本发明涉及一种交直流变电站监控系统组态界面自动化构建方法及装置，属于组态界面设计技术领域。本发明将监控系统组态图形界面按照功能划分为多个区域，每个区域内细分为多种逻辑业务，采用功能区域模版、业务逻辑模板技术将图形界面的自动布局中各种业务的复杂性问题转化为实例化的模板之间、模板内部元件之间简单的几何关系，能够自动生成监控组态图形。本发明给厂站自动化施工带来了很大的便利，大大缩减了绘图时间。本发明还利用退火算法对图元布局进行优化，实现监控系统组态图形界面中各图元的均匀性布局。
1.一种交直流变电站监控系统组态界面自动化构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将变电站监控系统的图形界面按照功能划分为若干个区域，建立相应的功能区模板，并将每个区域细分为多种逻辑业务，建立相应的业务逻辑模板；所述业务逻辑模板具有以下属性：在功能区中的位置坐标、区域形状和相邻的业务模板的位置关系；业务逻辑模板内部的各个图元的位置坐标能够根据区域形状的变更调整图元的位置，能够按照比例缩放图元之间的间距；
2)采用功能区模板和业务逻辑模板分别对功能区和业务逻辑中各种图元的布局进行布置；
该方法还包括对布置后的功能区内部的业务逻辑区块和区块内部的图元位置进行迭代优化；
所述的迭代优化采用退火算法实现，退火算法目标函数如下：
F(Xi,T)＝aL(Xi,T)+bC(Xi,T)+bU(Xi,T)+dQ(Xi,T)其中i是迭代次数，X是各种图元的初始状态，T是退火算法初始温度，a、b、c、d分别是L、C、U、Q的权重因子，L是各区域与主变的连线总长，C是各区域之间连线交叉总数，U是各区域均匀度，Q是所有区域均匀度总和；
A.利用功能区模板对功能区内部的多个业务进行均匀布置，并对业务内的元件密度进行扰动调整；所述扰动调整是指对图元位置进行调整；
B.计算调整后的目标函数，判断扰动后的值是否小于初次的值，若小于，暂存当前状态作为下次扰动的初始状态，若不小于，按照Metropolis准则判断是否接受；
C.根据设定准则判断当前温度下是否终止随机扰动产生新的状态，如果是，则继续对功能区扰动；否则，通过降低参数温度T来进行降温退火，重新进入循环流程；
2.根据权利要求1所述的交直流变电站监控系统组态界面自动化构建方法，其特征在于，所述功能区模板具有以下属性：功能区在画布的坐标位置、矩形的占用面积、矩形内部分布元件的疏密程度、不同的邻接区域的距离和功能区相对位置关系。
3.一种交直流变电站监控系统组态界面自动化构建装置，其特征在于，该装置包括模板建立单元和图元布置单元，所述的模板建立单元用于将变电站监控系统的图形界面按照功能划分为若干个区域，建立相应的功能区模板，并将每个区域细分为多种逻辑业务，建立相应的业务逻辑模板；所述业务逻辑模板具有以下属性：在功能区中的位置坐标、区域形状和相邻的业务模板的位置关系；业务逻辑模板内部的各个图元的位置坐标能够根据区域形状的变更调整图元的位置，能够按照比例缩放图元之间的间距；
所述的图元布置单元用于根据功能区模板和业务逻辑模板分别对功能区和业务逻辑中各种图元的布局进行布置；
该装置还包括对布置后的功能区内部的业务逻辑区块和区块内部的图元位置进行迭代优化的模块；
所述的迭代优化采用退火算法实现，该退火算法采用的目标函数为：
F(Xi,T)＝aL(Xi,T)+bC(Xi,T)+bU(Xi,T)+dQ(Xi,T)其中i是迭代次数，X是各种图元的初始状态，T是退火算法初始温度，a、b、c、d分别是L、C、U、Q的权重因子，L是各区域与主变的连线总长，C是各区域之间连线交叉总数，U是各区域均匀度，Q是所有区域均匀度总和；
A.利用功能区模板对功能区内部的多个业务进行均匀布置，并对业务内的元件密度进行扰动调整；所述扰动调整是指对图元位置进行调整；
B.计算调整后的目标函数，判断扰动后的值是否小于初次的值，若小于，暂存当前状态作为下次扰动的初始状态，若不小于，按照Metropolis准则判断是否接受；
C.根据设定准则判断当前温度下是否终止随机扰动产生新的状态，如果是，则继续对功能区扰动；否则，通过降低参数温度T来进行降温退火，重新进入循环流程；
交直流变电站监控系统组态界面自动化构建方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及交直流变电站监控系统组态界面自动化构建方法及装置，属于组态界面设计技术领域。
背景技术
[0002] 随着微芯片科技水平的发展，大量新型传感技术的应用，我国智能电网形成的数字信息除了继承传统的种类繁多、关联性强等特点之外，另一最大的特点就是信息海量。这些海量数据，需要根据功能、区域、逻辑、关联等等多种复杂的关系建立层次分明、清晰明了、总体统一的管理秩序，对于工程施工的时间、工程参与人员的素质都是很大的挑战。
[0003] 涵盖海量数据的监控系统组态界面绘制工作，是自动化施工中的一个重点和难点，为了达到美观和均匀，需要花费整天的时间和用户交流，反复修改优化。所有业务图形都要如此进行设计，导致效率比较低下，对自动化工程施工人员造成的压力大，非常需要自动布局技术支持，以便提高效率、减轻人员负担。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种交直流变电站监控系统组态界面自动化构建方法及装置，以解决监控系统组态界面绘制工作效率低、负担大的问题。
[0005] 本发明为解决上述技术问题提供了一种变电站监控系统组态界面自动化构建方法，该方法包括以下步骤：
[0006] 1)将变电站监控系统的图形界面按照功能划分为若干个区域，建立相应的功能区模板，并将每个区域细分为多种逻辑业务，建立相应的业务逻辑模板；
[0007] 2)采用功能区模板和业务逻辑模板分别对功能区和业务逻辑中各种图元的布局进行布置。
[0008] 该方法还包括对布置后的功能区内部的业务逻辑区块和区块内部的图元位置进行迭代优化。
[0009] 所述的迭代优化采用退火算法实现，退火算法目标函数如下：
[0010] F(Xi,T)＝aL(Xi,T)+bC(Xi,T)+bU(Xi,T)+dQ(Xi,T)
[0011] 其中i是迭代次数，X是各种图元的初始状态，T是退火算法初始温度，a、b、c、d分别是L、C、U、Q的权重因子，L是各区域与主变的连线总长，C是各区域之间连线交叉总数，U是各区域均匀度，Q是所有区域均匀度总和。
[0012] 所述功能区模板具有以下属性：功能区在画布的坐标位置、矩形的占用面积、矩形内部分布元件的疏密程度、不同的邻接区域的距离和功能区相对位置关系。
[0013] 所述业务逻辑模板具有以下属性：在功能区中的位置坐标、区域形状和相邻的业务模板的位置关系。
[0014] 迭代优化的布局过程如下：
[0015] A.利用功能区模板对功能区内部的多个业务进行均匀布置，并对业务内的元件密度进行扰动调整；
[0016] B.计算调整后的目标函数，判断扰动后的值是否小于初次的值，若小于，暂存当前状态作为下次扰动的初始状态，若不小于，按照Metropolis准则判断是否接受；
[0017] C.根据设定准则判断当前温度下是否终止随机扰动产生新的状态，如果是，则继续对功能区扰动；否则，通过降低参数温度T来进行降温退火，重新进入循环流程；
[0018] D.当满足设定的收敛准则时则绘制图形，结束流程。
[0019] 本发明还提供了一种交直流变电站监控系统组态界面自动化构建装置，该装置包括模板建立单元和图元布置单元，
[0020] 所述的模板建立单元用于将变电站监控系统的图形界面按照功能划分为若干个区域，建立相应的功能区模板，并将每个区域细分为多种逻辑业务，建立相应的业务逻辑模板；
[0021] 所述的图元布置单元用于根据功能区模板和业务逻辑模板分别对功能区和业务逻辑中各种图元的布局进行布置。
[0022] 该装置还包括对布置后的功能区内部的业务逻辑区块和区块内部的图元位置进行迭代优化的模块。
[0023] 所述的迭代优化采用退火算法实现，
[0024] F(Xi,T)＝aL(Xi,T)+bC(Xi,T)+bU(Xi,T)+dQ(Xi,T)
[0025] 其中i是迭代次数，X是各种图元的初始状态，T是退火算法初始温度，a、b、c、d分别是L、C、U、Q的权重因子，L是各区域与主变的连线总长，C是各区域之间连线交叉总数，U是各区域均匀度，Q是所有区域均匀度总和。
[0026] 本发明的有益效果是:本发明将监控系统组态图形界面按照功能划分为多个区域，每个区域内细分为多种逻辑业务，采用功能区域模版、业务逻辑模板技术将图形界面的自动布局中各种业务的复杂性问题转化为实例化的模板之间、模板内部元件之间简单的几何关系，能够自动生成监控组态图形。本发明给厂站自动化施工带来了很大的便利，大大缩减了绘图时间，提高了效率，减轻了人员负担。本发明还利用退火算法对图元布局进行优化，实现监控系统组态图形界面中各图元的均匀性布局。
附图说明
[0027] 图1-a是主变模型的主接线图模板；
[0028] 图1-b是双母、单母的主接线图模板；
[0029] 图1-c是双母带旁路、单母的主接线图模板；
[0030] 图1-d是2/3接线、双母、单母的主接线图模板；
[0031] 图2是间隔模板管理示意图；
[0032] 图3是变电站监控系统组态界面自动化构建方法的优化流程图。
具体实施方式
[0033] 本发明的一种交直流变电站监控系统组态界面自动化构建方法的实施例[0034] 本发明将监控系统组态图形界面按照功能划分为多个区域，每个区域内细分为多种逻辑业务，采用功能区域模版、业务逻辑模板技术将图形界面的自动布局中各种业务的复杂性问题转化为实例化的模板之间、模板内部元件之间简单的几何关系，交直流变电站监控系统组态界面自动化构建技术方案，该方法的具体实施步骤如下：
[0035] 1.根据界面实现的多个功能组，将图形界面按照功能划分为多个区域，并将每个区域内按照功能区中的图元体现的逻辑业务特点，划分为多个逻辑业务区。
[0036] 根据界面实现的多个功能组对界面进行功能区域划分，例如主接线图的功能分区，通常按照电压等级，可分为高压区、中压区、低压区、主变区等一级分区；其他业务功能也类似，比如线路间隔图形通常包含线路间隔接线区、模拟量区、控制量区、运行方式区、光子告警区、线路压板区等等。主接线图的几种典型模板，如图1-a、图1-b、图1-c和图1-d所示。
[0037] 设计功能区模板时，每个功能区的应具有以下属性：功能区在画布的坐标位置；矩形的占用面积；矩形内部分布元件的疏密程度；不同的邻接区域的距离；功能区相对位置关系。业务逻辑模板应具有在功能区中的位置坐标、区域形状、与相邻的业务模板的位置关系的属性，便于模板实例化后形成的业务组均匀分布；业务逻辑模板内部的各个元件的位置坐标能够根据区域形状的变更调整元件的位置，能够按照比例缩放元件之间的间距。
[0038] 2.采用功能区模板和业务逻辑模板分别对功能区和业务逻辑中各种图元的布局进行布置。
[0039] 功能区的布局过程如下：根据厂站工程设计选择一个合适的模板；选择主变模型，完成主变布局如图1-a所示；针对外围区域的电压等级和母线类型，选择合适的母线模板；最终生成主变及母线区域的结构如图1-b、图1-c和图1-d所示，为三种不同类型母线的布局模板。
[0040] 各个逻辑业务功能分区中有母线、母线出线、PT、CT、母联、变压器高中低三侧等等间隔类型。首先将设备关联图形的方向、位置、间距、区域、颜色等格式设计出典型的图元样式，形成图元模板。根据变电站工程间隔模型数据，选择对应的间隔模板(选择格式如图2所示)；将选定模板拖入功能区中，在分区里面自动绘制实例化后的间隔模板；拖入的多个模板实例，自动调整整体大小，区域形状大小一致，均匀分布在功能区中；最后完成主变与各分区间隔的连线，完成主接线图整体布局。
[0041] 为了实现监控系统组态图形界面中各图元的均匀性布局，本发明还对布置后的功能区内部的业务逻辑区块和区块内部的图元位置进行迭代优化。本实施例采用退火算法进行迭代优化，退火算法所采用的目标函数为：
[0042] F(Xi,T)＝aL(Xi,T)+bC(Xi,T)+bU(Xi,T)+dQ(Xi,T)
[0043] 其中i是迭代次数，X是各种图元的初始状态(坐标位置)，T是退火算法初始温度，a、b、c、d分别是L、C、U、Q的权重因子。L是各区域与主变的连线总长；C是各区域之间连线交叉总数；U是各区域均匀度，主要计算各邻接功能区之间的邻接距离和区块与边界的距离；Q是所有功能区均匀度总和，每个功能区的均匀度主要计算：业务组与功能区的边界距离、功能区内业务组之间的邻接距离和功能区中所业务组内所有元件平均占用的画布面积即元件疏密度。
[0044] 该方法的具体实现流程如图3所示，在初次自动化布局成功后，进入功能区调整阶段。然后对功能区内部的多个业务自动均匀分布，并对业务内的元件密度进行调整。所有功能区调整后，计算目标函数，如果扰动(图元位置调整)后的值不小于初次的值，按照Metropolis准则判断是否接受，小于初次的值，暂存当前状态，作为下次扰动的初始状态。从功能区开始调整一直到暂存扰动初始态，算是一个成功的流程循环，然后根据设定准则(比如循环次数是否小于它的马尔科夫链值K)，判断当前温度下是否终止随机扰动产生新的状态，本实施例判断该流程的循环次数是否小于它的马尔科夫链值K，小于K则继续对功能区扰动；如果大于K，通过降低参数温度T来进行降温退火，重新进入循环流程；当满足设定的收敛准则(比如多次迭代，每次的目标函数值差小于某个限值)时则绘制图形，结束流程。K值是马尔科夫链值，与向量Xi元素个数有关，这是个数学概念，这里不必给出准确的确定方法。
[0045] 基于上述过程，本发明所构建的变电站监控系统组态界面自动布局工具，在实践中，给厂站自动化工程施工带来很大便利，减轻了施工人员的劳动强度，大大缩减了绘图时间。
[0046] 本发明的一种交直流变电站监控系统组态界面自动化构建装置的实施例[0047] 本实施例中变电站监控系统组态界面自动化构建装置包括模板建立单元、图元布置单元和迭代优化单元，模板建立单元用于将变电站监控系统的图形界面按照功能划分为若干个区域，建立相应的功能区模板，并将每个区域细分为多种逻辑业务，建立相应的业务逻辑模板；图元布置单元用于采用功能区模板和业务逻辑模板分别对功能区和业务逻辑中各种图元的布局进行布置；迭代优化单元用于对布置后的功能区内部的业务逻辑区块和区块内部的图元位置进行迭代优化。各单元的具体实现手段已在方法的实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。
