CN102156776B - 一种利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机辅助电缆敷设路径设计技术，具体涉及一种利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法。该方法将实际的电缆桥架系统映射为计算机系统中的数据元素，使实际的电缆桥架系统在计算机中表现为一个通过连接关系将有空间位置的主桥架和没有空间位置的次桥架、孔洞连接起来，建立起的一个连通的电缆桥架网络；按桥架子段计算填充率，并增加桥架荷载计算和孔洞填充率计算。通过本发明所提供的方法可以提高计算机辅助电缆敷设设计工作的效率和设计质量。

Description

一种利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助电缆敷设路径设计技术，具体涉及一种利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法。

背景技术

电缆敷设线路设计是一项复杂而又繁琐的工作，特别是对于核电站等大型工程建设项目，系统复杂、安全级别要求高、电缆敷设量大，单靠人工是很难完成的。随着计算机辅助设计在各个领域的广泛应用，给电缆敷设路径设计工作提供了一种新的思路，就是利用计算机来完成电缆敷设路径设计工作。

目前，利用计算机辅助电缆敷设路径设计的方式有以下三种：

1、利用电子表格等常用办公软件记录，主要靠人工计算。此类方式人员素质要求高、人力成本耗费巨大、易出错，仅适用于简单的系统。

2、以三维系统为主体，在三维桥架模型中完成桥架布置和电缆敷设。此类方式，建模工作量大、偏离了电缆敷设工作的实质，而且实际桥架系统的复杂性很难在三维系统中实现，无法满足大型项目电缆敷设工作的需要。

3、以数据库为核心,建立逻辑节点网络。数据库海量的存储、强大的事务处理能力从根本上解决了电缆处理上限的问题，从而能够满足任何大型工程的需要。然而，目前已知采用该方式的实现不多，且存在以下若干问题。

a.网络结构不清晰。多层桥架描述重叠，电缆敷设常出现行内称之为“跳层”的问题，并降低了自动化路径搜索效率。

b.网络模型缺失或信息不全。设计阶段有很多桥架位置不确定，这在现有实现中不能得到很好的处理；孔洞没有类型、容积等信息，以及桥架没有载重指标描述，这些参数在一定程度上影响着电缆敷设的质量。

c.填充率计算缺失或不精确。现有实现或计算桥架网络上特定点的填充率，或按桥架整段计算填充率，均不能精确地反映出桥架局部填充情况，按点计算填充率还常出现重复计算的错误；现有实现还缺失载重计算、孔洞填充率计算、设计阶段位置不确定桥架的填充率计算等，这些严重地影响着电缆敷设的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，解决现有实现桥架网络存在的上述各方面问题，提高计算机辅助电缆敷设设计工作的效率和设计质量。

本发明的技术方案如下：一种利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，该方法将实际的电缆桥架系统映射为计算机系统中的数据元素，使实际的电缆桥架系统在计算机中表现为一个通过连接关系将有空间位置的主桥架和没有空间位置的次桥架、孔洞连接起来，建立起的一个连通的电缆桥架网络；其中，所述的数据元素包括：

主桥架，指桥架系统中位置已经确定的主干桥架；

轴线，指位于同一机组、厂房、楼层，且沿同一路径布置的一层主桥架；

节点，指主桥架上的一些关键点，通过描述这些关键点的空间位置来确定主桥架的空间位置和空间形状变化；

桥架段，指通过部分节点将轴线分割为若干单独标识的部分；

桥架子段，指通过部分节点又将进行单独标识的桥架段分割成的若干部分；

次桥架，指设计阶段空间位置不确定的桥架，包括桥架系统中除主桥架以外的其它桥架、埋管；

孔洞，指电缆敷设穿墙时经过的有标识的孔洞；

主主连接，用于描述两个轴线的连通关系；

主次连接，用于描述主桥架和次桥架的连通关系；

次次连接，用于描述两个次桥架的连通关系；

所述的数据元素在计算机中采用关系型数据库的表对象进行存储，包括轴线表、节点表、桥架段表、桥架子段表、次桥架表、孔洞表、主主连接表、主主连接经过孔洞表、主次连接表、主次连接经过孔洞表、次次连接表、次次连接经过孔洞表，通过这些表信息的描述构建一个逻辑的节点网络，采用网络搜索算法来搜寻电缆敷设路径，其中，

轴线表的字段信息包括轴线编号、系列、色标、桥架分类；

节点表的字段信息包括所属轴线、空间坐标（x,y,z）；

桥架段表的字段信息包括所属轴线、段号、起始节点、终止节点、桥架规格；

桥架子段表的字段信息包括所属桥架段、起始节点、终止节点、容积填充率、荷载填充率；

次桥架表的字段信息包括所属房间、次桥架编号、桥架规格、桥架分类、系列、色标、长度、容积填充率、荷载填充率；

孔洞表的字段信息包括连接房间、孔洞类型、截面积、容积填充率；

主主连接表的字段信息包括节点1、节点2、经过孔洞；

主主连接经过孔洞表的字段信息包括主主连接ID、孔洞ID；

主次连接表的字段信息包括节点、次桥架、经过孔洞；

主次连接经过孔洞表的字段信息包括主次连接ID、孔洞ID；

次次连接表的字段信息包括次桥架1、次桥架2、经过孔洞；

次次连接经过孔洞表的字段信息包括次次连接ID、孔洞ID；

主桥架信息以轴线、节点、桥架段、桥架子段形式存储在轴线表、节点表、桥架段表、桥架子段表中；

节点表中“所属轴线”字段为轴线表外键；桥架段表中“所属轴线”字段为轴线表外键，“起始节点”和“终止节点”为节点表外键；桥架子段表中“所属桥架段”字段为桥架段表外键，“起始节点”和“终止节点”为节点表外键；主主连接表中“节点1”和“节点2”为节点表外键；主主连接经过孔洞表中“主主连接ID”为主主连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键；主次连接表中“节点”为节点表外键，“次桥架”为次桥架表外键；主次连接经过孔洞表中“主次连接ID”为主次连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键；次次连接表中“次桥架1”和“次桥架2”为次桥架表外键；次次连接经过孔洞表中“次次连接ID”为次次连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键。

进一步，如上所述的利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，其中，主桥架填充率存储在桥架子段表中，每个桥架子段的容积填充率等于经过该桥架子段的电缆截面积之和占该桥架子段截面积的百分比；每个桥架子段荷载填充率等于经过该桥架子段的电缆单位长度重量之和占该桥架子段单位长度荷载上限的百分比；

次桥架填充率存储在次桥架表中，每个次桥架容积填充率等于经过该次桥架的电缆截面积之和占该次桥架截面积的百分比；每个次桥架荷载填充率等于经过该次桥架的电缆单位长度重量之和占该次桥架单位长度荷载上限的百分比；

孔洞填充率存储在孔洞表中，每个孔洞容积填充率等于经过该孔洞的电缆截面积之和占该孔洞截面积的百分比。

另外，当电缆敷设方式为单层敷设方式时，上述电缆截面积之和取电缆直径与桥架侧梆高度乘积所得面积；当电缆为成组敷设时，上述电缆截面积之和取电缆截面积与卡箍因数乘积；当电缆为多层敷设方式时，所述电缆截面积之和取所有电缆的截面积的和。

本发明的有益效果如下：

（1）通过将实际的电缆桥架系统映射为计算机系统中的各个数据元素，并且分层、分类描述桥架，使桥架网络结构清晰并符合实际桥架系统的复杂性，从根本上解决了“跳层”问题；

（2）通过主、次桥架区分描述，使次桥架这类在设计阶段位置不确定的桥架可以按照规则参与路径搜索，降低了电缆敷设的复杂性和人工判断的失误率，提高了工作效率和成果质量；

（3）通过将主桥架填充率计算对象由节点或桥架段改为桥架子段，既解决了计算点时重复计算的问题，又更加精确地反映出桥架段各个局部的填充情况；

（4）通过增加次桥架和孔洞容积填充率计算，解决了以往常出现的次桥架超载、孔洞超容问题；

（5）通过主、次桥架荷载计算，保证了通过电缆重量不超过桥架的载重上限。

附图说明

图1为本发明中桥架逻辑节点网络示意图；

图例说明

图2为本发明数据库逻辑结构设计参考图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

本发明所提供的利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法将实际的电缆桥架系统映射为计算机系统中的数据元素，使实际的电缆桥架系统在计算机中表现为一个通过连接关系将有空间位置的主桥架和没有空间位置的次桥架、孔洞连接起来，建立起的一个连通的电缆桥架网络；其中，所述的数据元素包括：

主桥架，指桥架系统中位置已经确定的主干桥架；

轴线，指位于同一机组、厂房、楼层，且沿同一路径布置的一层主桥架；

节点，指主桥架上的一些关键点，通过描述这些关键点的空间位置来确定主桥架的空间位置和空间形状变化；

桥架段，指通过部分节点将轴线分割为若干单独标识的部分；

桥架子段，指通过部分节点又将进行单独标识的桥架段分割成的若干部分；

次桥架，指设计阶段空间位置不确定的桥架，包括桥架系统中除主桥架以外的其它桥架、埋管；

孔洞，指电缆敷设穿墙时经过的有标识的孔洞；

主主连接，用于描述两个轴线的连通关系；

主次连接，用于描述主桥架和次桥架的连通关系；

次次连接，用于描述两个次桥架的连通关系。

图1为本发明中桥架逻辑节点网络示意图，可以根据其中各个概念模型设计出数据库基本结构关系如图2所示。可以具体采用MS SQL Server 2008数据库，桥架网络部分逻辑结构包括轴线表、节点表、桥架段表、桥架子段表、次桥架表、孔洞表、主主连接表、主主连接经过孔洞表、主次连接表、主次连接经过孔洞表、次次连接表、次次连接经过孔洞表等表对象。

轴线表的字段信息包括轴线编号、系列、色标、桥架分类。

节点表的字段信息包括所属轴线、空间坐标（x,y,z）。

桥架段表的字段信息包括所属轴线、段号、起始节点、终止节点、桥架规格。

桥架子段表的字段信息包括所属桥架段、起始节点、终止节点、容积填充率、荷载填充率。

次桥架表的字段信息包括所属房间、次桥架编号、桥架规格、桥架分类、系列、色标、长度、容积填充率、荷载填充率。

孔洞表的字段信息包括连接房间、孔洞类型、截面积、容积填充率。

主主连接表的字段信息包括节点1、节点2、经过孔洞。

主主连接经过孔洞表的字段信息包括主主连接ID、孔洞ID。

主次连接表的字段信息包括节点、次桥架、经过孔洞。

主次连接经过孔洞表的字段信息包括主次连接ID、孔洞ID。

次次连接表的字段信息包括次桥架1、次桥架2、经过孔洞。

次次连接经过孔洞表的字段信息包括次次连接ID、孔洞ID。

主桥架信息以轴线、节点、桥架段、桥架子段形式存储在轴线表、节点表、桥架段表、桥架子段表中。

其中，节点表中“所属轴线”字段为轴线表外键；桥架段表中“所属轴线”字段为轴线表外键，“起始节点”和“终止节点”为节点表外键；桥架子段表中“所属桥架段”字段为桥架段表外键，“起始节点”和“终止节点”为节点表外键；主主连接表中“节点1”和“节点2”为节点表外键；主主连接经过孔洞表中“主主连接ID”为主主连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键；主次连接表中“节点”为节点表外键，“次桥架”为次桥架表外键；主次连接经过孔洞表中“主次连接ID”为主次连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键；次次连接表中“次桥架1”和“次桥架2”为次桥架表外键；次次连接经过孔洞表中“次次连接ID”为次次连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键。

主桥架填充率存储在桥架子段表中，每个桥架子段的容积填充率等于经过该桥架子段的电缆截面积之和占该桥架子段截面积的百分比；每个桥架子段荷载填充率等于经过该桥架子段的电缆单位长度重量之和占该桥架子段单位长度荷载上限的百分比。

次桥架填充率存储在次桥架表中，每个次桥架容积填充率等于经过该次桥架的电缆截面积之和占该次桥架截面积的百分比；每个次桥架荷载填充率等于经过该次桥架的电缆单位长度重量之和占该次桥架单位长度荷载上限的百分比。

孔洞填充率存储在孔洞表中，每个孔洞容积填充率等于经过该孔洞的电缆截面积之和占该孔洞截面积的百分比。

另外，当电缆敷设方式为单层敷设方式时，上述电缆截面积之和取电缆直径与桥架侧梆高度乘积所得面积；当电缆为成组敷设时，上述电缆截面积之和取电缆截面积与卡箍因数乘积；当电缆为多层敷设方式时，所述电缆截面积之和取所有电缆的截面积的和。

完成数据库结构设计和创建后，技术人员可以任选一种windows应用程序开发工具来实现各个表的用户输入输出界面，本实施例使用Microsoft VisualStudio 2008进行应用程序开发。

主桥架是桥架系统中最主要的部分，空间位置明确，信息丰富，将根据标识及信息内容分别保存到轴线表、节点表、桥架段表、桥架子段表中。其中，为方便用户使用，节点用户输入输出界面中采用了网格坐标系坐标，经过计算机自动转换保存到节点表中，桥架子段表数据是通过用户完成节点表和桥架段表数据输入后自动生成的。次桥架没有空间位置信息，保存到次桥架表即可。用户可以输入和查看次桥架编号、系列、色标、桥架规格、长度等信息。用户输入孔洞信息时，需要输入或选择连接的两个房间、以及孔洞编号、类型、截面积等信息。针对主主连接表及经过孔洞表，用户根据设计图纸选择要建立连接的两个轴线及位置节点，如果需要穿过孔洞，则在洞列表中添加洞编号。针对主次连接表及经过孔洞表，用户根据设计图纸选择要建立连接的轴线位置节点和次桥架，如果需要穿过孔洞，在洞列表中添加洞编号。针对次次连接表及经过孔洞表，用户根据设计图纸选择要建立连接的两个次桥架，如果需要穿过孔洞，在洞列表中添加洞编号。

通过上述这些表信息的描述，在计算机中构建了一个逻辑的节点网络，然后采用成熟的网络搜索算法来搜寻电缆敷设路径。

例如采用A*(A-Star)算法进行电缆敷设路径搜索。

A*（A-Star）算法是一种求解最短路最有效的方法。其公式表示为：f(n)=g(n)+h(n),其中f(n)是桥架节点n从初始节点到目标节点的估价函数，g(n)是在状态空间中从初始节点到n节点的实际代价，h(n)是从n节点到目标节点最佳路径的估计代价。保证找到最短路径（最优解的）条件，关键在于估价函数h(n)的选取。估价值h(n)<=n到目标节点的距离实际值，这种情况下，搜索的点数多，搜索范围大，效率低。但能得到最优解。如果估价值>实际值,搜索的点数少，搜索范围小，效率高，但不能保证得到最优解。估价值与实际值越接近，估价函数取得就越好。

对于桥架网格来说，取两桥架节点间欧几理德距离（直线距离）做为估价值，即f=g(n)+sqrt((dx-nx)*(dx-nx)+(dy-ny)*(dy-ny)+(dz-nz)*(dz-nz))。这样估价函数f在g值一定的情况下，会或多或少的受估价值h的制约，节点距目标点近，h值小，f值相对就小，能保证最短路的搜索向终点的方向进行。其主要搜索过程如下：

创建两个临时表，OPEN表保存所有已生成而未考察的桥架节点，CLOSED表中记录已访问过的桥架节点;

取OPEN表中估价值最小的节点为当前桥架节点n，取节点n能够连通的各个节点集合X，将n节点放入CLOSED中。如果n是目标节点，搜索过程结束；否则，取n节点连通的节点X，算X的估价值;

对于n和X中的每一个桥架节点x，判断n和x构成网络类型是桥架子段还桥架连接;

若是子段，判断其是否符合敷设规则，移除所有不符合敷设规则的节点后，连通的节点集为X’;

对于每一个X’中的x，如果在Open表中已经存在，更新Open表中x的估价值（取小者）；如果在Close表中而且当前x的估价值小于Close表中的估价值，则将Close表中的x移除，并当前节点x插入Open表中；如果既不在Open表中，也不在Close表中，将当前节点x插入Open表中;

按上述方式搜索，直到找到目标节点或者Open表中为空;

如果Open表中为空，仍然没有找到目标节点，则敷设失败。否则利用已经搜索到的路径，生成电缆的路径并更新桥架及孔洞填充率。

以上所述仅为本发明的一个简单实现，技术人员可根据需要进行各项信息的扩展，CNPE和CS&S联合研制的CDMS亦为本发明的一个具体实现，这个节点网络结构给CDMS软件的电缆敷设设计工作带来了极大的方便性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，其特征在于：该方法将实际的电缆桥架系统映射为计算机系统中的数据元素，使实际的电缆桥架系统在计算机中表现为一个通过连接关系将有空间位置的主桥架和没有空间位置的次桥架、孔洞连接起来，建立起的一个连通的电缆桥架网络；其中，所述的数据元素包括：

主桥架，指桥架系统中位置已经确定的主干桥架；

轴线，指位于同一机组、厂房、楼层，且沿同一路径布置的一层主桥架；

节点，指主桥架上的关键点，通过描述所述关键点的空间位置来确定主桥架的空间位置和空间形状变化；

桥架段，指通过部分节点将轴线分割为若干单独标识的部分；

桥架子段，指通过部分节点又将进行单独标识的桥架段分割成的若干部分；

次桥架，指设计阶段空间位置不确定的桥架，包括桥架系统中除主桥架以外的其它桥架、埋管；

孔洞，指电缆敷设穿墙时经过的有标识的孔洞；

主主连接，用于描述两个轴线的连通关系；

主次连接，用于描述主桥架和次桥架的连通关系；

次次连接，用于描述两个次桥架的连通关系；

所述的数据元素在计算机中采用关系型数据库的表对象进行存储，包括轴线表、节点表、桥架段表、桥架子段表、次桥架表、孔洞表、主主连接表、主主连接经过孔洞表、主次连接表、主次连接经过孔洞表、次次连接表、次次连接经过孔洞表，通过这些表信息的描述构建一个逻辑的节点网络，采用网络搜索算法来搜寻电缆敷设路径，其中，

轴线表的字段信息包括轴线编号、系列、色标、桥架分类；

节点表的字段信息包括所属轴线、空间坐标（x,y,z）；

桥架段表的字段信息包括所属轴线、段号、起始节点、终止节点、桥架规格；

桥架子段表的字段信息包括所属桥架段、起始节点、终止节点、容积填充率、荷载填充率；

次桥架表的字段信息包括所属房间、次桥架编号、桥架规格、桥架分类、系列、色标、长度、容积填充率、荷载填充率；

孔洞表的字段信息包括连接房间、孔洞类型、截面积、容积填充率；

主主连接表的字段信息包括节点1、节点2、经过孔洞；

主主连接经过孔洞表的字段信息包括主主连接ID、孔洞ID；

主次连接表的字段信息包括节点、次桥架、经过孔洞；

主次连接经过孔洞表的字段信息包括主次连接ID、孔洞ID；

次次连接表的字段信息包括次桥架1、次桥架2、经过孔洞；

次次连接经过孔洞表的字段信息包括次次连接ID、孔洞ID；

主桥架信息以轴线、节点、桥架段、桥架子段形式存储在轴线表、节点表、桥架段表、桥架子段表中；

节点表中“所属轴线”字段为轴线表外键；桥架段表中“所属轴线”字段为轴线表外键，“起始节点”和“终止节点”为节点表外键；桥架子段表中“所属桥架段”字段为桥架段表外键，“起始节点”和“终止节点”为节点表外键；主主连接表中“节点1”和“节点2”为节点表外键；主主连接经过孔洞表中“主主连接ID”为主主连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键；主次连接表中“节点”为节点表外键，“次桥架”为次桥架表外键；主次连接经过孔洞表中“主次连接ID”为主次连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键；次次连接表中“次桥架1”和“次桥架2”为次桥架表外键；次次连接经过孔洞表中“次次连接ID”为次次连接表外键，“孔洞ID”为孔洞表外键。

2.如权利要求1所述的利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，其特征在于：主桥架填充率存储在桥架子段表中，每个桥架子段的容积填充率等于经过该桥架子段的电缆截面积之和占该桥架子段截面积的百分比；每个桥架子段荷载填充率等于经过该桥架子段的电缆单位长度重量之和占该桥架子段单位长度荷载上限的百分比。

3.如权利要求1所述的利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，其特征在于：次桥架填充率存储在次桥架表中，每个次桥架容积填充率等于经过该次桥架的电缆截面积之和占该次桥架截面积的百分比；每个次桥架荷载填充率等于经过该次桥架的电缆单位长度重量之和占该次桥架单位长度荷载上限的百分比。

4.如权利要求1所述的利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，其特征在于：孔洞填充率存储在孔洞表中，每个孔洞容积填充率等于经过该孔洞的电缆截面积之和占该孔洞截面积的百分比。

5.如权利要求2或3或4所述的利用关系型数据库构建电缆桥架网络的方法，其特征在于：当电缆敷设方式为单层敷设方式时，所述电缆截面积之和取电缆直径与桥架侧梆高度乘积所得面积；当电缆为成组敷设时，所述电缆截面积之和取电缆截面积与卡箍因数乘积；当电缆为多层敷设方式时，所述电缆截面积之和取所有电缆的截面积的和。

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