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1、TDLRtree时空数据库索引结构及实现算法在变电站仿真系统中的应用解大二余江燕2，唐寅初3,王丽芳41.上海交通大学电气工程系，上海 200240; 2.中国电力投资集团公司高级培训中心，上海200240; 3.上海飞平电子技术有限公司，上海，2002404.上海市电力公司教育培训中心，上海，200432The Application of TDLRtree Index Structure and Implementation Algorithm forSpatio-Temporal Database in Substation Simulation SystemXie Da , Yu Ji
2、ang-yan, Tang Yin-chu ,Wang Li-fangI.EIectrical Engin eeri ng Departme nt, Shan ghai Jiaot ong Uni versity, Shan ghai 200240; 2. Adva need Training Centre of China Power I nv estme nt Corporati on,Shan ghai 200240; 3. Sha nghai Fei Ping In stitute Tech no logy Ltd., Sha nghai 200240; 4. The Educati
3、on al a nd Trai ning Cen ter of Sha nghai Mun icipal Electric PowerCompa ny, Sha nghai 200432ABSTRACT: This paper presents a new TDLRtree index structure for spatio-temporal database to describe the topology of power system. The system topology structure is recorded adopting time-axis way at the top
4、. A part of objects is used single-link table and the others are used double-link table to simplify the restructure of system topology. The algorithm avoids complex calculation in traditional restructure method. Since the algorithm traverses original tree changed instead of tree restructure, restruc
5、ture method is simplified and calculation efficiency is improved. The application in substation simulation system proves the availability.KEY WORDS: Spatio-Temporal Database; TDLRtree Index Structure; Substation Simulation System摘要：提岀了一种新的基于 TDLRtree时空数据库索引结构来 表示系统拓扑结构的方法。整体上采用以时间为轴的方式对系 统拓扑结构情况进行记录
6、，通过一部分对象采用单链表，另一 部分对象采用双链表的方式来简化对系统拓扑结构的重构。该方法避免了传统重构中重构树的复杂过程，通过对原有树变化后的遍历来代替了重构树，简化了重构的算法，提高了系统效率。通过变电站仿真系统的运行证实了该方法的有效性。关键词：时空数据库、TDLRTree索引结构、变电站仿真系统1引言变电站是电力系统的重要组成部分，变电站的安全可靠运行对维持电力系统的稳定运行和保证供电 的可靠性有十分重要的意义1,2。但由于电力系统的特殊性，要在实际运行的变电站中对人员进行培训是 不切实际的，于是便引入了变电站仿真技术3-5。目前，国内外变电站仿真培训系统主要分为实物 仿真和纯软件仿
7、真两种类型。由于实物仿真的硬件投 资高，灵活性差，所以随着计算机技术和多媒体技术 的发展和完善，纯软件仿真已成为仿真培训系统的必 然趋势6-9。在软仿真中，准确快速的表达出变电站一次接线 图的拓扑结构是变电站仿真系统有效运行的关键问 题10-12。目前，传统构建拓扑结构的方式是从供电电 源开始，通过遍历所有节点和支路，并根据这些节点和支路与电源连接的情况来判断进行拓扑结构生成 的。这种方式需要进行大量的运算，比较耗费系统资源，对系统配置要求也较高。本文根据拓扑结构的重构特性，提出一种新的基 于TDLRtree时空数据库索引结构理论13-15的构建拓扑结构的方法。最后利用变电站仿真系统对传统方法
8、 和新方法进行了对比研究。研究结果表明，在系统结 构发生改变后，新的方法不仅可以快速、准确地表达 出当前的拓扑结构，减少了传统方式重建拓扑结构所 需的资源，而且实现了系统状态的重放。2 TDLRTree时空数据库索引结构2.1时空数据库理论时空数据库(Spatial-Temporal Database)是能够同 时处理时态数据和空间数据的数据库系统。从当前的研究现状来看，已经提出的大部分时空数据库索引结 构都是从空间数据库的Rtree发展而来的。在时空数据库的索引结构中，空间和时间信息是 分开存储的。节点结构可以表示为(S,T,P)，其中，S用于存储空间信息，T用于存储时间信息，P用于存储 指
9、向子树的指针。根据时空数据库的节点结构定义时 空对象为 H oid 二(oid , Soid ,Toid) oid OBJ，其中，OBJ是时空数据库的对象域，Soid、Toid是oid标识的对象在时空数据库中存在的空间域和时间域。设-兀：，定义时空函数f。i，其中 r To i,dfo i(t) So i ；设i丨是时空函数对象集，可 以表示为| : oid |oid OBJ，其中设静止对象 集为【s ,丨丨s冬一，一珀丨【s，设运动对象集为 i【n , i【n 乂 ，一 Hid三二n ；静止对象和运动对象 的区别可以表现为：静止对象所对应的时空函数 foid(t)为常数函数，而运动对象所对应
10、的时空函数 foid (t)为非常数函数。如果设时空对象did在某时刻 t的时空状态为；oid (t)，则可表示为 关系和时空状态包涵关系。对空间包含关系的定义为：设空间包含关系 s，- foidi(t)，foid 2 (t)，其中,foid 1 (t) = xoid 11 , y oid 11 , xoid 12 , yoid 12foid 2 (t) = xoid 21 , yoid 21 , Xoid 22 , yoid 22 如果(1)xoid 11 - xoid 21 , yoid 11： yoid 21 , xoid 12xoid 22,yoid 12 - yoid 22，则有 f
11、oid1(t) -foid2 (t)。对时空状态包含关系的定义为，设时空状态包含 关系:一，:- oid 1(t)，- oid2 (t):如果有 foid1(t) foid2(t)成立，则有二 oid1(t)oid2(t)。二oid (t) =(oid, foid (t),t)关系式。另外，对时空数据的包涵关系可以分为空间包含时间轴t非叶节点叶节点(静止对象)RTree第非叶节点级 叶节点(运动对象)RTree对 象 指 针 池时空记录TiPTiT i+1PT i+14-RjPrR( i+1)jPrRSaPTaPOAiSbPT BiPOBiSaPT A(i+1PO A(i+1)SbPT B(i
12、+1)PO B(i+1)rijPrijSaPO air(i+1)KP r(i+1)KSaPO a(i+1)tiPT_Prov aPT_Next aOther_PointPT_Rec AiPT_Obj atiPT_Prov aPT_Next aOther_PointPT_Rec aiPT_Obj aRecord aiRecord Ait(i+1)PT_Prov aPT_Next aOther_PointPT_Rec A(i+1)PT_Obj at(i+1)PT_Prov aPT_Next aOther_PointPT Rec a(i+1)PT Obj aRecord A(i+1)Record a
13、(i+1)2.2 TDLRTree的体系结构根据时空数据库理论，通过利用系统中静止对象非时空属性数据Object aObject a图1 TDLRtree结构Figi TDLRtree Struct的特殊性，可以有效限制索引结构的重构范围；而对索引结构中数据的查询，则可使用双向链表来链接对象的历史和将来状态。于是便提出了 TDLRTree (Temporal Double LevelRTree )索引结构。在TDLRtree中，以时间轴t作为整个索引的入 口，由某一时刻t开始，进入一个两级Rtree,对系统 中所有t时刻有效的时空对象在t时刻处在的空间状态进行索引。其体系结构如图1所示。从TD
14、LTree的结构图中可以看出，在时间t轴上节点的结构为：t,PT，PT是指向第一级 RTree的指 针。在这一层中，只跟时间有关，而与具体数据无关。 在第一级RTree中，存储的是静止对象，是限制索引 结构重构范围的关键。在第二级RTree中，存储的是运动对象，根据这些对象的状态的改变就会得到很多 时空记录数据。3 TDLRTree的实现算法需要利用TDLRTree的索引结构，需要知道它的 两个关键实现算法。设 TDLRTree体系结构中的第一 级 RTree和第二级 RTree分别为 RTreeFirst和 RTreeSec ond。算法一是用于当在 TDLRTree中插入时空对象 如1在时
15、刻t的时空状态匚oidi(t) =(0id1, foid!(t),t) 时，对TDLRTree的更新。其更新算法为：如果roid1是 运动对象，将运动对象Hid1插入到TDLRTree的第二级RTree中，并更新第二级RTree中双向链表信息；若 oid1是静止对象，将静止对象iid1插入到TDLRTree的第一级RTree中，并更新第一级RTree中双向链表信 息。程序语言表示如下：If ( %1 TV n)f(%2 * Hs)&( Jid1(t)oid2(t)Insert -oid1 (t) into RTreeSecond (二oid2(t)； L ink PoolNodes Poi nters;return; Insert 二oid1(t) into RTreeFirst (
