[发明专利]一种基于图回溯法的矿井排水网络流向解算方法

说明书

本发明提供的一种基于图回溯法的矿井排水网络流向解算方法，首先将矿井排水网络转化为图拓扑结构，然后利用基于图结构的迷宫回溯法，探寻图结构中流体的所有路径，解算出排水网络各环节中水流的来源和去向。本发明的流向图结构简单，构建相对方便，本发明的流向解算方法严谨可靠，且其时间复杂度为O(n)‑O(n！)，执行效率较高，可应用于大多流体流向计算场合，如通风、供排水、油汽和车流等。

技术领域

本发明属于系统科学与信息技术领域，涉及一种基于图回溯法的矿井排水网络流向解算的方法。

背景技术

地下矿产资源开采过程中，井下采掘工作面、巷道低洼地段和储水仓等区域积聚了大量地下水，尤其在突水事件发生时，该类积水迅速积聚蔓延，严重时甚至淹没巷道，造成严重的人员生命危险和财产损失。为了将水排出地面，人们在井下部署了大量的排水设备，组成排水网络，随着积水点的增多，排水工程师往往会将更多的排水设备接入，导致排水网络越来越复杂，如，我国某大型地下煤矿排水网络中的水泵数量达五百多个，闸阀达一千多个，各类管道总长达两万多米。于是人们面临着两个急需解决的问题：(1)排水工程师在接入新的设备时，确定已有的管道水流方向十分困难；(2)远程调度人员在进行排水调度，尤其在矿井水灾应急指挥中，几乎无法根据排水网络图掌握排水系统中水流的来龙去脉。管道中水流“从哪里来，到哪里去”的确定问题成为迫切需要解决的问题。有必要研究一种方法迅速解算排水网络的水流方向，辅助人们决策。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图回溯法的矿井排水网络流向解算方法，解决了现有矿井排水时存在的管道水流流向无法准确确定等缺陷。

为了达到目的，本发明采用的技术方案具体如下：

本发明提供的一种基于图回溯法的矿井排水网络流向解算方法，首先将矿井排水网络转化为图拓扑结构，然后利用基于图结构的迷宫回溯法，探寻图结构中流体的所有路径。

优选地，所述矿井排水网络转化为图拓扑结构的具体方法为：将矿井排水网络中正在运转的水泵转化为流向图的驱动节点vd、将停止运转的水泵转化为闭节点vs、开启的闸阀转化为通节点vo、关闭的闸阀转化为闭节点vs、同时，将排水网络中的最终出口转化为出口节点ve、将管道转化为流向边ef，最终得到流体的流向图。

优选地，上述所得到流体的流向图为有向图G，所述有向图G的所有节点的集合V和所有边的集合E，应满足以下条件：

G＝(V,E)

V＝{v|v∈{vd,vo,vs,ve}}

E＝{＜v_i,v_j＞|P(v_i,v_j)∧＜v_i,v_j＞∈{ef}∧v_i,v_j∈V}

其中，P(v_i,v_j)表示存在边；{ef}表示流向边集合。

优选地，基于图结构的迷宫回溯法，探寻图结构中的所有可行路径的具体步骤如下：

第一步，设定所述流向图中所有驱动节点vd有且有唯一的相邻通节点，所有边的流源和流目标初始状态为空集，同时对该流向图中的每个节点进行编号；

第二步，找出未被流向解算过的驱动节点vd_x∈vd，其唯一的相邻节点v_a∈vo，将该节点v_a入栈；

第三步，检查栈内是否存在节点，如果没有则探寻完毕，得出该驱动节点所驱动流体的所有可行路径，该驱动节点vd_x的解算周期结束，转第二步继续执行；若存在，设栈顶节点为v_b，则进行下一步：