一種建立城市地下電力管網(wǎng)拓撲連通模型的方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明涉及一種建立拓撲連通模型的方法，尤其涉及一種建立城市地下電力管網(wǎng)拓撲 連通模型的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】： 城市地下電力管網(wǎng)主要呈立體交叉網(wǎng)狀分布，在地下構(gòu)成了一個復雜的空間體系，具 有分布集中性和不可見性的特點。拓撲連通模型是建立在電力設(shè)施空間數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)之上 的，面向電力管網(wǎng)系統(tǒng)各種應用的，表達電力設(shè)施之間拓撲連接關(guān)系的模型。城市地下電力 管網(wǎng)拓撲連通模型以電力設(shè)施空間數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，以面向?qū)ο蟮姆绞奖磉_電力設(shè)施。電 力管網(wǎng)拓撲模型的建立是電力管網(wǎng)分析的前提和基礎(chǔ)，合理的拓撲表達可以完整存儲電力 管網(wǎng)拓撲信息，快速靈活的進行電力管網(wǎng)分析與計算。傳統(tǒng)GIS以點、線、面為研究對象， 以幾何對象之間的空間位置關(guān)系作為空間拓撲連通性分析的基礎(chǔ)，應用到電力管網(wǎng)接線復 雜，電氣設(shè)備眾多的情況，既不能正確表達拓撲關(guān)系，同時信息冗余度大，更新周期長。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足而提供一種建立城市地下電力管網(wǎng)拓撲 連通模型的方法，本發(fā)明將幾何拓撲分析和網(wǎng)絡(luò)拓撲模型有機整合為一體，為用戶提供了 方便快捷建立拓撲模型的方法；通過該模型有效管理電力管線數(shù)據(jù)，為GIS應用系統(tǒng)提供 了堅實的基礎(chǔ)；本發(fā)明也可推廣到其它基于矢置圖拓撲模型的GIS應用系統(tǒng)如城市交通線 劃、通訊和有線電視網(wǎng)絡(luò)的管理中去。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達到：一種建立城市地下電力管網(wǎng)拓撲連通模 型的方法，其特征在于其包括以下步驟： 步驟一：電力管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的采集：電力管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)來源于地圖和文檔數(shù)據(jù)； 電力管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)具體包括：圖形元素、注記和屬性信息； (1) 圖形元素：指可以抽象的描述現(xiàn)實世界中物體位置的元素，包括數(shù)字制圖中的點、 線、面狀要素； 1) 點要素： 點要素是有特定的位置，維數(shù)為零的物體：包括單位標志（高層建筑、醫(yī)院、學校、一般 單位、政府部門和公安局派出所這些地標性的物體）和管線節(jié)點； 2) 線要素： 線要素是GIS中常用的維度為1的空間組分，表示對象和它們邊界的空間屬性，由一系 列坐標表示：包括電力管網(wǎng)，地圖網(wǎng)格； 3) 面狀要素： 面狀要素也稱為多邊形，是對湖泊、河流、地塊一類現(xiàn)象的描述，通常在數(shù)據(jù)庫中由一 封閉曲線加內(nèi)點來表示，包括建筑物(指在圖上有平面形狀的建筑物)、小區(qū)、水域(江湖河） 面和城市區(qū)劃； (2) 注記：是標在特定位置的文字，用于標明圖形元素的名稱； (3) 屬性信息：屬性信息與單個的圖形元素相聯(lián)系，標明該圖形元素的主要特性； 以上各項數(shù)據(jù)中，第1項圖形元素為空間位置信息，第2項注記和第3項屬性信息為空 間屬性信息，作為步驟二的數(shù)據(jù)輸入； 步驟二：建立城市電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)基類，城市電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)基類由電力管網(wǎng)基類和電力 管網(wǎng)要素屬性信息基類構(gòu)成； 電力管網(wǎng)基類封裝了所有空間位置信息的數(shù)據(jù)以及對這些數(shù)據(jù)的操作；電力管網(wǎng)要素 屬性信息基類封裝了所有空間屬性信息以及對這些屬性的操作； 電力管網(wǎng)基類包含點狀實體、線狀實體、面狀實體和特征點三類數(shù)據(jù)；點狀實體由節(jié)點 和指明節(jié)點特征的點標記組成，節(jié)點由幾何坐標構(gòu)成，幾何坐標由X (精度值)、y (煒度值） 和z (高程值）字段構(gòu)成，點標記由幾何坐標和文本信息標注構(gòu)成；線狀實體由弧段和指明 線特征的線標記組成，弧段由一系列節(jié)點組成，線特征標記由幾何坐標和文本信息標注組 成；面狀實體由多邊形和指明面特征的面標記組成，多邊形由一系列弧段組成，面特征標記 由幾何坐標和文本信息標注組成；其中特征點由點標記、線標記和面標記構(gòu)成，點標記除包 括點狀實體的文本信息標注外還包括單位標志文本信息標注；線標記除包括線狀實體的文 本信息標注外還包括地圖網(wǎng)格文本信息標注；面標記包括建筑物、小區(qū)、水域面和城市區(qū)劃 的文本信息標注； 電力管網(wǎng)要素屬性信息基類包括，點狀實體屬性、線狀實體屬性、面狀實體屬性和特征 點屬性；點狀實體屬性存儲點狀實體的主要屬性信息，能夠準確的描述節(jié)點的屬性特性； 線狀實體屬性存儲線狀實體的主要屬性信息，能夠準確的描述弧段的屬性特性；面狀實體 屬性存儲面狀實體的主要屬性信息，能夠準確的描述弧段的屬性特性；特征點實體屬性存 儲特征點實體的主要屬性信息，能夠準確的描述特征點實體的特性；電力管網(wǎng)要素屬性信 息基類所包含的屬性如下表：
步驟三：建立電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，在步驟二中的建立的電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)基類的基礎(chǔ)上進 行擴充，建立描述電力管網(wǎng)、電力管網(wǎng)網(wǎng)段和電力管網(wǎng)結(jié)點實體的數(shù)據(jù)類，其中： 所述步驟三中建立電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的方法：地理實體是描述地理地物的最小單位， 地理實體包括電力管網(wǎng)、電力管網(wǎng)網(wǎng)段和電力管網(wǎng)結(jié)點三類地理實體，ArcGIS產(chǎn)品線為 用戶提供一個可伸縮的，全面的GIS平臺，地理數(shù)據(jù)庫（Geodatabase)是ArcGIS的原 生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且是用于編輯和數(shù)據(jù)管理的主要數(shù)據(jù)格式，是一套獲取和管理GIS數(shù)據(jù) 的全面的應用邏輯和工具，為了描述這三類地理實體，利用ArcGIS中提供的地理數(shù)據(jù)庫 (GeoDatabase)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集（Network datasets)以及 Polyline、MapPoint、Polygon 三 種類型的數(shù)據(jù)類型，在電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)基類的基礎(chǔ)上建立描述電力管網(wǎng)、電力管網(wǎng)網(wǎng)段和電 力管網(wǎng)結(jié)點地理實體的幾何信息類庫，以此類表達地理實體類，這些地理實體類就具備了 這些實體類為我們提供的各種實體顯示、編輯功能； ArcGIS中提供的地理數(shù)據(jù)庫（GeoDatabase)定制要素各自的行為和方法，以及要素之 間的確認規(guī)則、連接規(guī)則和空間關(guān)系，并且生成集合網(wǎng)絡(luò)，當要素移動時，邊與邊的連接關(guān) 系能夠被維護，相關(guān)的幾何坐標自動地修改；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集由Junction和Edge組成，Edge是 織成網(wǎng)絡(luò)的各種相互連接的線要素，Junction是Edge的終止點要素，Edge總在Junction 處相交，Edge和Junction共同標示電力管網(wǎng)； 建立步驟： 1. 在 ArcGIS 中新建 GeoDatabase 數(shù)據(jù)集，命名為 Underground Electric Network; 2. 在 Underground Electric Network 中新建 FeatureDatasetes 要素集，命名為 UEN ; 3. 在UEN中新建MapPoint要素，命名為ElectricCablePoint，此要素表示電力管網(wǎng) 結(jié)點；新建Polyline要素，命名為ElectricCableLine，此要素表示電力管網(wǎng)網(wǎng)段；新建 Polygon要素，命名為ElectricCablePolygon，此要素表示面狀要素； 4. 根據(jù)ElectricCableLine新建Network Dataset網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，生成時命名為UEN，生 成后生成兩個要素文件UEN_ND和UEN_ND_junctions，其中UEN_ND為Polyline要素，UEN_ NDJunctions 為 MapPoint 要素； 5. 對ElectricCablePoint和ElectricCableLine進行屬性擴充，具體擴充內(nèi)容如下 表； 電力管網(wǎng)段數(shù)據(jù)和電力管網(wǎng)節(jié)點數(shù)據(jù)既是空間數(shù)據(jù)，又是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的重要組成部分， 是最為核心的數(shù)據(jù)，電力管網(wǎng)段數(shù)據(jù)擴展后的屬性表見表1和電力管網(wǎng)節(jié)點數(shù)據(jù)擴展后的 屬性表見表2 ;

步驟四：建立電力管網(wǎng)幾何拓撲模型，通過對上一步驟中的電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型進行幾 何拓撲關(guān)系驗算，自動生成電力管網(wǎng)，劃分拓撲關(guān)系類型建立電力管網(wǎng)幾何拓撲模型； 所述步驟四的具體步驟為： 本發(fā)明采用網(wǎng)絡(luò)拓撲模型中的POLYVRT模型（POLYgon ConVeRTor-多邊形轉(zhuǎn)換器） 作為城市電力管網(wǎng)拓撲關(guān)系模型的模型基礎(chǔ)，POLYVRT模型是一種以弧段(有序的坐標集 合，用于表示在給定的比例尺上窄到無法表示為面的地理要素）為基礎(chǔ)的拓撲數(shù)據(jù)模型，在 POLYVRT模型中，弧段是由任意多個點構(gòu)成，每個弧段是通過建立了一個連續(xù)走向點的目錄 表來生成的，弧段具有特定的屬性信息，弧段由多個點狀實體來描述；管線是由任意多個弧 段構(gòu)成，每條管線是通過建立一個連續(xù)走向弧段的目錄表來生成的，管線具有特定的屬性 信息，管線由多個弧段實體來描述；這種結(jié)構(gòu)不僅存儲了圖形元素的幾何信息，而且還存儲 了圖形元素之間的拓撲關(guān)系；本發(fā)明在拓撲關(guān)系的描述上，只描述線狀實體和點狀實體的 拓撲關(guān)系，得到簡化的POLYVRT模型，用該模型表示電力管網(wǎng)拓撲關(guān)系模型； 為了方便地建立電網(wǎng)管線間的幾何拓撲關(guān)系，將電網(wǎng)管網(wǎng)分成點與點之間、點與線之 間和線與線之間三種拓撲關(guān)系類型(參見表3)，根據(jù)每種類型制定相應的處理規(guī)則；
(4-1)建立電網(wǎng)管線段中心線：以電力管網(wǎng)中心線的方式表示現(xiàn)實中的電力管網(wǎng)，采用 抽行掃描的方法提取出電網(wǎng)管線段中心線的特征點，并進行直線擬合，確定以管線的方向 偏差、位置偏差和方向偏差的變化率為中心線提取的參數(shù)，該識別方法具有較高的準確度 和實時性； 具體步驟如下： 1. 合并圖層：選中ElectricCableLine中的所有要素，點擊編輯器工具里的合并工具， 按照第一個圖層，點擊確認； 2. 打斷線文件：對步驟1中合并后的ElectricCableLine文件，選擇任意一條管線的 一端，用打斷工具打斷ElectricCableLi