FCM聚类算法的改进及在GIS电缆管理系统中的应用

摘要

电力工业是国家经济发展的基础型资源，关系到经济的稳定上升和人民的日常生活。电缆作为电力系统的传输介质，它的安全高效运行是国民经济和居民生活质量的重要保障。传统的电缆管理存在着数字化程度不高，原有的资料信息不完整，人工普查信息位置不准确，电缆规划、建设和抢修维护存在盲目性等一系列弊端。地理信息系统(Geographic Information System，GIS)综合地图学以及遥感和计算机科学，在不同的场景有着重要的应用，特别是在电力线路管理当中。因此科学有效的建立基于GIS的电缆管理系统对供电公司电缆管理的意义十分重大。
　　本文主要针对在基于GIS的电缆管理系统开发与应用研究过程中提出的新算法和新技术进行探讨研究。主要内容如下：
　　（1）提出了一种基于灰狼优化的模糊C-均值改进聚类算法对电缆空间数据聚类
　　为了解决模糊C-均值聚类(Fuzzy C-Means，FCM)存在易受初始随机产生的聚类中心影响和容易出现早熟收敛的问题，本文提出一种将灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer，GWO)和FCM相结合的新聚类算法(GWO-FCM)。使用GWO优秀的全局寻优性能对FCM的聚类中心进行优化，模拟灰狼优秀的搜寻猎物行为找到一组最佳的聚类中心来提高FCM的聚类效果。
　　（2）提出了一种混合聚类的Hilbert R-树索引算法建立电缆空间数据索引机制
　　针对Hilbert R-树索引算法在空间对象分布不均的时候，结点容易造成死空间和大量的重叠，特别是在叶子节点和其他结点的重叠面积增大时，导致出现多路查询，降低了检索的效率。提出了一种基于混合聚类的Hilbert R-树索引机制，将灰狼优化结合模糊聚类的混合聚类算法融合到Hilbert R-树索引中。具体方法是先利用Hilbert R-树对空间对象编码，然后用混合聚类方法对数据进行分类，来减少各结点的重叠和访问外存的I/O次数，从而提高检索效率。
　　（3）开发了一套基于GIS的电缆管理系统
　　为了满足电力电缆的科学管理，结合本文提出的理论创新，开发了基于地理信息系统技术的电缆管理系统，并且成功应用在了国家电网义乌供电公司。将结合混合聚类的Hilbert R-树索引应用到系统开发中。同时介绍了电缆管理系统的建设目标、系统结构设计、功能设计、开发环境及工具。分析了系统实现的关键技术、相应功能和应用价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究内容

1.4 论文结构安排

第二章 地理信息系统

2.1 地理信息系统概述

2.2 地理信息系统发展历史、现状和趋势

2.3 GIS软件系统发展过程

2.4 地理信息系统的数据分类

2.5 地理信息系统数据的组织和管理

第三章 基于灰狼优化的模糊C-均值聚类算法

3.1 引言

3.2 灰狼优化算法

3.3模糊C-均值聚类算法

3.4 GWO优化FCM的混合聚类算法

3.5实验仿真与分析

3.6本章小结

第四章 基于混合聚类的Hilbert R-树索引算法

4.1 R树空间索引

4.2 Hilbert R-树空间索引

4.3 基于混合聚类的Hilbert R-树索引

4.4实验结果与性能分析

4.5 本章小结

第五章 基于GIS的电缆管理系统开发与应用

5.1 引言

5.2 电缆管理现状

5.3系统概述与设计

5.4关键技术

5.5本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果