基于網(wǎng)格GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于網(wǎng)格GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，（1）對線路預(yù)計(jì)通過區(qū)域的環(huán)境影響數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將研究區(qū)域網(wǎng)格化；（2）根據(jù)線路設(shè)計(jì)地區(qū)的地理信息，利用網(wǎng)格GIS技術(shù)，在設(shè)計(jì)區(qū)域建立網(wǎng)格評級模型；（3）在網(wǎng)格中連接起始點(diǎn)和終點(diǎn)，分析連線與格網(wǎng)中的相交的網(wǎng)格，找出連線所經(jīng)過的不適宜建設(shè)線路的網(wǎng)格；（4）使用Floyd算法，計(jì)算出所有節(jié)點(diǎn)間的有向帶權(quán)圖，構(gòu)建權(quán)值矩陣；（5）調(diào)整線路允許通過的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，獲得初始狀態(tài)的權(quán)值矩陣和不同中間節(jié)點(diǎn)數(shù)所對應(yīng)的權(quán)值矩陣，獲取總路徑長度最短時所產(chǎn)生的線路。本發(fā)明利用動態(tài)規(guī)劃的數(shù)學(xué)方法，采用計(jì)算機(jī)對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，提高線路規(guī)劃的準(zhǔn)確性和處理效率，減少工作量，縮短設(shè)計(jì)周期。
【專利說明】基于網(wǎng)格GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于涉及地理信息系統(tǒng)及空間信息動態(tài)規(guī)劃研究領(lǐng)域，尤其涉及一種基于 網(wǎng)格GIS和Floyd最短路徑算法的電網(wǎng)輸電線路設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中，傳統(tǒng)的線路路徑的選擇多是由設(shè)計(jì)人員在室內(nèi)研究，設(shè)計(jì)初 選方案，再經(jīng)過現(xiàn)場勘測后，對現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整并形成最終方案。由于人工操作的局限 性，和外業(yè)踏勘及修改的反復(fù)性，在前期線路初選的時候往往不能對地理信息進(jìn)行全面的 考慮，尤其是對于地形地貌、高程信息等內(nèi)容，人工處理有比較大的困難，有時會造成選址 結(jié)果的不準(zhǔn)確，甚至產(chǎn)生巨大的偏差。同時由于在方案初選時就沒有對地理信息進(jìn)行全面 的考慮，反復(fù)的外業(yè)考察也造成規(guī)劃周期長，設(shè)計(jì)投入大等系列的問題，導(dǎo)致結(jié)果不夠理 想，不能滿足電網(wǎng)發(fā)展的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是：為了克服目前線路選址主要依靠人工所存在的不足，提供一種 基于網(wǎng)格GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，將GIS理論引入電網(wǎng)線路規(guī)劃的過程中， 利用動態(tài)規(guī)劃的數(shù)學(xué)方法，采用計(jì)算機(jī)對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的分析，對海量的地理空間數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理、分析和建模，將以往需要人工進(jìn)行現(xiàn)場踏勘的工作內(nèi)容引入內(nèi)業(yè)處理，提高了 線路規(guī)劃的準(zhǔn)確性和處理效率，減少工作量，縮短了設(shè)計(jì)周期。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該基于網(wǎng)格GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法包括 以下步驟： (1) 對線路預(yù)計(jì)通過區(qū)域的環(huán)境影響數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)確定的線路電壓等級和設(shè)計(jì) 規(guī)范，劃分相應(yīng)的不可建設(shè)區(qū)域，將研究區(qū)域網(wǎng)格化，每個網(wǎng)格的大小為a*a，a為兩個線路 桿塔拐點(diǎn)的間距； (2) 根據(jù)線路設(shè)計(jì)地區(qū)的條件，讀取每個方格的GIS屬性，利用網(wǎng)格GIS技術(shù)，對各個網(wǎng) 格進(jìn)行適宜性指標(biāo)評價，在設(shè)計(jì)區(qū)域建立網(wǎng)格評價模型； (3) 在網(wǎng)格中連接起始點(diǎn)17()與終點(diǎn)分析連線與格網(wǎng)中的相交的網(wǎng)格，找出連線所經(jīng) 過的不適宜建設(shè)線路的網(wǎng)格，標(biāo)記為O1、02 、0 2上，以的連線（簡稱為m)，做垂 線r，垂線r與m的交點(diǎn)為& ,垂線r與網(wǎng)格邊沿的交點(diǎn)為Ui ;分別選擇r兩邊t/義距離最 大的點(diǎn)I?，納入節(jié)點(diǎn)集合S中； (4) 使用Floyd算法，使用步驟（3)中的垂線法得到的節(jié)點(diǎn)集合S，根據(jù)其中的節(jié)點(diǎn) 'V1……Vi所在的位置計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間的權(quán)值大小，構(gòu)建權(quán)值矩陣； (5) 計(jì)算不經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)，即最大中間節(jié)點(diǎn)編號k=0的情況下的權(quán)值矩陣，獲得初始狀 態(tài)的權(quán)值矩陣；然后調(diào)整最大中間節(jié)點(diǎn)編號k (k>0)，根據(jù)步驟（4)，在間增加中間 節(jié)點(diǎn)，計(jì)算1?到間最多經(jīng)過k個中間節(jié)點(diǎn)的情況下,對經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)數(shù)目r (k>r>0)進(jìn)行取 值，計(jì)算1.?經(jīng)過r個中間節(jié)點(diǎn)后到達(dá)終點(diǎn)％的權(quán)值矩陣；獲取形成1?%之間最短距離時所 經(jīng)過的中間節(jié)點(diǎn)，將獲得的節(jié)點(diǎn)相連，產(chǎn)生的線路就是線路設(shè)計(jì)所需要的距離最短并且符 合設(shè)計(jì)要求的線路路徑。
[0005] 其中，所述步驟（1)中包括：根據(jù)線路設(shè)計(jì)要求，將所線路規(guī)劃待選區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng) 化，以現(xiàn)有的發(fā)電站或變電站之間的連線為對角線，確定格網(wǎng)區(qū)域，以平均桿塔間隔作為單 位將區(qū)域劃分為若干方格。
[0006] 其中，所述步驟（2)中包括： (3. 1)確定對于線路設(shè)計(jì)具有重要影響的因素，選出顯著性差異指標(biāo)參與各模型的計(jì) 算，構(gòu)建線路設(shè)計(jì)可行性指標(biāo)體系。對于不同指標(biāo)，具有不同正負(fù)指向，即適宜性與不適宜 性；不同指標(biāo)的性質(zhì)不同，各自具有不同的計(jì)算公式，數(shù)據(jù)表達(dá)多樣，為了便于評價，將評價 指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化處理；采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法將評價指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理；

【權(quán)利要求】
1. 基于格網(wǎng)GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，其特征在于該輸電線路設(shè)計(jì)方法 包括以下步驟： (1) 對線路預(yù)計(jì)通過區(qū)域的環(huán)境影響數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)確定的線路電壓等 級和設(shè)計(jì)規(guī)范，劃分相應(yīng)的不可建設(shè)區(qū)域，將研究區(qū)域網(wǎng)格化，每個網(wǎng)格的大小為a Xa，a為兩個線路桿塔拐點(diǎn)的間距； (2) 根據(jù)線路設(shè)計(jì)地區(qū)的條件，讀取每個方格的GIS屬性，利用網(wǎng)格GIS技術(shù)，對各個網(wǎng) 格進(jìn)行適宜性指標(biāo)評價，再設(shè)計(jì)區(qū)域建立網(wǎng)格評價模型； (3) 在網(wǎng)格中連接起始點(diǎn)％與終點(diǎn)V1,分析連線與格網(wǎng)中的相交的網(wǎng)格，找出連線所經(jīng) 過的不適宜建設(shè)線路的網(wǎng)格，標(biāo)記為O1、02 ^O1、02上，以的連線（簡稱為m)，做垂 線r，垂線r與m的交點(diǎn)為Jf，垂線r與網(wǎng)格邊沿的交點(diǎn)為％ ;分別選擇r兩邊％距離最 大的點(diǎn)I?，納入節(jié)點(diǎn)集合S中； (4) 使用Floyd算法，使用步驟（3)中的垂線法得到的節(jié)點(diǎn)集合S，根據(jù)其中的節(jié)點(diǎn) 'P1……所在的位置計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間的權(quán)值大小，構(gòu)建權(quán)值矩陣； (5) 計(jì)算不經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)，即最大中間節(jié)點(diǎn)編號左=0的情況下的權(quán)值矩陣，獲得初始狀 態(tài)的權(quán)值矩陣；然后調(diào)整最大中間節(jié)點(diǎn)編號Aα>⑴，根據(jù)步驟（4)，在1?到1?1間增加中間 節(jié)點(diǎn)，計(jì)算1?到Fi間最多經(jīng)過左個中間節(jié)點(diǎn)的情況下，對經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)數(shù)目)進(jìn)行取 值，計(jì)算1?經(jīng)過r個中間節(jié)點(diǎn)后到達(dá)終點(diǎn)1?1的權(quán)值矩陣；獲取形成iV?i之間最短距離時所 經(jīng)過的中間節(jié)點(diǎn)，將獲得的節(jié)點(diǎn)相連，產(chǎn)生的線路就是線路設(shè)計(jì)所需要的距離最短并且符 合設(shè)計(jì)要求的線路路徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格網(wǎng)GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，其特征在 于所述步驟（1)中包括：根據(jù)線路設(shè)計(jì)要求，將線路規(guī)劃待選區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)化，以現(xiàn)有的發(fā) 電站或變電站之間的連線為對角線，確定格網(wǎng)區(qū)域，以平均桿塔間隔作為單位將區(qū)域劃分 為若干方格。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格網(wǎng)GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，其特征在 于所述步驟（2)中包括： (3. 1)確定對于線路設(shè)計(jì)具有重要影響的因素，選出顯著性差異指標(biāo)參與各模型的計(jì) 算，構(gòu)建線路設(shè)計(jì)可行性指標(biāo)體系；對于不同指標(biāo)，具有不同正負(fù)指向，即適宜性與不適宜 性；不同指標(biāo)的性質(zhì)不同，各自具有不同的計(jì)算公式，數(shù)據(jù)表達(dá)多樣，為了便于評價，將評價 指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化處理；采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法將評價指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理；其中，正 指標(biāo)公式：
通過標(biāo)準(zhǔn)化即歸一化處理后，Xi介于0和1之間； (3. 2 )通過綜合指標(biāo)評價法，求解每個指標(biāo)值和權(quán)重值之積的和，每個格網(wǎng)中的網(wǎng)格都 具有相應(yīng)的區(qū)域適宜性指數(shù)值，
式中η為指標(biāo)總數(shù)，Zi為第i個指標(biāo)的值，Oii為第i個指標(biāo)的權(quán)重值； (3. 3)參照相應(yīng)輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和專家評判，將適宜性指數(shù)值分為幾個區(qū)間：適宜、 一般和不適宜；同時選擇部分指標(biāo)值制定否定性標(biāo)準(zhǔn)，其中任意指標(biāo)值超出某一值即為此 網(wǎng)格為不適宜網(wǎng)格； (3. 4)對每個網(wǎng)格重復(fù)前面步驟3. 1、3. 2、3. 3,直到規(guī)劃區(qū)域內(nèi)每個網(wǎng)格都具有相對應(yīng) 的適宜性指標(biāo)，包括適宜、一般和不適宜； (3. 5)將研究區(qū)域格網(wǎng)內(nèi)的所有適宜性指標(biāo)為不適宜的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)記，形成具有標(biāo)記 的設(shè)計(jì)區(qū)域網(wǎng)格評價模型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格網(wǎng)GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，其特征在 于所述步驟（3)中包括： (4. 1)在網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)，連接設(shè)計(jì)起點(diǎn)和設(shè)計(jì)終點(diǎn)，設(shè)計(jì)起點(diǎn)為1?，設(shè)計(jì)終點(diǎn)為％，將1? 和％用直線連接，記做m,將直線經(jīng)過的網(wǎng)格做標(biāo)記； (4. 2)針對在步驟（1)中形成的連線rn,根據(jù)步驟（2)中形成的設(shè)計(jì)區(qū)域網(wǎng)格評價模 型，將連線m穿過的不適宜網(wǎng)格區(qū)域進(jìn)行編號，標(biāo)記為區(qū)域OpO2……On ； (4. 3)在區(qū)域O1上，以的連線（即in)做垂線r,垂線r與m的交點(diǎn)記為Ii,垂線r與O1邊沿的交點(diǎn)記為CZ1.,分別選擇m兩邊UA距離最大的點(diǎn)e,對于O1,得到在m兩側(cè)的 兩個節(jié)點(diǎn)1? ; (4. 4)對于OpO2……On重復(fù)步驟（3)，直到每個不適宜網(wǎng)格區(qū)域都產(chǎn)生了相應(yīng)的節(jié) 點(diǎn)，將所得到的節(jié)點(diǎn)放入集合S中，S= { 、P1、172 }。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格網(wǎng)GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，其特征在 于所述步驟（4)中包括： (5. 1)根據(jù)步驟（3)獲得節(jié)點(diǎn)集合后，根據(jù)節(jié)點(diǎn)lv & ... ...g的位置計(jì)算出節(jié) 點(diǎn)間的權(quán)值大小，如Wcil表示1?和P1之間的權(quán)值，權(quán)值大小有兩點(diǎn)間的移動距離得到，如 果兩點(diǎn)間不能通達(dá)，則兩點(diǎn)間的權(quán)值為〇〇 ; (5. 2)路徑的走向是沿著起點(diǎn)和終點(diǎn)的連線方向的，即m的方向，m同一邊的節(jié)點(diǎn)之間 的方向與不同不適宜網(wǎng)格區(qū)域的4之間的方向相同，在m不同邊的點(diǎn)之間不限制相互之間 連接的方向； (5. 3)使用Floyd-Warshall算法，簡稱Floyd算法，求解任意兩點(diǎn)間的最短距離，基于 步驟（2)的規(guī)則，構(gòu)建規(guī)劃區(qū)域路徑的有向權(quán)值圖，和有向權(quán)值圖的鄰接矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格網(wǎng)GIS和Floyd算法的輸電線路設(shè)計(jì)方法，其特征在 于所述步驟（5)中包括： (6. 1)令￠/--_7表示從節(jié)點(diǎn)0到節(jié)點(diǎn)i的最短路徑的長度，其中A表示該路徑中的 最大頂點(diǎn)，也就是說這條最短路徑所通過的中間頂點(diǎn)最大不超過A;因此，如果 有向權(quán)值圖G中包含邊消i入則￠/--_7等于邊^(qū)i)的長度；若節(jié)點(diǎn)0等于節(jié)點(diǎn)i，則 ￠/?i, 〇0 ;如果G中不包含邊消i.入則c似i,矽=+ °〇 ; W則是從節(jié)點(diǎn)O到節(jié)點(diǎn)i的最短路徑的長度； (6. 2)令左=O時，1、至&的無中間節(jié)點(diǎn)權(quán)值矩陣即為步驟（4)中生成的有向權(quán)值矩陣， 從而得到1.?到Vi的最短距離i4L; (6. 3)當(dāng)A>0時，通過分析得到：中間頂點(diǎn)不超過A的節(jié)點(diǎn)0到節(jié)點(diǎn)i的最短路徑有 兩種可能：該路徑含或不含中間頂點(diǎn)A;若不含，則該路徑長度應(yīng)為?-7Λ否則長度 為￠/?i,,-￠/?i,左_7可取兩者中的最小值；根據(jù)以上規(guī)律，分別計(jì)算2? 至1J^i之間，％經(jīng)過r個中心節(jié)點(diǎn)，到達(dá)Kr的最短距離Λ。和Kr到達(dá)^^之間的最短距離 ;則經(jīng)過r個中間節(jié)點(diǎn)由1?到達(dá)Vi的最短距離=mInI^Or+ 最短權(quán)值矩陣為 為c=(處）；將加入到1V?1最短距離集合Α=[?|、名」……4*. }中； (6. 4)調(diào)整左的取值，使i及>0,重復(fù)步驟（2)，直到左=i-7 ;從PfjV1最短距離集合A中 取出第一個最小距離,即經(jīng)過的最大節(jié)點(diǎn)編號時，所獲得離最短，此時所對 應(yīng)的節(jié)點(diǎn)順序即為最適宜的線路拐點(diǎn)順序。
【文檔編號】G06F17/50GK104462685SQ201410721718
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】李海濤, 張鋒, 曹文勤 申請人:江蘇省電力公司淮安供電公司, 國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 國電環(huán)境保護(hù)研究院