建筑管道多点寻径方法及相关设备技术

本发明专利技术提供了一种建筑管道多点寻径方法及相关设备，方法包括：采用栅格法分别对管道的多源点、终点和建筑环境进行三维建模；根据障碍物的布局分布，对管道的多源点采用改进的K

【技术实现步骤摘要】
建筑管道多点寻径方法及相关设备


[0001]本专利技术涉及建筑管道寻径
，尤其是指一种建筑管道多点寻径方法及相关设备。

技术介绍

[0002]目前，建筑管道的设计主要依靠设计人员在CAD等软件上进行设计和修改，不同类型的管道由不同的人员进行设计，设计完成后施工人员根据图纸进行施工，但施工过程中常常会发现不同人员设计的管道排布会出现碰撞的问题，这时需要对设计进行修改，会造成时间的浪费，影响施工进度。另一方面，设计人员常根据经验设计三通和四通位置，而手工操作的方式不仅效率低速度慢，而且成功率低，难以得到较好的管道布局，会造成材料的损耗增加，降低建筑空间的使用率。
[0003]随着技术的发展，越来越多的三维设计软件在一定程度上可以避免设计的管道位置在施工时定位不准的问题，因此在理论研究领域对管道的布局更为重视。但针对管路布局问题的研究大都集中在含有一个起点一个终点的管路布局问题上，并取得了一定的成果，如应用广泛的图搜索算法、遗传算法和蚁群算法等。以上算法在速度和路径最短上可以很好地解决基本的寻径问题，对解决多点间的问题有很大的应用价值。
[0004]现有管道多点间智能排布的研究更多集中在船舶、航天发动机、集成电子产品等领域，建筑管道布局和其他领域的管道布局技术相关，但由于建筑物的环境不一、建筑面积大、建筑空间内情况复杂等问题导致与其他领域的管道自动布局方面的约束条件、环境模型等并不相同。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种建筑管道多点寻径方法及相关设备。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种建筑管道多点寻径方法，包括步骤,
[0007]S10、采用栅格法分别对管道的多源点、终点和建筑环境进行三维建模；
[0008]S20、根据障碍物的布局分布，对管道的多源点采用改进的K
‑
means算法进行划分；
[0009]S30、将划分后的多源点通过改进的A*算法进行寻径，汇合到管道终点。
[0010]进一步的，步骤S10具体包括，
[0011]S11、根据管道的直径和管道之间的最小空间，将管道布局空间转换为网格空间，网格空间中的每个网格单元由对应的三维坐标表示；
[0012]S12、将建筑环境分为两类，分别为不可穿过的障碍物和可穿过的障碍物；
[0013]S13、通过将建筑物的障碍物的顶点和高度构成的坐标来描述障碍物的具体位置信息。
[0014]进一步的，步骤S11中，网格空间的大小计算公式为：B＝D+2d；
[0015]其中，B为栅格单元的大小，D为管道外直径，d为管道到障碍物的最小距离。
[0016]进一步的，步骤S20具体包括，
[0017]S21、初始化n个管道源点P＝{P1,P2,...,P
n
,n≥1}，聚类中心个数k，k≥1，设置不允许穿墙代价s；
[0018]S22、随机生成k个初始的聚类中心点C＝{C1,C2,...,C
k
}，令i＝0；
[0019]S23、计算每个源点到各个聚类中心点的距离成本集合D＝{D1,D2,...,D
n
}，其中，D
n
＝{D
n1
,D
n2
,...,D
nk
}是第n个源点到各个聚类中心点的距离成本，D
n1
是第n个源点P
n
到第一个聚类中心点C1的距离成本；
[0020]S24、距离成本D
n
中的最小值用D
nmin
表示，如果D
nmin
≥s，即P
n
和C
k
之间寻径失败，则转到步骤S25，否则转到步骤S26；
[0021]S25、将D
nmin
存到空数组F中，若i≤k，令聚类中心点C
i
＝P
n
，i＝i+1，再转到步骤S23，否则，令k＝k+1，C
i
＝P
n
，i＝i+1，再转到步骤S23；
[0022]S26、根据簇中分配到的源点重新计算聚类中心点C，并将每个源点P重新分配到离其最近的簇中心C；
[0023]S27、如果簇分类发生改变，则转到步骤S23，否则输出中心点C、中心点C对应的簇和k值。
[0024]进一步的，步骤S30具体包括，
[0025]S31、对A*算法估价函数的启发函数进行选取，以使搜索路径可以沿着符合管道设计的方向进行；每个节点的估价函数f(n)计算公式为：
[0026]f(n)＝g(n)+h(n)
[0027]其中，f(n)是节点n的综合优先级，当选择下一个要遍历的节点时，选取综合优先级最高的节点；g(n)是节点n距离起点的代价；h(n)是节点n距离终点的预计代价，即A*算法的启发函数；
[0028]S32、步骤S31中，g(n)的计算公式为：
[0029]g(n)＝C
cost
(n)+A
cost
(n)
[0030]其中，C
cost
(n)、A
cost
(n)分别为当前成本、执行成本；当前成本包括当前节点到起点的路径成本，执行成本包括当前节点到终点的路径成本，每次在搜索中探索新节点时，都需要在当前成本上添加当前节点到下一节点动作的执行成本；
[0031]根据管道排布时贴顶铺设的基本规则，即管道优先靠z轴上方排布，在计算下一个执行成本时加入高度成本，高度成本的计算公式为：
[0032]Z
cost
(n)＝10/(z+1)
[0033]其中，z是下一个节点的z坐标，每次在搜索中探索新节点时，都需要将下一个节点的高度成本添加到执行成本中；
[0034]S33、通过改进的A*算法，从起点向终点集进行扩散，当扩散到终点集中某一点时，寻径结束，再更换起点和终点集，最终实现多点寻径。
[0035]进一步的，步骤S31中，根据管道的生产及安装约束，启发函数采用曼哈顿距离，曼哈顿距离的定义如下：
[0036]h(n)＝|x
n
‑
x
g
|+|y
n
‑
y
g
|+|z
n
‑
z
g
|
[0037]其中，(x
n
,y
n
,z
n
)为当前节点的坐标，(x
g
,y
g
,z
g
)为目标节点的坐标。
[0038]进一步的，步骤S33具体包括，
[0039]S331、给一个起点s，一个终点集e，给不可穿过的障碍物一个成本记为s1，给不可穿过的障碍物的成本记为s2，且s1≥s2；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑管道多点寻径方法，其特征在于：包括步骤,S10、采用栅格法分别对管道的多源点、终点和建筑环境进行三维建模；S20、根据障碍物的布局分布，对管道的多源点采用改进的K
‑
means算法进行划分；S30、将划分后的多源点通过改进的A*算法进行寻径，汇合到管道终点。2.如权利要求1所述的建筑管道多点寻径方法，其特征在于：步骤S10具体包括，S11、根据管道的直径和管道之间的最小空间，将管道布局空间转换为网格空间，网格空间中的每个网格单元由对应的三维坐标表示；S12、将建筑环境分为两类，分别为不可穿过的障碍物和可穿过的障碍物；S13、通过将建筑物的障碍物的顶点和高度构成的坐标来描述障碍物的具体位置信息。3.如权利要求2所述的建筑管道多点寻径方法，其特征在于：步骤S11中，网格空间的大小计算公式为：B＝D+2d；其中，B为栅格单元的大小，D为管道外直径，d为管道到障碍物的最小距离。4.如权利要求1所述的建筑管道多点寻径方法，其特征在于：步骤S20具体包括，S21、初始化n个管道的源点P＝{P1,P2,...,P
n
,n≥1}，聚类中心个数k，k≥1，设置不允许穿墙代价s；S22、随机生成k个初始的聚类中心点C＝{C1,C2,...,C
k
}，令i＝0；S23、计算每个源点到各个聚类中心点的距离成本集合D＝{D1,D2,...,D
n
}，其中，D
n
＝{D
n1
,D
n2
,...,D
nk
}是第n个源点到各个聚类中心点的距离成本，D
n1
是第n个源点P
n
到第一个聚类中心点C1的距离成本；S24、距离成本D
n
中的最小值用D
nmin
表示，如果D
nmin
≥s，即P
n
和C
k
之间寻径失败，则转到步骤S25，否则转到步骤S26；S25、将D
nmin
存到空数组F中，若i≤k，令聚类中心点C
i
＝P
n
，i＝i+1，再转到步骤S23，否则，令k＝k+1，C
i
＝P
n
，i＝i+1，再转到步骤S23；S26、根据簇中分配到的源点重新计算聚类中心点C，并将每个源点P重新分配到离其最近的簇中心C；S27、如果簇分类发生改变，则转到步骤S23，否则输出中心点C、中心点C对应的簇和k值。5.如权利要求1所述的建筑管道多点寻径方法，其特征在于：步骤S30具体包括，S31、对A*算法估价函数的启发函数进行选取，以使搜索路径可以沿着符合管道设计的方向进行；每个节点的估价函数f(n)计算公式为：f(n)＝g(n)+h(n)其中，f(n)是节点n的综合优先级，当选择下一个要遍历的节点时，选取综合优先级最高的节点；g(n)是节点n距离起点的代价；h(n)是节点n距离终点的预计代价，即A*算法的启发函数；S32、步骤S31中，g(n)的计算公式为：g(n＝C
cost
(n)+A
cost
(n)其中，C
cost
(n)、A
cost
(n)分别为当前成本、执行成本；当前成本包括当前节点到起点的路径成本，执行成本包括当前节点到终点的路径成本，每次在搜索中探索新节点时，都需要在当前成本上添...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙维泽，汪清萍，关宪章，黄磊，吴沛林，徐永彬，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：