统所使用的最大图标的长边宽度；area 表示该矩形所占的区域，每当一个分支绘制完毕，绘制方向发生了转折或矩形中的对象发生移动时，就重新计算矩形的area ，如图1中虚线方框所示。
下面说明其计算方法。
通过endObject 的中心点，画1条沿direction 方向的直线；沿beginObject 的包围矩形的垂直于direction 方向的2个边画2条直线；沿endObject 所包围矩形的垂直于direction 方向的2个边画2条直线；这5条直线得到4个交点。
以其中距离最远的2个点作为虚拟矩形的短边中点，短边宽度为rectWidth ，从而得了到虚拟矩形的大小及位置。
在每次采用局部扩展算法消除重叠交叉后，都需要重新计算已绘制对象构成的虚拟矩形的位置。
2.2分支的初始绘制方向的判断分支的绘制方向要与其上级主干垂直，且不能与该主干已经有的分支重叠。
其绘制方向的算法流程如图2所示。
对图2作如下说明。
a.在绘制每一个对象时都将该对象的绘制方向保存在该对象的属性direcion 中。
步骤1中，根据属性direction 中保存的方向，得到与该方向相垂直的2个方向direction1和direction2，direction1表示向上或向左，direction2表示向右或向下。
b.在绘制主干上的每一个分支时，将该分支的绘制方向记录到主干上的接出对象属性vertical1和vertical2中。
根据接出对象的绘制方向direction 不同，分支方向将被增加到不同的属性中，具体情况如表1所示。
其中，HL 、HR 、VU 、VD 分别表示水平向左、水平向右、竖直向上和竖直向下。
而且，接出对象的绘制方向与分支方向必然垂直。
1表示该属性值加1，0则表示该属性值不变。
因此，步骤2中，从主干上接出对象的属性vertical1、vertical2及direction ，可以分析出在direction1和direc -tion2的2个方向上的分支个数count1和count2。
c.步骤5中，如果发生重叠或交叉的情况，则按照2.4节所述方法进行局部扩展。
2.3分支上后续对象的绘制方向的判断为尽量避免重叠与交叉，在绘制分支上的每个后续对象之前，先判断该对象的绘制方向。
其算法流程图如图3所示。
D 1D 3D 2D 4D 5D 6D 7D 8D 10D 11D 12D 13D 14D 15R 1R 2R 3R 4D 9图1虚拟矩形示意图Fig.1Schematic map of virtual rectangle表1分支方向记录表Tab.1List of branch direction方向分支方向vertical1vertical2HL ／HR 向上10HL ／HR 向下01VU ／VD 向左10VU ／VD向右1陈勇，等：无重叠交叉的配电网单线图自动生成算法第11期下面对图3进行说明。
a.利用已绘制对象所构造的虚拟矩形判断以direction 为正要绘制对象的绘制方向是否会重叠交叉：将正要绘制的对象所占的区域与所有已绘制对象所构造的虚拟矩形通过RectangleF.Intersects -With （RectangleF rect ）函数进行比较，函数返回true 表示发生重叠或交叉。
b.步骤2中，direction1方向的绘制空间的计算方法如下：假设存在一个虚拟矩形ViRect ，该矩形以前一个对象在direction1方向上的末端作为起点，以正要绘制对象的绘制方向为虚拟矩形的方向，以系统所使用的最大图标的长边宽度为矩形的宽度，矩形的长度为无穷大。
判断矩形ViRect 是否与所有已绘制对象所构造的虚拟矩形重叠或交叉，并记录重叠交叉的位置。
根据重叠交叉的位置与虚拟矩形ViRect 的起点的距离，计算direction1方向的绘制空间的大小并赋给room1。
direction2方向的绘制空间的计算方法相同。
2.4局部图幅扩展的算法在逐步生成配电网单线图时，难免会发生线条、图标之间的重叠与交叉的现象。
采用局部图幅扩展算法来消除重叠与交叉，具体有2个步骤。
2.4.1步骤1判断局部拉伸平移的方向将发生重叠与交叉的虚拟矩形的方向与正要绘制图标的绘制方向相比较，若两者方向平行，则发生重叠，若两者方向垂直，则发生交叉。
a.两者重叠的情况。
若两者方向为水平方向，且发生重叠的虚拟矩形的纵坐标Y 1小于新绘制图标的纵坐标Y 2，则拉伸平移方向为竖直向上，否则拉伸平移方向为竖直向下；若两者方向为竖直方向，且发生重叠的虚拟矩形的横坐标X 1小于新绘制图标的横坐标X 2，则拉伸平移方向为水平向左，否则拉伸平移方向为水平向右。
b.两者交叉的情况。
正要绘制图标的绘制方向就是拉伸平移的方向。