基于gis空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法
【專利摘要】基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，它包括以下步驟：1)載入GIS地圖并輸入輸電線路的起點與終點；2)結(jié)合GIS信息采用層次分析法對網(wǎng)格地圖中的地塊賦以權(quán)重；3)利用Dijkstra算法求取輸電線路的最優(yōu)路徑，并進(jìn)行自動生成線路路徑長度、轉(zhuǎn)角數(shù)量及與已有線路交叉情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；4)現(xiàn)場勘查驗證并結(jié)合路徑所經(jīng)區(qū)域復(fù)雜地形的衛(wèi)片進(jìn)行優(yōu)化線路路徑。本發(fā)明通過將GIS地理信息系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)格化處理并結(jié)合Dijkstra算法來完成輸電線路設(shè)計中路徑的生成，具有路徑自動生成、路徑長度、轉(zhuǎn)角個數(shù)統(tǒng)計、線路復(fù)雜地形判斷等功能。
【專利說明】基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸電線路設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在輸電線路設(shè)計中，路徑優(yōu)化是由設(shè)計人員首先在室內(nèi)選線，并到現(xiàn)場進(jìn)行踏勘后，重新調(diào)整路徑，形成最終路徑。但是，現(xiàn)有的路徑優(yōu)化方案存在如下缺陷:
[0003]1.自動化程度較低。傳統(tǒng)路徑的室內(nèi)設(shè)計是在紙質(zhì)地圖上完成的，由于大部分地圖繪制年代較為久遠(yuǎn)，其中很多已經(jīng)發(fā)生改變的內(nèi)容未能及時反映在地圖上，因此室內(nèi)選線有時并不準(zhǔn)確，甚至誤差很大。
[0004]2.設(shè)計周期長。傳統(tǒng)路徑設(shè)計方法初期由于缺乏地理信息，在室內(nèi)選線的基礎(chǔ)上，必須進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，收集沿線路路徑的資料，以此為依據(jù)，對路徑進(jìn)行修改或選擇。這樣，造成線路路徑設(shè)計周期較長，難以滿足電網(wǎng)建設(shè)需求。
[0005]3.未能統(tǒng)籌考慮線路路徑的影響因素。影響線路路徑的因素包含地形地貌、用地類型、交叉跨越、施工條件等，各影響因素又包含多種要素。但是，傳統(tǒng)的路徑設(shè)計方法只考慮主要因素，而沒有統(tǒng)籌考慮這些影響因素，是不合理的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其基于網(wǎng)格化GIS與Dijkstra算法進(jìn)行自動生成輸電線路路徑，不僅精度高、周期短，而且綜合考慮各種線路路徑的影響因素，能夠滿足電網(wǎng)建設(shè)需求。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其特征是:根據(jù)確定的輸電線路的起點與終點，并結(jié)合路徑設(shè)計區(qū)域的GIS地圖進(jìn)行自動生成輸電線路路徑，所述方法包括以下步驟:
[0008]I)載入GIS地圖并輸入輸電線路的起點與終點；
[0009]2)結(jié)合GIS信息采用層次分析法對網(wǎng)格地圖中的地塊賦以權(quán)重；
[0010]3)利用Dijkstra算法求取輸電線路的最優(yōu)路徑，并進(jìn)行自動生成線路路徑長度、轉(zhuǎn)角數(shù)量及與已有線路交叉情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；
[0011]4)現(xiàn)場勘查驗證并結(jié)合路徑所經(jīng)區(qū)域復(fù)雜地形的衛(wèi)片進(jìn)行優(yōu)化線路路徑。
[0012]進(jìn)一步地，所述對網(wǎng)格地圖中的地塊賦以權(quán)重的過程為首先對影響線路路徑的諸多因素進(jìn)行分類，并利用層次分析法計算各影響因素對路徑的影響權(quán)重，然后對路徑范圍內(nèi)的GIS地圖進(jìn)行網(wǎng)格化處理，按規(guī)則進(jìn)行單元格之間的相互連通，并把每個單元格內(nèi)的空間地理信息進(jìn)行量化提取，與上述影響權(quán)重進(jìn)行相乘，即可得到每個單元格所代表地塊的權(quán)重；最后計算單元格的綜合權(quán)重，即附加考慮線路長度、轉(zhuǎn)角個數(shù)對路徑的影響，形成單元格所代表地塊的綜合權(quán)重系數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地，所述影響線路路徑的諸多因素包括地形地貌、交叉跨越、用地類型和運輸條件燈四大類影響因素，地形地貌影響因素包括平地、河網(wǎng)湖泊、泥沼、山區(qū)；交叉跨越影響因素包括公路、鐵路、電力線路、通信線路；用地類型影響因素包括居民區(qū)、工礦區(qū)、林地和航空、軍事、景區(qū)、重冰區(qū)等重要區(qū)域；影響因素運輸條件可分為縣級以上等級公路的一類道路和鄉(xiāng)村道路的二類道路。
[0014]進(jìn)一步地，所述路徑所經(jīng)區(qū)域復(fù)雜地形的判斷過程為利用判斷條件來判斷沿輸電線路路徑的復(fù)雜地形，所述判斷條件如下:
[0015](I)以單元網(wǎng)格為基礎(chǔ)，若單元格內(nèi)無湖泊、河網(wǎng)的面積不超過50%，且單元格內(nèi)無河流、林地，則需要統(tǒng)計正方形網(wǎng)格的中心點和四個頂點的高程，取其最大值與最小值，并計算最大值與最小值兩個點之間的距離，根據(jù)下面公式進(jìn)行計算:
fj 一h.[0016]B =
S
[0017]如果a>0.5773，則判斷為復(fù)雜地形，式中Iiniaj^hniin為正方形網(wǎng)格的中心點和四個頂點的最大值和最小值，s為最大值與最小值兩個點之間的距離； [0018](2)以單元網(wǎng)格為基礎(chǔ)，若此方格內(nèi)湖泊、河網(wǎng)的面積比例超過50%，則判定為復(fù)雜地形；
[0019](3)以單元網(wǎng)格為基礎(chǔ)，若此方格內(nèi)同時有河流、林地、山地等地形，則判定該網(wǎng)格為復(fù)雜地形。
[0020]進(jìn)一步地，所述利用Dijkstra算法求取輸電線路最優(yōu)路徑的過程包括以下步驟:
[0021]I)將路徑的起點與終點分別標(biāo)記為s和e ;
[0022]2)將路徑起點s設(shè)為T節(jié)點；
[0023]3)將T節(jié)點標(biāo)記為“永久”，并更新連通節(jié)點的狀態(tài)記錄；
[0024]4)識別與s連通且綜合權(quán)重最小的臨時節(jié)點，將其設(shè)置為T節(jié)點，直至T節(jié)點為終點e為止，否則繼續(xù)更新連通節(jié)點的狀態(tài)記錄；
[0025]5)根據(jù)各節(jié)點連通關(guān)系與狀態(tài)記錄表中的信息，從終點e開始記錄其前序節(jié)點，直至記錄到起點s ；
[0026]6)根據(jù)上一步的記錄結(jié)果，可形成起點s到終點e的初始路徑。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過將GIS空間地理信息系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)格化處理并結(jié)合Di jkstra算法來完成輸電線路設(shè)計中路徑的生成，具有路徑自動生成、路徑長度、轉(zhuǎn)角個數(shù)統(tǒng)計、線路復(fù)雜地形判斷等功能。
[0028]本發(fā)明具有以下特點:
[0029]I)路徑自動生成:本發(fā)明可實現(xiàn)輸電線路路徑基于GIS的自動設(shè)計，即在確定路徑起點與終點后，可自動完成路徑生成，供設(shè)計人員參考；
[0030]2)支持人工驗證優(yōu)化:路徑生成后，可判別沿路徑的復(fù)雜地形，方便設(shè)計人員調(diào)取該區(qū)段的衛(wèi)片，同時支持設(shè)計人員錄入現(xiàn)場踏勘資料，依此對路徑進(jìn)行人工驗證優(yōu)化；
[0031]3)支持沿線統(tǒng)計:路徑生成后，可根據(jù)GIS空間地理信息，完成線路長度、轉(zhuǎn)角個數(shù)及與已有線路的交叉情況等的統(tǒng)計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0033]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0034]圖2為本發(fā)明采用Dijkstra算法自動生成線路路徑的方法流程圖；
[0035]圖3為本發(fā)明影響輸電線路建設(shè)難度大小的環(huán)境因素遞階層次模型；
[0036]圖4為本發(fā)明的路徑區(qū)域選擇示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明的網(wǎng)格標(biāo)號示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明的網(wǎng)格連通示意圖；
[0039]圖7為本發(fā)明的邊緣網(wǎng)格連通示意圖；
[0040]圖8為本發(fā)明的轉(zhuǎn)角個數(shù)統(tǒng)計示意圖；
[0041 ]圖9為本發(fā)明的初始路徑優(yōu)化示意圖；
[0042]圖10為本發(fā)明的復(fù)雜地形判斷示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0044]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其特征是:根據(jù)確定的輸電線路的起點與終點，并結(jié)合路徑設(shè)計區(qū)域的GIS地圖進(jìn)行自動生成輸電線路路徑，所述方法包括以下步驟:
[0045]I)載入GIS地圖并輸入輸電線路的起點與終點；
[0046]2)結(jié)合GIS信息采用層次分析法對網(wǎng)格地圖中的地塊賦以權(quán)重；
[0047]3)利用Dijkstra算法求取輸電線路的最優(yōu)路徑，并進(jìn)行自動生成線路路徑長度、轉(zhuǎn)角數(shù)量及與已有線路交叉情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；
[0048]4)現(xiàn)場勘查驗證并結(jié)合路徑所經(jīng)區(qū)域復(fù)雜地形的衛(wèi)片進(jìn)行優(yōu)化線路路徑，即得到最終的輸電線路路徑方案。
[0049]進(jìn)一步地，所述對網(wǎng)格地圖中的地塊賦以權(quán)重的過程為首先對影響線路路徑的諸多因素進(jìn)行分類，并利用層次分析法計算各影響因素對路徑的影響權(quán)重，然后對路徑范圍內(nèi)的GIS地圖進(jìn)行網(wǎng)格化處理，按規(guī)則進(jìn)行單元格之間的相互連通，并把每個單元格內(nèi)的空間地理信息進(jìn)行量化提取，與上述影響權(quán)重進(jìn)行相乘，即可得到每個單元格所代表地塊的權(quán)重；最后計算單元格的綜合權(quán)重，即附加考慮線路長度、轉(zhuǎn)角個數(shù)對路徑的影響，形成單元格所代表地塊的綜合權(quán)重系數(shù)。
[0050]如圖2所示，所述利用Dijkstra算法求取輸電線路最優(yōu)路徑的過程包括以下步驟:
[0051]I)將路徑的起點與終點分別標(biāo)記為s和e ;
[0052]2)將路徑起點s設(shè)為T節(jié)點；
[0053]3)將T節(jié)點標(biāo)記為“永久”，并更新連通節(jié)點的狀態(tài)記錄；
[0054]4)識別與s連通且綜合權(quán)重最小的臨時節(jié)點，將其設(shè)置為T節(jié)點，直至T節(jié)點為終點e為止，否則繼續(xù)更新連通節(jié)點的狀態(tài)記錄；
[0055]5)根據(jù)各節(jié)點連通關(guān)系與狀態(tài)記錄表中的信息，從終點e開始記錄其前序節(jié)點，直至記錄到起點s ；
[0056]6)根據(jù)上一步的記錄結(jié)果,可形成起點s到終點e的初始路徑。
[0057]下面從各個方面對本發(fā)明輸電線路路徑生成方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0058]一、Dijkstra 算法說明
[0059]Dijkstra算法是從一個頂點到其余各頂點的最短路徑算法，解決的是有向圖中最短路徑問題。其基本原理是=Dijkstra算法在解決最短路徑時是按階段進(jìn)行的。在每個階段，Dijkstra算法選擇一個頂點V,它在所有未知頂點中具有最小的單元格權(quán)重dv,單元格權(quán)重值通過層次分析法進(jìn)行計算得到，同時算法聲明從源點s到該頂點V的最短路徑是已知的，現(xiàn)階段的其余部分由源點s到其余頂點的權(quán)值dw更新工作組成。
[0060]二、Dijkstra 算法應(yīng)用
[0061]根據(jù)Dijkstra算法的原理，首先應(yīng)確定路徑的起點和終點，并按前述方法建立網(wǎng)格的連通方式；同時，將各網(wǎng)格計算的權(quán)重系數(shù)作為網(wǎng)格之間聯(lián)絡(luò)的權(quán)重。Dijkstra算法以此系數(shù)作為搜尋最優(yōu)路徑的依據(jù)。
[0062]在路徑設(shè)計中，不僅考慮線路權(quán)重，而且需要考慮路徑的轉(zhuǎn)角數(shù)目較少、長度較短，以此降低線路造價。因此，需要計算合理的路徑綜合權(quán)重，來完成最優(yōu)路徑的選擇。
[0063]Dijkstra算法中單元格之間的權(quán)重系數(shù)按下述公式計算。
[0064]f = ψ+?11+?2η
[0065]式中，f——單元路徑綜合權(quán)重；
[0066]w——單元格權(quán)重；
[0067]I——路徑長度，m;
[0068]η——線路轉(zhuǎn)角個數(shù)。
[0069]將與f2設(shè)置為可調(diào)參數(shù)，可由設(shè)計人員結(jié)合路徑長度和轉(zhuǎn)角個數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0070]三、Dijkstra算法在路徑設(shè)計中的實現(xiàn)
[0071](I)基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備
[0072](1.1) GIS 地圖
[0073]準(zhǔn)備包含線路起始點與終點所在區(qū)域的GIS地圖，應(yīng)能夠包含該區(qū)域內(nèi)的所有地形地貌、用地類型、交叉跨越、施工條件等信息。
[0074](1.2)影響因素處理
[0075]影響輸電線路路徑的環(huán)境因素較多，為方便研究本方法將其劃分為四大類:地形地貌、交叉跨越、用地類型、運輸條件。其中，地形地貌包括平地、河網(wǎng)湖泊、泥沼、山區(qū)；交叉跨越包括公路、鐵路、電力線路、通信線路；用地類型包括居民區(qū)、工礦區(qū)、林地、重要區(qū)域(如航空、軍事、景區(qū)、重冰區(qū)等)；運輸條件可分為一類道路(縣級以上等級公路)和二類道路(鄉(xiāng)村道路)。以環(huán)境因素對輸電線路建設(shè)難度大小為目標(biāo)建立如圖3所示的遞階層次模型。
[0076]對于上述指標(biāo)，需按照表1所示I~9標(biāo)度法給出各指標(biāo)相對應(yīng)重要程度大小aijt)
[0077]表1:1~9標(biāo)度法
【權(quán)利要求】
1.基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其特征是:根據(jù)確定的輸電線路的起點與終點，并結(jié)合路徑設(shè)計區(qū)域的GIS地圖進(jìn)行自動生成輸電線路路徑，所述方法包括以下步驟: 1)載入GIS地圖并輸入輸電線路的起點與終點； 2)結(jié)合GIS信息采用層次分析法對網(wǎng)格地圖中的地塊賦以權(quán)重； 3)利用Dijkstra算法求取輸電線路的最優(yōu)路徑，并進(jìn)行自動生成線路路徑長度、轉(zhuǎn)角數(shù)量及與已有線路交叉情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)； 4)現(xiàn)場勘查驗證并結(jié)合路徑所經(jīng)區(qū)域復(fù)雜地形的衛(wèi)片進(jìn)行優(yōu)化線路路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其特征是:所述對網(wǎng)格地圖中的地塊賦以權(quán)重的過程為首先對影響線路路徑的諸多因素進(jìn)行分類，并利用層次分析法計算各影響因素對路徑的影響權(quán)重，然后對路徑范圍內(nèi)的GIS地圖進(jìn)行網(wǎng)格化處理，按規(guī)則 進(jìn)行單元格之間的相互連通，并把每個單元格內(nèi)的空間地理信息進(jìn)行量化提取，與上述影響權(quán)重進(jìn)行相乘，即可得到每個單元格所代表地塊的權(quán)重；最后計算單元格的綜合權(quán)重，即附加考慮線路長度、轉(zhuǎn)角個數(shù)對路徑的影響，形成單元格所代表地塊的綜合權(quán)重系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其特征是:所述影響線路路徑的諸多因素包括地形地貌、交叉跨越、用地類型和運輸條件燈四大類影響因素，地形地貌影響因素包括平地、河網(wǎng)湖泊、泥沼、山區(qū)；交叉跨越影響因素包括公路、鐵路、電力線路、通信線路；用地類型影響因素包括居民區(qū)、工礦區(qū)、林地和航空、軍事、景區(qū)、重冰區(qū)等重要區(qū)域；影響因素運輸條件可分為縣級以上等級公路的一類道路和鄉(xiāng)村道路的二類道路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其特征是:所述路徑所經(jīng)區(qū)域復(fù)雜地形的判斷過程為利用判斷條件來判斷沿輸電線路路徑的復(fù)雜地形，所述判斷條件如下: (1)以單元網(wǎng)格為基礎(chǔ)，若單元格內(nèi)無湖泊、河網(wǎng)的面積不超過50%，且單元格內(nèi)無河流、林地，則需要統(tǒng)計正方形網(wǎng)格的中心點和四個頂點的高程，取其最大值與最小值，并計算最大值與最小值兩個點之間的距離，根據(jù)下面公式進(jìn)行計算:
h —h -
q = max_ι:；ιη
β 如果a>0.5773，則判斷為復(fù)雜地形，式中Iiniaj^hniin為正方形網(wǎng)格的中心點和四個頂點的最大值和最小值，s為最大值與最小值兩個點之間的距離； (2)以單元網(wǎng)格為基礎(chǔ)，若此方格內(nèi)湖泊、河網(wǎng)的面積比例超過50%，則判定為復(fù)雜地形； (3)以單元網(wǎng)格為基礎(chǔ)，若此方格內(nèi)同時有河流、林地、山地等地形，則判定該網(wǎng)格為復(fù)雜地形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的基于GIS空間地理信息系統(tǒng)的輸電線路路徑生成方法，其特征是:所述利用Dijkstra算法求取輸電線路最優(yōu)路徑的過程包括以下步驟: 1)將路徑的起點與終點分別標(biāo)記為s和e; 2)將路徑起點s設(shè)為T節(jié)點；3)將T節(jié)點標(biāo)記為“永久”，并更新連通節(jié)點的狀態(tài)記錄； 4)識別與s連通且綜合權(quán)重最小的臨時節(jié)點，將其設(shè)置為T節(jié)點，直至T節(jié)點為終點e為止，否則繼續(xù)更新連通節(jié)點的狀態(tài)記錄； 5)根據(jù)各節(jié)點連通關(guān)系與狀態(tài)記錄表中的信息，從終點e開始記錄其前序節(jié)點，直至記錄到起點s ； 6)根據(jù)上一步的記錄 結(jié)果，可形成起點s到終點e的初始路徑。
【文檔編號】G06Q50/06GK103971184SQ201410234057
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】苗培青, 李越, 劉海濤, 侯源紅, 何春暉, 王志鵬, 郭宜果, 屠慶波, 田鑫, 李沐, 黃偉, 王鈺 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院