CN111079243A

CN111079243A - 一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法

Info

Publication number: CN111079243A
Application number: CN201911315559.2A
Authority: CN
Inventors: 倪景峰; 李振; 贺晓阳
Original assignee: Liaoning Technical University
Current assignee: Liaoning Technical University
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明提供一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法，步骤如下：1、利用节点压能值对节点进行分层。利用节点的最长路径对网络图进行分层得到分层图，使得分层图中分支风流自下向上，然后利用节点压能构建压能层对节点进行二次分层；2、利用最小生成树排序对节点进行排序。对于分层图，以风量倒数为权重寻找到最小生成树，构造树形结构以保证树枝间不存在交叉，自下向上扫描分层图，尝试交换每层节点以减少树枝与余枝间的交叉；3、利用“轨道法”进行通风网络压能图绘制。对于分层图中的节点，按照拓扑关系以直角折线进行连接绘制，设计了“轨道法”，避免分支间产生重合。本发明可以将矿井通风网络图和矿井压能图相结合，具有实际应用价值。

Description

一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法

技术领域

本发明涉及矿井通风领域，尤其涉及一种基于最小生成树排序的通风网络压能图绘制方法。

背景技术

矿井通风网络图是井下通风系统的抽象表示，是矿井通风管理的重要图件之一，但在结构上仅能表示分支间的连接关系及风流方向，功能较为单一；矿井压能图能反映各井巷的阻力分布，对均压防灭火、衡量通风设计水平等问题具有参考价值。将二者结合绘制矿井通风网络压能图，对于通风管理将具有重要的现实意义。

为了弥补矿井通风网络图及压能图依靠人工绘制过程繁琐、容易出错的的问题，结合图论相关知识、算法和数据结构，以分层法为框架，发明了一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法。

发明内容

（一）本发明将同时具有矿井通风网络图与压能图的功能，采用网络图最小生成树排序减少分支交叉，利用“轨道法”绘制通风网络压能图具有如下特征：

S1.所有进风节点在矿井通风网络压能图最下方，且处于同一水平线上；

S2.所有回风节点在矿井通风网络压能图最上方，且处于同一水平线上；

S3.所有分支的风流方向保持自下向上的趋势；

S4.所有相对压能取整后相同的节点，在保证前3条的前提下，处于同一水平线上；

S5.主干分支间不存在交叉；

S6.利用左侧节点相对压能值轴，可以直观地观察节点的相对压能；

（二）技术方案

本发明所采用的技术方案是：一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法过程如下：

本发明一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法的构建方法，其步骤如下：

步骤1、利用节点压能值对节点进行分层；

步骤2、利用最小生成树排序对节点进行排序；

步骤3、利用“轨道法”进行通风网络压能图绘制；

其中，在步骤1所述的“利用节点压能值对节点进行分层”的做法如下：利用节点的最长路径对网络图进行分层得到分层图，使得分层图中分支风流自下向上，然后利用节点压能构建压能层对节点进行二次分层。

其中，在步骤2所述的“利用最小生成树排序对节点进行排序”的做法如下：对于分层图，以风量倒数为权重寻找到最小生成树，构造树形结构以保证树枝间不存在交叉，自下向上扫描分层图，尝试交换每层节点以减少树枝与余枝间的交叉。

其中，在步骤3所述的‘利用“轨道法”进行通风网络压能图绘制’的做法如下：对于分层图中的节点，按照拓扑关系以直角折线进行连接绘制，设计了“轨道法”，避免分支间产生重合。

通过上述步骤，可以完成对一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法的构建。利用计算机根据输入的矿井通风网络拓扑数据自动绘制通风网络压能图速度块、不易出错的特点，绘制出的图形美观，主干分支间无交叉，具有良好的可读性，具有较高的实际应用价值。

附图说明

图1是一个典型的矿井通风网络压能图。

图2是取H的一半为临界线，当分支的始节点v、末节点w的横坐标不同时进行判断，绘制的四种类型的示意图。

具体实施方式

本发明一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法的构建方法，其具体构建步骤如下：

步骤一：利用节点压能值对节点进行分层，其构建方法是：

利用节点的最长路径对网络图进行分层，得到分层图H_g，对于H_g，自下向上，自左向右，考察每个节点的相对压能，根据赋值规则对该节点赋予压能层值。赋值规则如下：

1）对于进风节点，其压能层值被赋予为0；

2）对于回风节点，其压能层值被赋予为无穷大；

3）对于其他节点v，其相对压能值取整后的值为|P(v)|，考察该节点在H_g中上一层的所有前驱节点的压能层值，选取最大的值P^L _max(w)，比较|P(v)|与P^L _max(w)，若|P(v)|与P^L _max(w)相等，则节点v的压能层值被赋予为|P(v)|-0.001；若|P(v)|大于P^L _max(w)，则节点v的压能层值被赋予为|P(v)|；

遍历所有节点，将节点压能层值按从小到大的顺序存储到数组Y_P中。

利用Y_P构建新的层次，将节点按照压能层值重新分层得到分层图H_g’。

步骤二：利用最小生成树排序对节点进行排序，其构建方法是：

首先以风量倒数（1/Q）为权重，寻找最小生成树，利用最小生成树构建树形结构。树形结构描述如下：

根据每个节点的连接关系创建结构体实例，所有节点的结构体实例集合即为树形结构。其中结构体定义如下：

Struct TreeNode {

PointStruct* point；

Vector<PointStruct*> children;

TreeNode* father;

}

其中point存储节点，children数组存储位于最小生成树中以point为父节点的所有子节点，father存储point位于最小生成树中的父节点。

然后利用树形结构重新调整H_g’每层的节点，使在H_g’中以任意节点为根节点的子树的树枝间不存在交叉。对于H_g’中每层节点进行排序以减少树枝与余枝间的交叉，具体步骤如下：

1)从下至上扫描H_g’每一层L_i；

2)对于L_i中的节点序列，自左向右尝试交换属于同一最小生成树中父节点的节点的相对位置，同时利用树形结构更新H_g’，考察更新后的Hg’的分支交叉数是否减少，如果没有减少，则对H_g’进行回退操作；

3)重复执行上述两个步骤，直至达到预设迭代次数或分支交叉数降低至预期精度；

步骤三：利用“轨道法”进行通风网络压能图绘制，其构建方法是：

为避免分支绘制产生重合，本发明设计如下绘制规则：

1)分层图中每个节点的X坐标值设为其在所在层节点序列中的次序与宽度放大比例S_w的乘积，Y坐标值设为其所在层的层数与高度放大比例S_h的乘积。设绘制区域的宽为W，高度为H，分层图中最宽层(节点数最多)的节点数为N_max，总层数为L，则S_w＝W/N_max， S_h＝H/L；

2)每个节点的X坐标偏移量为(N_max–N_i)/2取整(保证轨道不重合)后，与S_w的乘积。其中N_i表示分层图中每一层的节点数；

3)为每一层建立横向“轨道”，为每一列(每个节点所在的垂线)建立纵向“轨道”；

4)当绘制的巷道分支(不考虑虚拟分支)始、末节点的横坐标相同时，该分支绘制成直线；

5)当绘制的巷道分支(不考虑虚拟分支)始、末节点的横坐标不同时，按照绘制类型，从始节点出发，绘制至当前节点所处的列(或行)的一条纵向(或横向)轨道，沿该轨道绘制至末节点所处行(或列)的一条横向(或纵向)轨道，沿该轨道绘制至末节点所处列，最后绘制至末节点；

取H的一半为临界线，当分支的始节点v、末节点w的横坐标不同时进行判断，绘制的四种类型定义如下：

1)当v的横坐标小于w的横坐标，且v的纵坐标在临界线上方(含临界线)，绘制成第一类型的折线；

2)当v的横坐标小于w的横坐标，且v的纵坐标在临界线下方，绘制成第四类型的折线；

3)当v的横坐标大于w的横坐标，且v的纵坐标在临界线上方(含临界线)，绘制成第二类型的折线；

4)当v的横坐标大于w的横坐标，且v的纵坐标在临界线下方，绘制成第三类型的折线；通过上述规则即可绘制所有分支。利用Y_P存储的值绘制压能值轴，完成通风网络压能图的绘制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims

1.一种基于最小生成树排序减少分支交叉的通风网络压能图绘制方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤1、利用节点压能值对节点进行分层

步骤2、利用最小生成树排序对节点进行排序

步骤3、利用“轨道法”进行通风网络压能图绘制

通过上述步骤，能完成对一种基于最小生成树排序的通风网络压能图绘制方法的构建。

2.本发明利用计算机根据输入的矿井通风网络拓扑数据自动绘制通风网络压能图速度块、不易出错，绘制出的图形美观，主干分支间无交叉，具有良好的可读性，具有很高的实际应用价值。

3.根据权利1所述的一种基于最小生成树排序的通风网络压能图绘制方法，其特征在于：

在步骤1所述的“利用节点压能值对节点进行分层”的做法如下：利用节点压能值对节点进行分层做法如下：利用节点的最长路径对网络图进行分层得到分层图，使得分层图中分支风流自下向上，然后利用节点压能构建压能层对节点进行二次分层。

4.根据权利1所述的一种基于最小生成树排序的通风网络压能图绘制方法，其特征在于：

在步骤2中所述的“利用最小生成树排序对节点进行排序”的做法如下：对于分层图，以风量倒数为权重寻找到最小生成树，构造树形结构以保证树枝间不存在交叉，自下向上扫描分层图，尝试交换每层节点以减少树枝与余枝间的交叉。

5.根据权利1所述的一种基于最小生成树排序的通风网络压能图绘制方法，其特征在于：

在步骤3中所述的“利用‘轨道法’进行通风网络压能图绘制”的做法如下：对于分层图中的节点，按照拓扑关系以直角折线进行连接绘制，设计了“轨道法”，避免分支间产生重合。