一种智能变电站图纸的物理回路建模方法技术

本发明专利技术公开了一种智能变电站图纸的物理回路建模方法，具体为：对图纸电气符号进行识别，获取图纸的图元信息；再进行比例归一化处理；根据拓扑图构建拓扑连接关系字符串；通过字符串相似度匹配算法，求出最相似的拓扑字符串对应的电气符号；使用统计分布方法提取具有区分能力的特征描述符；使用GBDT与LR耦合训练的二分类算法对数据集进行训练，获得分类模型；根据分类模型对变电站模型图像进行分类，获得构成物理回路的变电站模型，再对变电站模型进行连接关系的解析，实现物理回路模型的构建。本发明专利技术完成了SPCD的辅助设计，减少了读图的人力和时间，实现变电站图纸物理回路的模型化和数字化，具有一定的实用和参考价值。具有一定的实用和参考价值。具有一定的实用和参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种智能变电站图纸的物理回路建模方法


[0001]本专利技术属于智能变电站图纸物理回路建模
，尤其涉及一种智能变电站图纸的物理回路建模方法。

技术介绍

[0002]变电站二次原始图纸的保存和解析数字化程度依旧不高，图纸的分类和识别工作越发繁杂，因此通过智能化的方式协助工作人员分类和识别图纸，提取图纸的关键信息，进而为二次系统提供数字化支撑也更为重要。现存有大量的变电站，其二次系统物理回路模型尚无标准规范，设计单位依然通过光缆联系原始图纸表达物理回路的设计，工程实施单位同样根据光缆联系原始图纸完成智能变电站二次系统物理回路的施工。描述物理回路设计的变电站物理配置描述(substation physical configuration description，SPCD)文件所需的关键信息仍然采用原始图纸表达，图纸不带有任何属性，信息保存单一，很难对其加工和后续处理，通常需要人员观察图纸手动提取信息，保存成光缆清册Excel文件、设计图纸CAD文件，或通过配置工具生成XML配置文件，都有着庞大的工作量，不利于智能变电站数字化技术的发展和二次开发的应用。
[0003]由于变电站图纸的设计单位和工程师不同，导致图纸规范性差，正是这大同小异的差别给图纸信息识别和语义理解造成很大的障碍。已有的相关研究：主要包括电气符号的识别、变电站模型的分类和拓扑信息的解析。大多数的技术研究都是基于上述三个方面，如文献[1] 是通过环形分割算法提取工程CAD图纸中每个组件对象几何特征，实现对各个组件拓扑特征的提取，然后基于协方差描述符融合几何特征和拓扑特征，连通域标记方法识别拓扑关系，但不适用于变电站对象图例。如文献[2]提出了一种基于工程图纸知识的预分割字符串及标注信息提取方法，基于图元矢量化讨论了对标注信息的提取过程，但只针对提取图纸中的标注文本信息和标注尺寸信息，文献[3]只针对图纸标题栏内容的提取和图纸标注尺寸的定位与识别，都没有涉及到变电站电气符号的识别和设备对象拓扑关系的解析。文献[4]基于CAD图纸将电气符号转化为拓扑图，建立图元矩阵表征图的结构特征，图元矩阵是对属性图[5]的改进，因为本文是基于图纸图像识别图元存在误差，使用矩阵匹配必然造成误差进一步增大。文献[6]基于图纸图像通过深度学习的深度神经网络YOLOv3模型识别电气符号，由于电气符号规范性差，根据目标检测识别电气符号，必然会有数据集大小、训练程度，识别场景不同等各种限制和误差，实验和应用相差较大。这些都只是电气符号的识别，没有进一步实现物理回路模型的构建。
[0004]中国专利CN110795809A[7]公开了一种基于CAD图自动拾取的变电站电气二次回路连接关系的方法，根据建立二次元件图元库，识别区域框大小的自动选定，根据识别区域框中图形与二次元件图元库自动比对识别电气二次回路CAD图中各类元件，依托连接线的连接点位置坐标与元件的位置关系获取CAD图中的电气二次回路连接关系，并最终可以输出描述变电站电气二次回路连接关系的标准文件，完成变电站图纸二次回路的提取，但是文中没有详细介绍如何匹配电气符号，而且其中的大多操作需要手动框选对象和设置图形
大小，操作繁琐复杂。
[0005]综上所述，目前没有从变电站原始图纸到智能变电站配置文件应用过程的相关研究，而且从设计单位获取的图纸大多是PDF文件，没有针对PDF图纸的研究。本专利技术所要解决的关键问题如下：
[0006]1)电气符号的识别。
[0007]当前的研究多是基于CAD图纸，但从设计单位获取和保存的图纸大多是PDF文件，本专利技术专利是基于PDF文件转图像，对电气符号进行识别。因此，如何在图像提取图元信息存在误差的情况下，较好地识别电气符号是要解决的一个关键问题。
[0008]2)变电站模型的分类。
[0009]现有主要研究是对变电站模型或图纸信息的检索与匹配，根据图纸清册对模型进行分类，不通用于实际生产过程中具有差异性的各类模型，同一类图纸，甚至一张图纸就包含不同特征的变电站对象，本专利技术专利对图纸中的变电站模型图像进行分类，可以实现自适应识别变电站模型并解析的功能，可以减少手动框选图像和设置图像大小的操作。因此，如何提取变电站模型的特征，构造分类模型是需要解决的另外一个关键问题。
[0010]3)连接关系的解析。
[0011]目前的研究主要应用在类似电路图的元件符号连接关系CAD图，没有涉及到变电站二次图纸物理回路设备对象连接关系的解析，变电站对象图例规范性比较差，构成物理回路的变电站模型一般是由多个矩形组合描述设备区域，由直线描述连线的模型。因此，如何提取物理回路联接关系是需要解决的第三个关键问题。
[0012]文献资料：
[0013][1]张琪,叶颖.基于对象图例及其拓扑关系识别的二维工程CAD图纸矢量化方法[J].计算机与现代化,2018(11):40
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[0017][5]朱江,孙家广,邹北本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能变电站图纸的物理回路建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：图纸电气符号的识别；S11、导入PDF图纸，转成PNG图像，对图像进行放大；再对图像进行预处理操作，分割图纸中变电站模型的图像，依次检测变电站模型图像的图元，获取图纸的图元信息；S12、规定区域左上角顶点为坐标原点，采用基于线段长度加权的主成分分析法WPCA进行比例归一化处理；S13、在提取图元的基础上定义电气符号最小的几何图元集合，根据拓扑图构建拓扑连接关系字符串；将电气符号和多个拓扑字符串构造一对多的典型映射关系，通过字符串相似度RKR
‑
GST匹配算法，求出最相似的拓扑字符串对应的电气符号；步骤2：变电站模型的分类；S21、使用统计分布方法提取具有区分能力的特征描述符；S22、根据提取变电站模型的图元特征，使用GBDT与LR耦合训练的二分类算法对数据集进行训练，获得分类模型；S23、根据分类模型对变电站模型图像进行分类，获得构成物理回路的变电站模型，再对变电站模型进行连接关系的解析，实现物理回路模型的构建；S231、先通过矩形区域获取物理回路的设备对象的信息；再基于图论深度遍历优先搜索DFS算法获取物理回路的连接关系的信息；S232、根据变电站配置描述语言SCL标准和SPCD配置文件，以单张图纸解析得到的物理回路数字化描述，构建中间模型文件；最后通过配置工具和人工校核完成SPCD配置文件。2.根据权利要求1所述的一种智能变电站图纸的物理回路建模方法，其特征在于，所述步骤S11中，预处理操作为图像二值化和降噪处理；图元信息包括标题栏、直线、圆和文本。3.根据权利要求2所述的一种智能变电站图纸的物理回路建模方法，其特征在于，所述步骤S12中采用基于线段长度加权的主成分分析法WPCA进行比例归一化处理，得到标题栏I、直线L、圆O和文本T，表征图元的类型和图纸中的位置，作为模型分类和建模的基础：I＝{(x
i
,y
i
,w
i
,h
i
)|i＝1,2,
···
,n}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)L＝{(x
i
,y
i
,w
i
,h
i
)|i＝1,2,
···
,n}
ꢀꢀꢀꢀ
(2)O＝{(x
i
,y
i
,r
i
)|i＝1,2,
···
,n}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)T＝{(x
i
,y
i
,w
i
,h
i
)|i＝1,2,
···
,n}
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，x
i
和y
i
是坐标，w
i
是矩形的宽，h
i
是矩形的高，r
i
是圆的半径。4.根据权利要求3所述的一种智能变电站图纸的物理回路建模方法，其特征在于，所述步骤S13具体为：定义电气符号最小的几何图元集合S，包含短直线L
s
构成的矩形、不能构成矩形的短垂直线L
sv
、短水平线L
sh
、斜线L
sb
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高旭，马迎新，杜丽艳，范登博，庄博，高翔，
申请(专利权)人：上海毅昊自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：