为了弥补地理沿布图和站房内部接线图应用过程中的不足之处，提升低压配网图模和属性数据的利用程度，提供更完善的低压业务应用支撑，有必要结合一体化GIS平台配电线路单线图的开发和实施经验，开发相应的低压台区图自动成图功能，通过直观的逻辑图展示方式，实现直观清晰的低压信息获取和数据挖掘，提升业务人员现场工作效率和准确性，更好的保障业务过程中的人身安全、设备安全和电网安全。低压台区图自动成图技术研究必要性主要有以下几方面：

没有低压台区图自动成图支撑前，基层单位数据维护人员通过CAD等工具绘制低压台区图，工作量大，且难以保证专题图数据的正确性以及更新的及时性。借鉴配网中压单线图自动成图实现思路，通过低压台区拓扑提取和布局布线算法，实现低压台区图的自动生成，将大大减少低压台区图的维护工作量，提升工作效率的同时，也能保证低压台区图数据得到及时准确的更新。

数据的正确性是开展业务应用的基础和前提条件，要充分发挥系统中数据对业务的支撑作用，就必须做到数据及时、准确更新。伴随配网电子化移交过程，以流程化的方式实现低压台区图数据的增量变更，有效的保证了低压台区图在电子化移交业务过程中同步实现数据的及时、准确更新。

低压台区图能清晰、直观的查看台区的整体接线情况和用户分布情况，方便用户快速查看、查询低压台区相关信息，并提供低压台区下各类设备和用户信息的统计功能，支撑现场的信息查询、设备统计等业务应用。

低压台区图对地理沿布图的拓扑连接进行了适当的简化，并展开了站房内部接线，以直观的展示效果，更好的支撑低压操作票和工作票业务应用。

台区是线损分析的末端，是线损管理的关键区域。通过基于低压台区图的拓扑分析和可视化展示，可以实现台区下的分线、分相管理，更容易发现线损异常原因，为低压配网结构优化、低压窃电查处等管理工作提供重要依据。

低压配网接线复杂、多样，由于历史建设等原因，部分低压线路存在明显的重过载、三相不平衡、线损率高等问题，直接影响供电的可靠性和经济性。通过低压台区图与自动化终端采集数据、营销业务数据的融合，结合拓扑分析和可视化展示，更容易发现线路设备接线和网络结构存在的问题，以便开展相应的拓扑结构优化工作，保障供电可靠性的同时减少低压台区线损率。

低压台区图支持低压开关的分合操作，基于动态电气拓扑重构，实现对停电模拟分析和转供电分析等功能的应用支撑。

按照业务应用要求，每台变压器对应一张低压台区图，低压台区图的起点是配电站房、台架、高低压开关房、箱变，终点是低压落火点。中压站房只显示变压器和低压设备，低压有联络的需显示联络关系。低压台区图生成设备范围包括公变、低压开关、刀闸、熔断器、电容器、CT、PT、关键的低压杆塔、低压落火点等设备。

低压台区图按照均匀分布、横平竖直的原则生成，支持“鱼骨头”样式和层次布局等多种布局方式，尽可能在一个页面上按相对地理走向均匀布局，满足查看和打印输出等页面效果要求。低压台区图初始布局时提供A3、A4页面布局模板选项，可根据实际情况选择合适的布局模板，支持从左到右、从右到左、从上到下、从下到上方向生成，默认为从左到右生成^[2]。设备布置横平竖直排列整齐，同一行的设备位置调整至同一水平线上，形成层次分明的横向或纵向排列布局。电房内的开关间距，母线段间距应保持一致。

依据地理沿布图和内部接线图的低压拓扑和属性数据自动生成低压台区图，生成算法处理逻辑如图1所示：

图  1  算法处理逻辑

Figure 1.  Algorithm processing logic

首先是低压线路和站房数据的初始加载过程，构建用于后续自动成图的内存对象模型^[3]，在该过程中需要对沿布图低压线路模型和站房内接线图模型进行拓扑融合和化简，支持后续自动生成过程的高效成图处理。

在中间内存数据结构的基础上实现台区图文档的创建，以及台区图所有线路设备实体对象的创建，并建立与沿布图、内部接线图源对象的关联关系。通过布局和布线算法实现台区图的初始布局和布线，完成后执行台区图的保存，实现台区图的完整初始化生成过程。

低压台区图自动生成效果如图2所示。

图  2  典型低压台区图

Figure 2.  Typical low pressure station area diagram

低压线路主要分为低压架空线路和低压电缆线路，针对线路设备的连接情况和相互关系，需要研究不同的算法，实现不同类型低压台区图的自动布局和自动布线。

树状布局是针对架空线路较为合适的布局算法，通过对改良Walkers算法^[5]的定制和扩展，实现架空线路的树状布局效果。对于电缆线路，层次布局是较为合适的布局算法，通过对Sugiyam算法^[4,8]的定制和扩展，实现电缆线路上各站房设备的层次化布置和整体布局效果的优化。进一步通过基于端子约束的层次布局算法^[9-11]实现站房设备端子的位置确定和布局调整。

一般情况，一个低压台区包含多条分支线路，分支线路绘制方向很大程度上决定了分支布局的整体效果。找到各支线的合理绘制方向，不仅可以使节点均匀分布，更能有效的减少线路设备间的交叉重叠，实现台区图直观、清晰的自动布局效果。本文采用基于支线排序分配支线绘制方向，并根据整体空间占用情况调整初始绘制方向的策略。

长支线对台区图整体布局影响较大，首先应该考虑长支线的布局优化。基本处理思路是通过对各支线按长度排序，根据排序值为各分支分配初始绘制方向，并按照偶数级分支先上后下交替排布，奇数级分支先右后左交替排布的原则确定分支绘制方向^[6]。

系统底层支持角勾链数据结构^[12]，通过分支整体的角勾链占用，可以很容易判断整体空间的占用，是否存在交叉重叠以及重叠的区域大小都可以很方便的进行计算。根据重叠交叉的情况，动态调整分支的上下左右放置方向，减少不同分支间的相互影响，在不出现重叠交叉的基础上，也可以使台区图整体布局更匀称合理。

利用角勾链数据结构^[12]实现标注布局的智能计算，首先对台区图所有设备进行角勾链平面初始化，设备所在区域创建设备方块，确定设备空间占用后，根据设备标注重要程度，优先对开关、站房设备进行标注布局，标注加入角勾链平面将以障碍物方块方式存在，避免出现标注间的重叠放置。进一步放置杆塔、导线等设备标注，最终实现所有线路设备标注的智能判断和放置。

考虑到不同用户对低压台区图布局美观的不同需求，需要提供相应的布局调整和布线调整工具，主要包括设备的移动、旋转、翻转、对齐，支线整体的移动、旋转，标注的移动、字体大小调整、文本换行等调整工具，支持快捷的布局和布线调整。

考虑到台区图的布局美观，部分用户对台区图会进行个性化的布局调整，随着电网的建设和改造，电网沿布图和内部接线图数据会同步发生变更，此时需要保留用户修改内容的基础上实现变更内容的增量同步更新。

增量更新过程采用初始生成类似的内存中间数据提取和对象生成更新过程，对于已经存在的对象，直接更新相关属性，并基于现有对象的布局信息进行后续对象的布局生成。现有对象在更新过程中保持布局位置不变，新增加的设备通过智能空间占用判断放置在附近的空白位置，并使用布线算法完成设备间的连线。

电子化移交流程已包含单线图的更新处理过程，类似的，流程中增加低压台区图的更新检测、增量更新以及审核发布支持，通过电子化移交业务，实现低压台区图的同步及时变更。电子化移交流程处理过程如图3所示。

图  3  电子化移交流程图

Figure 3.  Flow chart of electronic transfer

考虑到不同台区线路设备情况的差异，系统提供了多种生成参数选择，包括台区图生成方向、生成的设备类型、标注内容、打印布局等参数，允许局部生成过程个性化定制，确保低压台区图满足不同部门、不同应用场景的需求。

通过对架空线路、电缆线路不同布局算法的选择和定制扩展，实现低压台区图的智能初始布局，结合分支绘制方向的智能选择和动态调整，实现台区图布局的整体均衡。通过角勾链数据结构，实现空间占用情况的智能判断和识别，避免线路设备间的重叠交叉。通过标注智能布局位置计算，实现标注的空间位置计算和布局优化。

基于底层的角勾链空间数据结构，实现设备间连线的自动布线，根据分支的级别、连线的长度、与设备端子的相对位置等动态设定连线的布线顺序，并支持交叉区域线路的拆线重布，尽可能实现低压台区上各连接线的合理布置。

通过一体化系统间的电子化移交流程，结合增量更新算法逻辑，实现低压台区图的同步增量更新，确保专题图数据与沿布图、内部接线及时同步变更，确保数据发布的权威性。

通过对低压台区图自动成图技术的研究，实现了低压台区图的自动生成和初始布局布线，解决了核心的专题图自动生成和布局布线算法与业务应用的融合。考虑到不同班组和绘图人员对低压台区图布局效果的个性化要求，系统提供了低压台区图的人工布局布线调整功能，并结合电子化移交流程实现了低压台区图的流程化增量更新。经过一段时间的试点业务应用，自动成图技术生成的低压台区图基本满足业务应用要求，自动成图技术大大减少了低压台区图的维护工作量，有效的保证了低压台区图数据的及时准确更新，为低压台区精益化管理奠定了基础。

试点应用过程中，也发现了目前研究成果部分不完善的地方，主要是自动布局布线过程中没有充分考虑页面纸张的范围限制，无法基于纸张实现智能化的自动分页和布局效果优化，在后续研究和实施过程中有待进一步优化完善。