[发明专利]一种多条电缆的三维空间敷设路径优化方法

权利要求书

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＝{u_n}，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u_n有边，则u_n,v₀代表有权值，即权值为源顶点v₀与顶点u_n之间的距离；若顶点u_n不是源顶点v₀的出边邻接点，则u_n,v₀权值为∞，即表示不知道从源顶点v₀通向顶点u_n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u_n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u_1～n不包括顶点u₀，若从源顶点v₀经过顶点u₀到顶点u_1～n的距离比从源顶点v₀不经过顶点u₀到顶点u_1～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u_1～n的距离小于源顶点v₀到顶点u_1～n的距离，则修改顶点集合U中其它顶点u_1～n的距离值，修改后顶点集合U中其它顶点u_1～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u_1～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u_2～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；

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；

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z1z2，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y1y2，则向量ab沿着Y轴正方向，否则，向量ab就沿着Y轴负方向；

S3)当y1等于y2，且z1等于z2时：则向量ab平行与X轴，若x1x2，则向量ab沿着X轴正方向，否则，向量ab就沿着X轴负方向；

当电缆继续敷设到下一段电缆沟时，电缆沟的两个顶点为顶点b和顶点c，根据电缆的敷设情况顶点b为起始点、顶点c为终止点，即向量bc为电缆在电缆沟中敷设的空间方向；设顶点b坐标为(x2,y2,z2)，顶点c的坐标为(x3,y3,z3),由于电缆沟与坐标轴平行，(x2、x3)、(y2、y3)、(z2、z3)这三对数据中必有两对相等；即

S1)当x2等于x3，且y2等于y3时：则向量bc平行与Z轴，若z2z3，则向量bc沿着Z轴正方向，否则，向量bc就沿着Z轴负方向；

S2)当x2等于x3，且z2等于z3时：则向量bc平行与Y轴，若y2y3，则向量bc沿着Y轴正方向，否则，向量bc就沿着Y轴负方向；

S3)当y2等于y3，且z2等于z3时：则向量bc平行与X轴，若x2x3，则向量bc沿着X轴正方向，否则，向量bc就沿着X轴负方向；

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；

对于二维平面，若由顶点p1、顶点p2和顶点p3的三点坐标判断出该电缆即将敷设的方向为Y轴正方向，则将该电缆排列在支架的右侧；若由顶点p1、顶点p2和顶点p3的三点坐标判断出该电缆即将敷设的方向为X轴负方向，则将该电缆排列在支架的中间；若由顶点p1、顶点p2和顶点p3的三点坐标判断出该电缆即将敷设的方向为Y轴负方向，则将该电缆排列在支架的左侧；

对于三维平面，若由顶点p1、顶点p2和顶点p3的三点坐标判断出该电缆有即将向上楼层转弯的方向后：原来在一楼放置在最上层支架的电缆，敷设到二楼后，为避免交叉，放置在最下层的支架上；原来在一楼放置在最下层支架的电缆，敷设到二楼后，为避免交叉，放置在最上层的支架上；原来在一楼放置在中间支架的电缆，敷设到二楼后，为避免交叉，放置在中间的支架上；同理，若由顶点p1、顶点p2和顶点p3的三点坐标判断出该电缆有即将向下楼层转弯的方向后：原来在二楼放置在最上层支架的电缆，敷设到一楼后，为避免交叉，放置在最下层的支架上；原来在二楼放置在最下层支架的电缆，敷设到一楼后，为避免交叉，放置在最上层的支架上；原来在二楼放置在中间支架的电缆，敷设到一楼后，为避免交叉，放置在中间的支架上；

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。