一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法技术

本发明专利技术公开了一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，初步预排电缆，针对每条电缆线路寻求最短路径；电缆排布方向规划；完成所有电缆敷设规划；利用Djkstra算法求解电缆最短路径来对电缆的分布作初步预排，然后结合容量、顺序和支架的限制，以转折点最少和交叉点最小为目标函数，利用每条电缆经过的下两个顶点做排列位置判断，对电缆的位置关系做进一步规划，最终达到使电缆转折点数和交叉点数最小的目的，最后结合电缆敷设的施工要求与限制条件，以此保证电缆转弯数和错层数最少，从而得到较优的敷设结果，对电缆敷设施工方具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法
本专利技术涉及电缆敷设
，特别是指一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法。
技术介绍
在变电站的施工中，电缆敷设是一项复杂而繁琐的工作。一般设计院做了整体设计并提供设计结果后，施工单位还需做大量的敷设工作。由于缺乏有效的设计手段，目前主要是手工设计方式。设计者需要人工在桥架图平面上寻找电缆连接的起止设备，再寻找从起点设备到终点设备的最佳路径，从而进行电缆敷设。这种方式劳动强度大，可靠性不高。如果设计不合理，很容易会出现电缆严重交叉、电缆堆积等现象，影响后期的电缆敷设效果，降低工作效率，同时会增加电缆浪费，增加成本。针对敷设效率低的问题，有必要提出一种电缆敷设路径方案优化设计算法。经过检索现有电缆敷设优化设计技术发现，目前大多数优化算法都是采用最短路径法及其改进算法，将所有电缆路径抽象为复杂网络，忽略多条电缆敷设的先后顺序，也不考虑每一段路径内具体敷设几条电缆，采用树状或者网状搜索算法对多条电缆敷设进行设计；大多数算法均基于单条或者几条电缆的敷设算法的设计，对多条电缆敷设算法的设计很少涉及。而且有些在敷设过程中忽略了实际电缆敷设时的一些限制条件，诸如容量限制，电缆类型限制等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，利用Djkstra算法求解电缆最短路径来对电缆的分布作初步预排，然后结合容量、顺序和支架的限制，以转折点最少和交叉点最小为目标函数，利用每条电缆经过的下两个顶点做排列位置判断，对电缆的位置关系做进一步规划，最终达到使电缆转折点数和交叉点数最小的目的。为实现上述目的，本专利技术所提供的多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，所述优化方法包括如下步骤：A、初步预排电缆，针对每条电缆线路寻求最短路径；1)对电缆沟构建数学模型：将电缆沟的转弯或交叉的节点看作是顶点，将电缆沟看作是边，根据每条电缆沟的实际长度对每条边进行加权，将得到的变电站规划的模型看作是图；其中：将图中所有顶点归集为顶点集合V，且将顶点集合V分成两组，第一组为已求出最短路径的顶点集合S，第二组为其余未确定最短路径的顶点集合U；2)选取一条电缆，初始时，将该电缆经过电缆沟的第一个顶点看作是源顶点v0，设定源顶点v0的距离为0，顶点集合S中只包含源顶点v0，即S＝{v0}，则顶点集合U包含除源顶点v0以外的其它顶点，即U＝{un}，n为大于等于0的整数；根据每条电缆沟的实际长度对每条边进行加权的具体过程为：若源顶点v0与顶点un有边，则<un,v0>代表有权值，即权值为源顶点v0与顶点un之间的距离；若顶点un不是源顶点v0的出边邻接点，则<un,v0>权值为∞，即表示不知道从源顶点v0通向顶点un的路径；3)使用Djkstra算法计算步骤1)中从源顶点v0到顶点集合U中任意一顶点之间的最短路径长度，且按最短路径长度的递增次序把顶点集合U中的顶点un加入顶点集合S中：31)从顶点集合U中选取一个距离源顶点v0最小的顶点u0，把顶点u0加入顶点集合S中，并将顶点u0从顶点集合U中移出；32)以顶点u0作为中间修订点，对于顶点集合U中的其它任一顶点u1～n不包括顶点u0，若从源顶点v0经过顶点u0到顶点u1～n的距离比从源顶点v0不经过顶点u0到顶点u1～n的距离小，即源顶点v0到顶点u0的距离加上顶点u0到顶点u1～n的距离小于源顶点v0到顶点u1～n的距离，则修改顶点集合U中其它顶点u1～n的距离值，修改后顶点集合U中其它顶点u1～n的距离值为源顶点v0到顶点u0的距离加上源顶点v0与顶点u1～n边上的权；4)重复步骤31)和步骤32)，根据步骤31)在顶点集合U中再选取一个当前距离源顶点v0最小的顶点u1，将顶点u1加入至顶点集合S中，并将顶点u1从顶点集合U中移出；然后根据步骤32)中的规则重新更新顶点集合U中顶点u2～n的距离值；继续重复步骤步骤31)和步骤32)，直至将顶点集合U中的顶点全部移入至顶点集合S中，直到所有顶点都包含在顶点集合S中；B、电缆排布方向规划；5)建立三维空间坐标系，设定所有电缆沟均沿X轴、Y轴及Z轴的正、负方向；根据建立的电缆沟三维空间坐标系确定每条电缆在每段电缆沟里的空间排布方向规则；根据在三维空间坐标系中对坐标轴的观察，对每条电缆的转向进行如下定义：根据步骤A)中每条电缆的最短路径确定：X轴正方向转向Y轴正方向为右转、X轴正方向转向Y轴负方向为左转、X轴负方向转向Y轴正方向为左转、X轴负方向转向Y轴负方向为右转、水平方向转向Z轴正方向为上楼及水平方向转向Z轴负方向为下楼，其中水平方向包括X轴和Y轴正负方向；6)比较所有待敷设电缆长度，按电缆长度从长到短依次按照步骤A)中初步预排电缆的方式规划电缆在电缆沟里的走向：7)确定每条电缆的敷设方向71)当敷设某条电缆至某一顶点p1时，检测并提取顶点p1的坐标，以及即将敷设至下两个顶点p2和顶点p3的位置坐标，并将电缆信息和转向信息缓存成为电缆位置处理对象；72)根据步骤5)中确定每条电缆在每段电缆沟里的空间排布方向规则及每条电缆的转向定义，步骤71)中的顶点p1、顶点p2和顶点p3的三点坐标决定了该电缆即将敷设的方向，且根据转向信息，将该电缆排列在支架准备转向的一侧，并记录在电缆位置处理对象中；C、完成所有电缆敷设规划；8)根据步骤7)中电缆位置处理对象中记录的电缆位置信息初排电缆：先按照电缆位置处理对象中的层关系排序，从上往下排，然后按照左右关系顺序对电缆编号；然后细排电缆，将所有电缆分层排列在支架上；最后按输出要求保存所有电缆敷设规划结果。进一步地，所述电缆条数大于等于2时，重复步骤A中的步骤2)、步骤3)和步骤4)，直至求出所有电缆的最短路径。进一步地，完成所述步骤C后，在整体规划图上表示出不可避免的交叉点，且以不同的颜色进行提示，并将交叉的电缆列出。进一步地，所述步骤3)和步骤4)中，在步骤31)中将选取的源顶点v0最小距离的顶点在加入至顶点集合S的过程中，总保持从源顶点v0到顶点集合S中各顶点的最短路径长度不大于从源顶点v0到顶点集合U中其它任一顶点不包含选取的顶点的最短路径长度；在步骤32)中顶点集合U中的顶点距离，是从源顶点v0到顶点集合U中的顶点只包括顶点集合S中的顶点为中间顶点的当前最短路径长度，即顶点集合U中的任意顶点的距离是指从源顶点v0到顶点集合U中的任意顶点，只经过顶点集合S中的点的路径中，最短的路径的长度。进一步地，所述步骤5)中，根据建立的电缆沟三维空间坐标系确定每条电缆在每段电缆沟里的空间排布方向规则如下：当电缆经过某一电缆沟时，电缆沟两端的顶点a和顶点b，根据电缆的敷设情况顶点a为起始点、顶点b为终止点，即向量ab为电缆在电缆沟中敷设的空间方向；设顶点a坐标为(x1,y1,z1)，顶点b的坐标为(x2,y2,z2),由于电缆沟与坐标轴平行，(x1、x2)、(y1、y2)、(z1、z2)这三对数据中必有两对相等；即S1)当x1等于x2，且y1等于y2时：则向量ab平行与Z轴，若z1<z2，则向量ab沿着Z轴正方向，否则，向量ab就沿着Z轴负方向；S2)当x1等于x2，且z1等于z2时：则向量ab平行与Y轴，若y1<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，其特征在于：所述优化方法包括如下步骤：A、初步预排电缆，针对每条电缆线路寻求最短路径；1)对电缆沟构建数学模型：将电缆沟的转弯或交叉的节点看作是顶点，将电缆沟看作是边，根据每条电缆沟的实际长度对每条边进行加权，将得到的变电站规划的模型看作是图；其中：将图中所有顶点归集为顶点集合V，且将顶点集合V分成两组，第一组为已求出最短路径的顶点集合S，第二组为其余未确定最短路径的顶点集合U；2)选取一条电缆，初始时，将该电缆经过电缆沟的第一个顶点看作是源顶点v

【技术特征摘要】
1.一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，其特征在于：所述优化方法包括如下步骤：A、初步预排电缆，针对每条电缆线路寻求最短路径；1)对电缆沟构建数学模型：将电缆沟的转弯或交叉的节点看作是顶点，将电缆沟看作是边，根据每条电缆沟的实际长度对每条边进行加权，将得到的变电站规划的模型看作是图；其中：将图中所有顶点归集为顶点集合V，且将顶点集合V分成两组，第一组为已求出最短路径的顶点集合S，第二组为其余未确定最短路径的顶点集合U；2)选取一条电缆，初始时，将该电缆经过电缆沟的第一个顶点看作是源顶点v0，设定源顶点v0的距离为0，顶点集合S中只包含源顶点v0，即S＝{v0}，则顶点集合U包含除源顶点v0以外的其它顶点，即U＝{un}，n为大于等于0的整数；根据每条电缆沟的实际长度对每条边进行加权的具体过程为：若源顶点v0与顶点un有边，则<un,v0>代表有权值，即权值为源顶点v0与顶点un之间的距离；若顶点un不是源顶点v0的出边邻接点，则<un,v0>权值为∞，即表示不知道从源顶点v0通向顶点un的路径；3)使用Djkstra算法计算步骤1)中从源顶点v0到顶点集合U中任意一顶点之间的最短路径长度，且按最短路径长度的递增次序把顶点集合U中的顶点un加入顶点集合S中：31)从顶点集合U中选取一个距离源顶点v0最小的顶点u0，把顶点u0加入顶点集合S中，并将顶点u0从顶点集合U中移出；32)以顶点u0作为中间修订点，对于顶点集合U中的其它任一顶点u1～n不包括顶点u0，若从源顶点v0经过顶点u0到顶点u1～n的距离比从源顶点v0不经过顶点u0到顶点u1～n的距离小，即源顶点v0到顶点u0的距离加上顶点u0到顶点u1～n的距离小于源顶点v0到顶点u1～n的距离，则修改顶点集合U中其它顶点u1～n的距离值，修改后顶点集合U中其它顶点u1～n的距离值为源顶点v0到顶点u0的距离加上源顶点v0与顶点u1～n边上的权；4)重复步骤31)和步骤32)，根据步骤31)在顶点集合U中再选取一个当前距离源顶点v0最小的顶点u1，将顶点u1加入至顶点集合S中，并将顶点u1从顶点集合U中移出；然后根据步骤32)中的规则重新更新顶点集合U中顶点u2～n的距离值；继续重复步骤步骤31)和步骤32)，直至将顶点集合U中的顶点全部移入至顶点集合S中，直到所有顶点都包含在顶点集合S中；B、电缆排布方向规划；5)建立三维空间坐标系，设定所有电缆沟均沿X轴、Y轴及Z轴的正、负方向；根据建立的电缆沟三维空间坐标系确定每条电缆在每段电缆沟里的空间排布方向规则；根据在三维空间坐标系中对坐标轴的观察，对每条电缆的转向进行如下定义：根据步骤A)中每条电缆的最短路径确定：X轴正方向转向Y轴正方向为右转、X轴正方向转向Y轴负方向为左转、X轴负方向转向Y轴正方向为左转、X轴负方向转向Y轴负方向为右转、水平方向转向Z轴正方向为上楼及水平方向转向Z轴负方向为下楼，其中水平方向包括X轴和Y轴正负方向；6)比较所有待敷设电缆长度，按电缆长度从长到短依次按照步骤A)中初步预排电缆的方式规划电缆在电缆沟里的走向：7)确定每条电缆的敷设方向71)当敷设某条电缆至某一顶点p1时，检测并提取顶点p1的坐标，以及即将敷设至下两个顶点p2和顶点p3的位置坐标，并将电缆信息和转向信息缓存成为电缆位置处理对象；72)根据步骤5)中确定每条电缆在每段电缆沟里的空间排布方向规则及每条电缆的转向定义，步骤71)中的顶点p1、顶点p2和顶点p3的三点坐标决定了该电缆即将敷设的方向，且根据转向信息，将该电缆排列在支架准备转向的一侧，并记录在电缆位置处理对象中；C、完成所有电缆敷设规划；8)根据步骤7)中电缆位置处理对象中记录的电缆位置信息初排电缆：先按照电缆位置处理对象中的层关系排序，从上往下排，然后按照左右关系顺序对电缆编号；然后细排电缆，将所有电缆分层排列在支架上；最后按输出要求保存所有电缆敷设规划结果。2.根据权利要求1所述多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，其特征在于：所述电缆条数大于等于2时，重复步骤A中的步骤2)、步骤3)和步骤4)，直至求出所有电缆的最短路径。3.根据权利要求1所述多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，其特征在于：完成所述步骤C后，在整体规划图上表示出不可避免的交叉点，且以不同的颜色进行提示，并将交叉的电缆列出。4.根据权利要求1或2或3所述多条电缆的三维空间敷设路径优化方法，其特征在于：所述步骤3)和步骤4)中，在步骤31)中将选取的源顶点v0最小距...

【专利技术属性】
技术研发人员：江翼，聂德鑫，程林，陈钊，房体友，张静，周正钦，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉新电电气股份有限公司，国网湖北省电力公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42