配网单线图人工智能布局方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及人工智能领域，特别涉及一种配网单线图人工智能布局方法、系统及介质。

背景技术

配网单线图在电力公司的配调、运检、营销等部门广泛使用。因其数量多、变化快、导致其运维工作量十分巨大，从而促进了配网单线图的自动布局算法蓬勃发展。

但是，多年以来，计算机自动成图一直未能完成对人工调图的全面替代。从技术角度探究其深层原因，是各种自动算法单纯运用计算机图形学/拓扑学等领域的知识进行自动排布，而在一定程度上忽视了“人因”要素。因为最终使用配网单线图的是人类，而不是机器。除了满足图形拓扑逻辑正确、排列整齐等基础要求，我们提供的成图结果还必须适合人类观看，即方便人类阅读或记忆、符合人类使用习惯和审美要求。

因此，开发一种模仿人工调整配网单线图过程的AI布局算法，让计算机自动成图结果贴近人工调图结果，从而真正实现“机器制图”对“人工制图”的替代作用，具有十分重大的意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种配网单线图人工智能布局方法，能够使得机器制图的最终效果更加接近人工制图。

本发明还提出一种配网单线图人工智能布局系统。

本发明还提出一种实施上述方法的计算机可读存储介质。

根据本发明的第一方面实施例的一种配网单线图人工智能布局方法，包括：根据从配网单线图的原始线路数据中读取的电气设备及拓扑连接信息，以电气设备为节点、拓扑连接信息为边，创建树型有向图对象；设置所述配网单线图的整体布局规划的规则；根据所述整体布局规划的规则和拓扑连接信息，确定主干线、所述节点的位置以及节点间的拓扑关系。

根据本发明的一些实施例，所述设置所述配网单线图的整体布局规划的规则包括：设置图形整体走向为固定从左到右。

根据本发明的一些实施例，所述设置所述配网单线图的整体布局规划的规则包括：设置主干线规划的规则，包括：通过拓扑搜索，确定主干线路径；当存在唯一联络开关时，设置出线开关至联络开关之间的路径为主干线；当存在多个联络开关时，设置出线开关至各联络开关之间最长路径为主干线；当不存在联络开关时，设置从出线开关开始的最长供电路径为主干线。

根据本发明的一些实施例，所述设置所述配网单线图的整体布局规划的规则包括：根据主干线长度及主干线上的节点数量，确定节点间的间距。

根据本发明的一些实施例，所述根据主干线长度及主干线上的节点数量，确定节点间的间距包括：根据电脑屏幕尺寸设置图幅大小参数，以及设置最大间距阈值和最小间距阈值；根据所述图幅大小参数、最大间距阈值及最小间距阈值计算节点间距。

根据本发明的一些实施例，所述设置所述配网单线图的整体布局规划的规则包括：为属性是配电房设备的节点设置展开图区域大小，所述展开图区域大小作为所述属性是配电房设备的节点在图幅中占据的图形单元区域大小。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述整体布局规划的规则和拓扑连接信息，确定主干线、所述节点的位置以及节点间的拓扑关系包括：构建配电站房内外的连接关系，具体步骤包括：确定该节点是属性为配电站房的区域节点，解除所述区域节点与周边设备节点的连接关系；根据所述区域节点对应的配电站房的进线间隔和出线间隔与站房外设备的拓扑关系，用正交折线连接所述区域节点内和区域节点外的对应的设备节点。

根据本发明的一些实施例，该方法还包括：确定所述配网单线图的成图存在交叉跨越线，调整配电站房区域节点内的电气间隔的排布顺序。

根据本发明的第二方面实施例的一种配网单线图人工智能布局系统，包括：线路数据提取模块，用于根据从配网单线图的原始线路数据中读取的电气设备及拓扑连接信息，以电气设备为节点、拓扑连接信息为边，创建树型有向图对象；整体布局规划模块，用于设置所述配网单线图的整体布局规划的规则；节点自动布局模块，用于根据所述整体布局规划的规则和拓扑连接信息，确定主干线、所述节点的位置以及节点间的拓扑关系。

根据本发明的第三方面实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明的第一方面实施例中任一项的方法。

本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明实施例通过将人类思维过程、认知习惯、审美偏好等因素与配网单线图的自动布局算法进行有机融合，使得机器制图与人工制图的最终效果更加接近，提升了机器制图的实用性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的方法的流程示意图。

图2为主干线加粗显示规则的对比示意图。

图3为主干线拉直的布局示意图。

图4为支干线在主干线两侧交替排布的布局示意图。

图5为根据本发明实施例的配网单线图整体框架布局结果示意图。

图6为根据本发明实施例的配电站房内部电气设备在对应的虚线框内展开示意图。

图7为根据本发明实施例的配电站房内外设备建立电气拓扑关系示意图。

图8为根据本发明实施例的完成态的配网单线图布局示意图。

图9为本发明实施例的系统的模块示意框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

为了使机器制图能够更好地取代人工制图，机器制图的成图结果必须适合人类观看，即方便人类阅读或记忆、符合人类使用习惯和审美要求。因此，开发一种模仿人工调整配网单线图过程的AI布局算法，让计算机自动成图结果贴近人工调图结果，从而真正实现“机器制图”对“人工制图”的替代作用，具有十分重大的意义。

本发明实施例总结了7条人类普遍偏爱的配网单线图绘制规则或方法。

1、人们“读图”时，偏爱从左向右。

与人们长期的文字阅读习惯有关，我们在“读图”时，也喜欢从左向右进行分析。配网单线图实际上是一种树型拓扑结构的“有向图”，大家的思考逻辑中往往把电网的供电方向做为图形正方向(注：为了方便描述，后文图示中都用带箭头的线条表示供电线路及供电方向，用矩形表示电气设备)，人们普遍喜欢图形正方向从左向右延伸。

2、对主干线偏爱加粗显示

对于供电线路，人类脑海中一般存在“主干线”和“分支线”的概念。对主干线进行加粗标识，有利于人们快速理解电网结构。参照图2，图2右半部分中所示的用较粗的线条表示主干线路、用较细的线条表示分支线路，优于图2左半部分的图形表达方式。

3、主干线的拐点应尽可能地少

一般情况下，人们偏爱把主干线拉直绘制，用以减少主干线的拐点。参照图2和图3，图3的布局方式，优于图2的布局方式(主干线曲折布局)。

4、人类普遍的审美偏好：对称性、均衡性

在图形整体布局风格上，人们偏爱对侧布局，如存在多个分支时，更喜欢将分支线路对侧排列(而不喜欢放置在同一侧)；图元分布应相对均衡，不喜欢疏密严重不均。图4的布局方式(分支线在主干线两侧交替排布)，优于图3的布局方式(分支线在主干线同侧排布)。

5、设备排布的疏密度偏好

设备排布的疏密度和供电线路长度及设备数量高度有关。当线路长度较短或设备数量较少时，排布比较稀疏；反之，当线路长度较长或设备数量较多时，排布比较密集。一般地，配网单线图需要在普通办公电脑上显示，图形大小控制在1920x1080以内为佳(即在单一屏幕内可以看清全图细节内容，无需滚屏显示)。

6、前期整体布局规划

绘图初始阶段，会预先规划好图形走向，并把主要分支线路、配电站房等不同区域划分成一个个相对独立的图形单元，为每个图形单元预留绘图位置。

7、后期优化调整

绘图后期阶段，检查存在线路交叉跨越的地方，并进行优化调整以尽可能地解决交叉问题。

参照图1，本发明实施例的配网单线图人工智能布局方法包括：根据从配网单线图的原始线路数据中读取的电气设备及拓扑连接信息，以电气设备为节点、拓扑连接信息为边，创建树型有向图对象；设置配网单线图的整体布局规划的规则；根据整体布局规划的规则和拓扑连接信息，确定主干线、节点的位置以及节点间的拓扑关系。

在一些实施例中，提取线路基础数据流程包括：配网单线图的原始线路数据存在于配电地理信息系统或CIM/SVG交互文件中，从中提取出电气设备及拓扑连接信息：每个电气设备作为一个图形节点(特别地，每个配电站房作为一个整体节点)，电气拓扑信息转化为图形节点之间的连接信息，形成一个树型有向图对象(即：图形节点为“顶点”，节点间的连接信息为“边”)。

在一些实施例中，整体布局的规划包括：图形整体走向规划：固定从左向右。

在一些实施例中，整体布局的规划包括：主干线规划：通过拓扑搜索，确定主干线路径。规则如下：

(1)存在唯一联络开关时，选择线路出线开关至联络开关之间的路径为主干线；

(2)存在多个联络开关时，选择出线开关至诸联络开关之间的最长路径为主干线；

(3)不存在联络开关时，选择从出线开关开始的最长供电路径为主干线。

在一些实施例中，整体布局的规划包括：疏密度规划：

根据主干线长度及主干线上的节点数量，确定节点之间的间距。

节点间距计算主要依赖的规则有：

(1)图幅大小限制(即图幅大小以控制为电脑屏幕大小之内的为宜)；

(2)最大值和最小值限制(确保适合人眼查看)。

在一些实施例中，整体布局的规划包括：配电站房规划：

单线图上的配电站房设备(如环网柜、配电房等)需要把其内部拓扑结构做展开处理。其展开图的大小，作为该站房节点所占据的图形单元区域大小。

在一些实施例中，图形坐标自动布局过程包括：配网单线图总体框架布局、配电站房子图展开、构建配电站房内外的连接关系以及后期优化。

参照图5，在一些实施例中，配网单线图总体框架布局包括：

按照主干线从左向右的方向，依据设备之间的拓扑关系，把全部图形节点按照正交排布算法放置在合适位置。其中，如果单线图中存在配电站房，则把配电站房作为一个区域节点处理(节点的大小，已由前节所述的配电站房规划确定)。布局的结果可以直观反映线路的整体走向及接线关系框架。框架布局的结果示例见图5，其中的虚线框表示配电站房区域节点。

参照图6，在一些实施例中，配电站房子图展开包括：以配电站房中的母线设备为顶层节点，把配电站房中的电气设备采用层次布局法进行展开，并把展开结果放置在对应的虚线框以内。见图6，虚线框内表示的配电站房区域节点展开后显示其中的电气设备拓扑关系。

参照图7，在一些实施例中，构建配电站房内外的连接关系包括：先解除配电站房区域节点(虚线框)与周边设备的连接关系。然后，根据配电站房的进线间隔和出线间隔与站房外设备的拓扑关系，用正交折线连接站房内和站房内的对应设备节点，从而构建线路上的完整电气拓扑。

参照图8，在一些实施例中，后期优化包括：计算图7所示的成图结果中是否存在交叉跨越线。如果存在交叉跨越，则进一步评估是否存在避免线条交叉的方法。一般地，如果交叉是由构建站房内外连接引起，最简单的解决方法是调整站房内电气间隔的排布顺序。例如，把图7中的间隔B、F两个位置互换，则可以解决交叉冲突。最终布局结果见图8。

与前述实施例相对应，本发明还提供了系统的实施例。对于系统实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以下所描述的系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

参照图9，本发明实施例的配网单线图人工智能布局系统包括：线路数据提取模块，用于根据从配网单线图的原始线路数据中读取的电气设备及拓扑连接信息，以电气设备为节点、拓扑连接信息为边，创建树型有向图对象；整体布局规划模块，用于设置配网单线图的整体布局规划的规则；以及节点自动布局模块，用于根据整体布局规划的规则和拓扑连接信息，确定主干线、节点的位置以及节点间的拓扑关系。

本发明创新性的把人类思维过程、认知习惯、审美偏好、解决问题的方法等因素与配网单线图的自动布局算法实现有机融合，使得“机器制图”与“人工制图”的最终效果非常接近，对提升“机器制图”的实用性具有重要意义。

尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。

上文参考根据示例性实施方案所述的系统、方法、系统和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本公开的某些方面。应当理解，框图和流程图中的一个或多个块以及框图和流程图中的块的组合可分别通过执行计算机可执行程序指令来实现。同样，根据一些实施方案，框图和流程图中的一些块可能无需按示出的顺序执行，或者可以无需全部执行。另外，超出框图和流程图中的块所示的那些部件和/或操作以外的附加部件和/或操作可存在于某些实施方案中。

因此，框图和流程图中的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的元件或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图中的每个块以及框图和流程图中的块的组合可以由执行特定功能、元件或步骤的专用硬件计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

本文所述的程序模块、应用程序等可包括一个或多个软件组件，包括例如软件对象、方法、数据结构等。每个此类软件组件可包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于执行而使本文所述的功能的至少一部分(例如，本文所述的例示性方法的一种或多种操作)被执行。

软件组件可以用各种编程语言中的任一种来编码。一种例示性编程语言可以为低级编程语言，诸如与特定硬件体系结构和/或操作系统平台相关联的汇编语言。包括汇编语言指令的软件组件可能需要在由硬件架构和/或平台执行之前由汇编程序转换为可执行的机器代码。另一种示例性编程语言可以为更高级的编程语言，其可以跨多种架构移植。包括更高级编程语言的软件组件在执行之前可能需要由解释器或编译器转换为中间表示。编程语言的其它示例包括但不限于宏语言、外壳或命令语言、作业控制语言、脚本语言、数据库查询或搜索语言、或报告编写语言。在一个或多个示例性实施方案中，包含上述编程语言示例中的一者的指令的软件组件可直接由操作系统或其它软件组件执行，而无需首先转换成另一种形式。

软件组件可存储为文件或其它数据存储构造。具有相似类型或相关功能的软件组件可一起存储在诸如特定的目录、文件夹或库中。软件组件可为静态的(例如，预设的或固定的)或动态的(例如，在执行时创建或修改的)。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。