基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估方法

摘要

一种基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估方法，包括以下步骤：（1）根据所述配电网建立四叉树检索基础；（2）电网设备台风风险自动评估：（2.1）从数据库读取所有n个台风移动路径线段，记为S，每个线段表示为Si；（2.2）读取台风半径，记为R；（2.3）创建数组P用于保存电路设备节点台风风险评估数值；（2.4）设定节点计数为i，取各点到台风路径集合S的最短距离与R平方的比值为该点的台风风险评估数值，公式为Min(Si/R2)，保存到P，得到电网设备节点及其对应的风险评估数值的组合。本发明提供一种快速性良好、效率较高的基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估方法。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网馈线的安全监测领域，尤其是一种配电网馈线的风险评估方法。

背景技术

天气是输变电设备是否能安全可靠运行的重要因素之一。当今世界天气多变，天气因素的影响在布线与设备安装阶段无法被排除，需要在后期通过输电网络结构结合天气因素进行预测与维护。随着输电设备的快速增多，以往的人工检查维护方法已经不能适应庞大的输电网络需求。

台风是对输电网络影响最大的天气因素之一，我国东南部沿海城市每年都会受到台风的侵袭，每次台风都会对当地的电网造成不小的破坏，评估台风破坏情况，根据不同设备对台风抵抗能力给出危险等级是减少台风对输电网络危害，提高设备安全性的重要举措。

迄今为止，大量的输电网设备检修主要依靠检查一个固定的预想故障集合或由民众电话报修的形式完成，第一种方式无法全面的覆盖所有故障设备，更有可能在检查部分完好设备上消耗时间，而第二种方式由于民众判断能力不同，故障信息的准确性不能保证。综上所述，有必要使用一种快速高效的新方法来提高台风风险评估的效率。

发明内容

为了克服已有配电网馈线的检修的快速性较差、效率较低的不足，本发明提供一种快速性良好、效率较高的基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估方法，所述的方法包括以下步骤：

（1）根据所述配电网建立四叉树检索基础，具体如下：

（1.1）从数据库获取需要分析的配电网设备节点，共计n个节点，节点集合记为N，每个节点表示为Ni，每个节点有自己的经纬度坐标记为（x,y），其中x为经度值，y为纬度值；

（1.2）遍历N中的节点，计算节点经纬度范围，记为E（xMin、xMax、yMin、yMax）；

（1.3）创建四叉树节点root，包含点集为N，经纬度范围为E，层属性degree为0；

（1.4）创建先入先出队列queue，将root加入队列头部；

（1.5）设定从queue头部取出节点，直到queue为空；

（1.5.1）设定limNum、limDegree为四叉树建树限制条件，当节点集中点个数小于limNum或四叉树层数大于limDegree时停止扩展叶子节点，从queue中取出四叉树空间节点，记为node，进行计算，计算方式为：判断若node的点集中点个数小于limNum或层数等于imDegree，则当前节点计算完毕；否则，将node节点划分为四个新节点，记为Di，i=1、2、3、4；

（1.5.2）判断若Di的点集非空，则将Di作为node节点的子节点，并将Di加入queue末尾；

（2）电网设备台风风险自动评估，具体如下：

（2.1）从数据库读取所有n个台风移动路径线段，记为S，每个线段表示为Si；

（2.2）读取台风半径，记为R；

（2.3）创建数组P用于保存电路设备节点台风风险评估数值；

（2.4）设定节点计数为i，从0遍历到n；

（2.4.1）根据四叉树读取流程，取四叉树中Si起点为圆心，R为半径的圆内的所有点，记为P1；

（2.4.2）根据四叉树读取流程，取四叉树中Si终点为圆心，R为半径的圆内的所有点，记为P2；

（2.4.3）根据四叉树读取流程，取四叉树中，长边平行与Si起点到终点的连线，宽为2R的长方形内的所有点，记为P3；

（2.4.4）遍历P1、P2、P3，取各点到台风路径集合S的最短距离与R平方的比值为该点的台风风险评估数值，公式为Min(Si/R²)，Min表示取所有结果的最小值，即Min(P1/R²，P2/R²，P3/R²)，保存到P，得到电网设备节点及其对应的风险评估数值的组合。

进一步，所述方法还包括：（3）终止自动生成过程并输出结果：输出保存在P中的数据，即电网设备节点及其对应的风险评估数值的组合。

再进一步，所述步骤（2.4）中，配电网设备根据四叉树读取流程如下：

（a）输入地图上需要获得的电网设备几何范围，记为R；

（b）定义集合S用于保存电网设备节点；

（c）定义CurrNode，其值等于四叉树的根节点root；

（d）从根节点root开始，对CurrNode进行递归计算，计算方法为：判断R是否包含CurrNode的空间范围E，若是，则将CurrNode中所有点加入S，否则判断CurrNode是否有子节点，若是，判断CurrNode任意子节点是否与R空间上无关，若是，则结束当前递归，否则CurrNode等于该与R空间相关子节点，开始新递归；否则，遍历CurrNode的点集，将属于R的点加入S；

（e）输出电网设备节点集合S。

本发明的工作原理是：为了克服现有模式在检修输电网馈线时出现的检查效率不高，准确性不够等问题，本发明提出了一种具有快速检索输电网设备，高效风险评估特点的台风风险评估方法。本发明通过对输电网络设备进行空间上的细分，将空间位置和数据保存结构紧密的结合在一起，使得在分析电网设备台风风险时不需要对地图空间上所有的设备进行逐一计算，而能直接快速定位到遭台风破坏的设备，从而能比传统的检测方法根据的准确、高效。

本发明的有益效果主要表现在：1、四叉树高效空间检索；2、台风影响区域快速计算；3、馈线设备风险值快速计算。

附图说明

图1是四叉树节点空间结构划分图。

图2是基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估系统的结构图

图3是基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估方法的流程图。

图4是配电网设备四叉树读取流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估方法，所述的方法包括以下步骤：

（1）根据所述配电网建立四叉树检索基础，具体如下：

（1.1）从数据库获取需要分析的配电网设备节点，共计n个节点，节点集合记为N，每个节点表示为Ni，每个节点有自己的经纬度坐标记为（x,y），其中x为经度值，y为纬度值；

（1.2）遍历N中的节点，计算节点经纬度范围，记为E（xMin、xMax、yMin、yMax），由X坐标系最小值xMin、X坐标系最大值xMax、Y坐标系最小值yMin、Y坐标系最大值yMax组成，见图1；

（1.3）创建四叉树节点root，包含点集为N，经纬度范围为E，层属性degree为0；

（1.4）创建先入先出队列queue，将root加入队列头部；

（1.5）设定从queue头部取出节点，直到queue为空；

（1.5.1）设定limNum、limDegree为四叉树建树限制条件，当节点集中点个数小于limNum或四叉树层数大于limDegree时停止扩展叶子节点，从queue中取出四叉树空间节点，记为node，进行计算，计算方式为：判断若node的点集中点个数小于limNum或层数等于imDegree，则当前节点计算完毕；否则，根据图1将node节点划分为四个新节点，记为Di，i=1、2、3、4；

（1.5.2）判断若Di的点集非空，则将Di作为node节点的子节点，并将Di加入queue末尾；

（2）电网设备台风风险自动评估，具体如下：

（2.1）从数据库读取所有n个台风移动路径线段，记为S，每个线段表示为Si；

（2.2）读取台风半径，记为R；

（2.3）创建数组P用于保存电路设备节点台风风险评估数值；

（2.4）设定节点计数为i，从0遍历到n；

（2.4.1）根据四叉树读取流程，取四叉树中Si起点为圆心，R为半径的圆内的所有点，记为P1；

（2.4.2）根据四叉树读取流程，取四叉树中Si终点为圆心，R为半径的圆内的所有点，记为P2；

（2.4.3）根据四叉树读取流程，取四叉树中，长边平行与Si起点到终点的连线，宽为2R的长方形内的所有点，记为P3；

（2.4.4）遍历P1、P2、P3，取各点到台风路径集合S的最短距离与R平方的比值为该点的台风风险评估数值，公式为Min(Si/R²)，Min表示取所有结果的最小值，即Min(P1/R²，P2/R²，P3/R²)，保存到P，得到电网设备节点及其对应的风险评估数值的组合。

进一步，所述方法还包括：（3）终止自动生成过程并输出结果：输出保存在P中的数据，即电网设备节点及其对应的风险评估数值的组合。

再进一步，所述步骤（2.4）中，配电网设备根据四叉树读取流程如下：

（a）输入地图上需要获得的电网设备几何范围，记为R；

（b）定义集合S用于保存电网设备节点；

（c）定义CurrNode，其值等于四叉树的根节点root；

（d）从根节点root开始，对CurrNode进行递归计算，计算方法为：判断R是否包含CurrNode的空间范围E，若是，则将CurrNode中所有点加入S，否则判断CurrNode是否有子节点，若是，判断CurrNode任意子节点是否与R空间上无关，若是，则结束当前递归，否则CurrNode等于该与R空间相关子节点，开始新递归；否则，遍历CurrNode的点集，将属于R的点加入S；

（e）输出电网设备节点集合S。

参照图2，应用本方法实现的基于四叉树检索的配电网馈线遭台风破坏的风险评估系统，主要包括布局计算子系统和人机交互子系统。

所述的布局子系统包括：

（1）电网数据库交互模块：给布局子系统提供所需的电网设备节点信息，该模块与电网数据库接口进行数据获取操作。

（2）台风风险自动评估模块：根据电网设备节点信息，应用发明方法进行自动评估计算。

（3）动态评估的中间结果输出模块：将各台风路径线段计算的动态结果输出到标准显示数据格式。

（4）最终评估结果输出模块：将最终的排布结果输出为XML格式文件。

所述的人机交互子系统包括：

（1）评估节点与线路选择界面：给调度人员选择需要评估的节点和线路的界面。

（2）中间布局显示模块：将台风风险自动评估模块的中间评估结果作为动态图形显示。

（3）最终结果显示模块：将台风风险自动评估结果的最终结果以图形形式显示。