[发明专利]一种基于变分辨率成本表面的分阶段输电线路路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于变分辨率成本表面的分阶段输电线路路径规划方法。该方法设计并实现了变分辨率成本表面模型，将选线过程分为通道规划、路径规划两个阶段。包括步骤：首先收集选线范围内的数据，生成变分辨率成本表面模型；其次在该表面模型上进行通道计算，规划出通道后，以通道覆盖的区域为选线范围，以缩小路径的选线范围，降低详细数据的收集难度；然后重新生成更高分辨率的变分辨率成本表面模型并在其上进行路径规划，得到备选路径。该方法不仅避免了单分辨率成本表面导致的边缘效应、选线结果精度低等问题，而且采用由粗到细逐步精化的选线方式，有利于收集到更详实的数据，提高路径规划结果的合理性与可靠性。

技术领域

本发明涉及一种基于变分辨率成本表面的分阶段输电线路路径规划方法，属于输电线路设计技术领域。

背景技术

设计高压架空输电线路的首要工作是进行路径规划。目前的路径规划方法正在由计算机辅助选线阶段发展为计算机自动选线阶段。在计算机辅助选线阶段电力选线的基本过程是以遥感影像数据、数字高程模型和地物分类数据等地理空间数据为基础，将影像数据与数字高程模型相叠加，利用计算机的可视化技术或立体测图技术以三维的形式重现选线的野外场景，在三维可视化场景中根据给定的路径起点和终点，在考虑相关约束条件和影响因素的情况下，通过人机交互的方式来确定输电线路的路径位置。该方法利用先进的多源数据获取手段，很大程度上减少了野外勘察的工作量，将电力选线的场景由野外变为室内，提升了选线的效率。但这种方法存在着一定的缺陷：①选线结果的优劣依赖于选线人员的经验和判读能力，选线结果具有较大的主观性，不同选线人员选出的结果往往不同，甚至有较大差异；②线路会受到诸如地形、地物、地质、环境、地方规划等多方面因素的影响，选线人员难以对它们进行综合考虑，往往只能得到次优路径；③由于选线范围较大，选线过程繁琐，选线人员仍担负着较多的工作量。

为了解决这些问题，研究人员提出了计算机自动选线的方法，即基于成本表面模型的输电线路路径规划方法。成本表面模型是对连续空间的一种离散化表示，它由彼此相互邻接但不重叠的单元格组成，每个单元格存储着路径经过它所需花费的成本值。该方法在解决电力选线问题时，首先将连续空间栅格化为相互邻接的单元格，构建选线区域内的成本表面模型，设计单元格的邻域模式和单元格到邻域单元格的成本值计算方法，然后根据设计的邻域模式，把成本表面中单元格上的中心点或边界上的点看作是节点，将每个节点与其邻域中的节点看作是有边相连，以单元格间的移动成本作为边的权重，从而将整个成本表面看成为一个网络加权图，最后利用最短路径算法在其上进行路径分析。

最短路径算法有很多种。其中标号算法中的Dijkstra和启发式搜索算法中的A*算法是两种常用的路径搜索算法。

Dijkstra算法是一种单源最短路径算法，用以计算一个顶点到其余各顶点的最短路径。它的主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。给定一个有向加权图G＝(V，E)，其中每条边的权是一个非负实数。给定V中的一个顶点，称为源。计算从源到所有其他各顶点的最短路径长度(指路径上各边权之和)的过程为：

(1)令D(v)为源结点(记为结点1)到某个结点v的距离，它就是从结点1沿某一路径到结点v的所有链路的长度之和。再令L(i,j)为结点i至结点j之间的距离。

(2)初始化。将图中的所有结点分成两个结点集合M和N。M存储除源结点外的所有结点，N存储源结点，令N＝{1}。对所有不在N中的结点v，代价值按如下计算：

记录所有不在N中的结点的父节点为1。

(3)寻找一个M中的D(w)值为最小的结点w。把w从M中移除，然后加入到N中。然后对所有不在N中(即M中的)的结点v，用[D(v),D(w)+L(w,v)]中的较小的值去更新原有的D(v)值，即：

D(v)←Min[D(v),D(w)+L(w,v)]

若v的D(v)值可以被更新，则改变其父结点为w。