基于3Dgis的变电站三维规划方法及系统
阅读说明：本技术 基于3Dgis的变电站三维规划方法及系统 (Three-dimensional planning method and system for transformer substation based on 3Dgis ) 是由 潘海毅 王毅 李阔 许杰 陈宇健 洪炜平 曾谷泉 吕远帆 陈华民 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了基于3Dgis的变电站三维规划方法及系统。一方面,所述方法包括：S1,获取待规划区域的3Dgis模型；S2,对待规划区域进行负荷预测,获得负荷预测结果；S3,根据负荷预测结果确定新建的变电站的总数；S4,建立变电站待优化模型；S5,采用粒子群算法对所述待优化模型进行优化,获得新建的变电站的坐标。另一方面,本发明还提供了相应的系统用来实现所述方法。本发明通过建立3Dgis模型,为待优化模型中的参数提供了三维坐标,从而能够使得优化模型更准确地表示变电站之间的距离,使得优化模型能够从成本、损耗、区域限制方面进行准确表征,有利于提高规划结果的准确性。(The invention provides a three-dimensional planning method and a three-dimensional planning system for a transformer substation based on 3 Dgis. In one aspect, the method comprises: s1, acquiring a 3D gis model of the region to be planned; s2, carrying out load prediction on the area to be planned to obtain a load prediction result; s3, determining the total number of the newly-built transformer substations according to the load prediction result; s4, establishing a to-be-optimized model of the transformer substation; and S5, optimizing the model to be optimized by adopting a particle swarm algorithm to obtain the coordinates of the newly-built transformer substation. On the other hand, the invention also provides a corresponding system for realizing the method. According to the method, the 3D gis model is established, three-dimensional coordinates are provided for parameters in the model to be optimized, so that the distance between the transformer substations can be more accurately represented by the optimization model, the optimization model can be accurately represented in the aspects of cost, loss and area limitation, and the accuracy of a planning result is improved.)
技术领域
本发明涉及规划领域，尤其涉及基于3Dgis的变电站三维规划方法及系统。
背景技术
现有的变电站规划方式一般是基于二维地图来进行规划的，在规划过程中建立约束条件时，往往会使用平面直线距离来代替两个变电站之间的距离，然而，在实际的环境中，两个变电站之间的海拔一般都会有差异，因此，导致最终的规划结果不是最优结果。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供基于3Dgis的变电站三维规划方法及系统，
一方面，本发明提供了一种基于3Dgis的变电站三维规划方法，包括：
S1，获取待规划区域的3Dgis模型；
S2，对待规划区域进行负荷预测，获得负荷预测结果；
S3，根据负荷预测结果确定新建的变电站的总数；
S4，建立变电站待优化模型；
S5，采用粒子群算法对所述待优化模型进行优化，获得新建的变电站的坐标。
优选地，所述获取待规划区域的3Dgis模型，包括：
使用无人机获取规划区域的二维图像；
通过三角解析算法将所述二维图像转换为三维密集点云；
基于所述三维密集点云建立规划区域的3Dgis模型。
优选地，所述对待规划区域进行负荷预测，获得预测结果，包括：
基于行政区域信息将所述待划分区域分成多个子区域；
分别计算每个子区域的负荷预测结果：
式中，valforcast(a)表示子区域a的负荷预测结果，S(j,a)表示子区域a中第j种类型的土地的占地面积，load(j,a)表示子区域a中第j种类型的土地的单位面积的负荷；nofare表示子区域a中的土地类型的总数；c表示预设的预测系数。
优选地，所述根据负荷预测结果确定新建的变电站的总数，包括：
分别计算每个子区域中的新建的变电站的总数：
式中，nofns(a)表示子区域a中的新建的变电站的总数，br表示变电站的容载比，valow(a)表示子区域a中现有的变电站的总容量，b1表示负荷分散系数，b2表示储备系数，b3表示变压器安全运行率，b4表示变压器运行率，valper表示新建的变电站的平均容量；
采用以下公式计算新建的变电站的总数：
式中，Us表示所有子区域的集合，nofw表示新建的变电站的总数。
优选地，所述建立变电站待优化模型，包括：
通过以下公式建立变电站待优化模型：
其中，df表示待优化模型，Unew表示新建的变电站的集合，u和v表示Unew中两个不同的变电站，cstofv(u,v)表示u和v之间的单位长度电缆的成本，dist(u,v)表示u和v之间的距离，(x(u),y(u),z(u))、(x(v),y(v),z(v))分别表示u和v在所述3Dgis模型中的三维坐标，cstfe(u,v)表示u和v之间的电缆的单位长度的电压损耗，H表示待规划区域中不能用于建设变电站的区域的集合，sg(u,v,h)表示损失函数，若则若则sg(u,v,h)＝0，D表示损失系数，dist(u,h)表示u和h之间的距离，dist(v,h)表示v和h之间的距离，(x(h),y(h),z(h))表示h在所述3Dgis模型中的三维坐标，
约束条件包括：
dist(u,v)≤madist
另一方面，本发明提供了一种基于3Dgis的变电站三维规划系统，
包括gis模块、预测模块、第一计算模块、建模模块和第二计算模块，
所述gis模块用于获取待规划区域的3Dgis模型；
所述预测模块用于对待规划区域进行负荷预测，获得负荷预测结果；
所述第一计算模块用于根据负荷预测结果确定新建的变电站的总数；
所述建模模块用于建立变电站待优化模型；
所述第二计算模块用于采用粒子群算法对所述待优化模型进行优化，获得新建的变电站的坐标。
本发明通过建立3Dgis模型，为待优化模型中的参数提供了三维坐标，从而能够使得优化模型更准确地表示变电站之间的距离，使得优化模型能够从成本、损耗、区域限制方面进行准确表征，有利于提高规划结果的准确性。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1，为本发明基于3Dgis的变电站三维规划方法及系统的一种示例性实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了基于3Dgis的变电站三维规划方法及系统，
一方面，本发明提供了一种基于3Dgis的变电站三维规划方法，包括：
S1，获取待规划区域的3Dgis模型；
S2，对待规划区域进行负荷预测，获得负荷预测结果；
S3，根据负荷预测结果确定新建的变电站的总数；
S4，建立变电站待优化模型；
S5，采用粒子群算法对所述待优化模型进行优化，获得新建的变电站的坐标。
具体的，采用粒子群算法的优化过程包括：
每次迭代后，判断新建的变电站的坐标是否均符合区域限制条件，若否，则调整新建的变电站的坐标，直到获得符合约束条件且符合区域限制条件且优化模型取得最优值的新建的变电站的坐标。
区域限制条件指的是新建的变电站的坐标不能落入耕地、道路等不能改变用途的区域。
优选地，所述获取待规划区域的3Dgis模型，包括：
使用无人机获取规划区域的二维图像；
通过三角解析算法将所述二维图像转换为三维密集点云；
基于所述三维密集点云建立规划区域的3Dgis模型。
本发明采用无人机的方式来获取规划区域的二维图像，然后再结合待规划区域的GIS数据来建立3Dgis模型。相较于使用遥感卫星的方式，本发明的准确度更高。
具体的，所述通过三角解析算法将所述二维图像转换为三维密集点云，包括：
对所述二维图像进行降噪处理，获得降噪图像；
通过三角解析算法将所述降噪图像转换为三维密集点云。
通过降噪能够避免噪点对点云的生成的影响，从而能够获得准确度更高的点云数据。
具体的，对所述二维图像进行降噪处理，获得降噪图像，包括：
将所述二维图像转换为灰度图像；
对所述灰度图像进行小波分解处理，获得高频小波分解系数HX和低频小波分解系数LX；
对于所述高频小波分解系数HX，若|HX|≤tha1，则使用以下函数对其进行处理：
若tha1≤|HX|≤tha2，则使用以下函数对其进行处理：
若tha2≤|HX|，则使用以下函数对其进行处理：
aHX＝|HX|
其中，aHX表示对HX进行处理的结果，α和β表示预设的权重系数，tha1和tha2分别表示预设的第一判断参数和第二判断参数，xhn(HX)表示判断函数，ctr表示预设的调节参数，Q1和Q2分别表示HX中的像素点的像素值的标准差和方差，
使用非局部均值降噪算法对低频小波分解系数LX进行处理，获得对LX进行处理的结果aLX；
将aHX和aLX进行重构，获得降噪图像。
采用小波分解与重构的方式进行降噪处理，能够在降噪的同时有效地保留二维图像中的边缘信息，从而有利于为获取三维密集点云的过程提供高质量的降噪图像，有利于获得准确的三维密集点云，从而有利于提高本发明的3Dgis模型的准确性。具体的，在降噪的过程中分别对HX和LX都进行处理，有利于提高重构结果的准确性，在对HX进行处理时，通过判断参数的设置为不同条件下的HX选择不同的函数进行处理，有利于提高函数的针对性，从而提高aHX的准确性，在对LX进行处理时，使用的是非局部均值降噪算法，能够进一步保留更多的边缘细节信息。
优选地，所述对待规划区域进行负荷预测，获得预测结果，包括：
基于行政区域信息将所述待划分区域分成多个子区域；
分别计算每个子区域的负荷预测结果：
式中，valforcast(a)表示子区域a的负荷预测结果，S(j,a)表示子区域a中第j种类型的土地的占地面积，load(j,a)表示子区域a中第j种类型的土地的单位面积的负荷；nofare表示子区域a中的土地类型的总数；c表示预设的预测系数。
具体的，根据行政区域信息，例如，将属于一条村的行政区域或一个街道街道的行政区域作为一个子区域，这个本领域技术人员可以根据规划区域的大小进行选择。
优选地，所述根据负荷预测结果确定新建的变电站的总数，包括：
分别计算每个子区域中的新建的变电站的总数：
式中，nofns(a)表示子区域a中的新建的变电站的总数，br表示变电站的容载比，valow(a)表示子区域a中现有的变电站的总容量，b1表示负荷分散系数，b2表示储备系数，b3表示变压器安全运行率，b4表示变压器运行率，valper表示新建的变电站的平均容量；
采用以下公式计算新建的变电站的总数：
式中，Us表示所有子区域的集合，nofw表示新建的变电站的总数。
在计算变电站的总数时，从变电站的平均容量、现有的变电站的容量、预测的载荷等方面进行计算，能够获得较为准确的计算结果。
优选地，所述建立变电站待优化模型，包括：
通过以下公式建立变电站待优化模型：
其中，df表示待优化模型，Unew表示新建的变电站的集合，u和v表示Unew中两个不同的变电站，cstofv(u,v)表示u和v之间的单位长度电缆的成本，dist(u,v)表示u和v之间的距离，(x(u),y(u),z(u))、(x(v),y(v),z(v))分别表示u和v在所述3Dgis模型中的初始化三维坐标，cstfe(u,v)表示u和v之间的电缆的单位长度的电压损耗，H表示待规划区域中不能用于建设变电站的区域的集合，sg(u,v,h)表示损失函数，若则若则sg(u,v,h)＝0，D表示损失系数，dist(u,h)表示u和h之间的距离，dist(v,h)表示v和h之间的距离，(x(h),y(h),z(h))表示h在所述3Dgis模型中的三维坐标，
约束条件包括：
dist(u,v)≤madist
在优化模型的建立上，本发明从成本、电压损耗、变电站与不能用于建设变电站的区域之间的距离等方面进行考虑，从而能够选出总成本尽可能低，总电压损耗尽可能小，变电站与不能用于建设变电站的区域之间的距离尽可能远的坐标作为变电站的坐标。同时，在计算距离时，本发明采用的是三维坐标，相较于传统的二维坐标，对于距离的反映更为准确，从而有利于提高获得的新建的变电站的坐标的准确性。
另一方面，本发明提供了一种基于3Dgis的变电站三维规划系统，
包括gis模块、预测模块、第一计算模块、建模模块和第二计算模块，
所述gis模块用于获取待规划区域的3Dgis模型；
所述预测模块用于对待规划区域进行负荷预测，获得负荷预测结果；
所述第一计算模块用于根据负荷预测结果确定新建的变电站的总数；
所述建模模块用于建立变电站待优化模型；
所述第二计算模块用于采用粒子群算法对所述待优化模型进行优化，获得新建的变电站的坐标。
需要说明的是，本系统用于实现上述方法的功能，装置中各模块与上述方法步骤相对应，并能够实施上述方法中的不同实施方式，具体可参见上述关于方法的描述，这里不再详细叙述。
本发明通过建立3Dgis模型，为待优化模型中的参数提供了三维坐标，从而能够使得优化模型更准确地表示变电站之间的距离，使得优化模型能够从成本、损耗、区域限制方面进行准确表征，有利于提高规划结果的准确性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。