CN113255090B - 一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，属于输油管网技术领域。其包括的步骤如下：获取原油管网的结构和组成信息；基于图论理论抽象出原油管网拓扑结构，建立原油管网的有向图模型；根据原油管网的有向图模型，反方向化后构建邻接矩阵；基于深度优先遍历方法对邻接矩阵进行遍历，获得油品搜索的路径。本发明提供的方法能够建立原油管网拓扑结构，获得炼厂需求油品所在的位置，进而确定需求油品在管网中的搜索路径，为后续原油管网排产系统的开发奠定基础。

Description

一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法

技术领域

本发明涉及一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，属于输油管网技术领域。

背景技术

原油管网排产方案的编制是一项需要考虑管网结构、原油种类、炼厂需求、码头来油等多约束条件的复杂工作，目前原油管网排产方案仍然是通过排产人员根据经验手工编制获得，手工排产的方式存在效率低下且难以获得最优排产方案的缺点。因此，依托先进的算法开发能够为原油管网提供优化排产方案的系统，对于优化原油管网管理、提高管网效能具有十分重要的意义。

原油管网排产系统需要根据炼厂的油品需求和管网中的油品存储状态生成排产方案，因此对原油管网排产系统的开发首先需要建立原油管网的拓扑结构，进而获得炼厂需求油品所在的位置，确定需求油品在管网中的搜索路径。然而由于在原油管网中存在码头、炼厂、输油站、油库、管道等多种元件，元件种类、数量繁多、元件之间的连接关系多样，并且元件之间具有方向性，从而使得原油管网结构十分复杂。复杂的原油管网结构使得在开发原油管网排产系统的过程中不能有效的建立原油管网的拓扑结构，也就不能在原油管网中对油品进行有效的搜索来确定需求油品的位置，这对原油管网排产系统的开发造成了极大的困难。因此，原油管网排产系统的开发首先需要解决的问题就是建立原油管网的拓扑结构，获得炼厂需求油品所在的位置，确定需求油品在管网中的搜索路径，但目前公开的文献中尚缺乏对原油管网拓扑结构建立以及确定油品搜索路径方面的相应研究。

图论以图形作为研究对象，图形是由若干个给定的点以及两点之间的连线构成，图论用来描述抽象事物之间的某种特定关系，是研究复杂系统的重要方法。图论理论的特点是可以将网络中复杂的连接关系通过数学模型描述，将复杂抽象的网络拓扑结构进行直观表达。目前图论作为网络分析的工具多应用于电网、供水管网等，在原油管网的研究中还未有应用。

因此需要基于图论理论对原油管网结构进行数学概化，建立原油管网结构的图模型来描述原油管网中各元件的连接关系，建立原油管网拓扑结构，进而获得炼厂需求油品所在的位置，确定需求油品在管网中的搜索路径，为后续原油管网排产系统的开发奠定基础。

发明内容

本发明是为了解决在原油管网排产系统开发过程中，原油管网拓扑结构的建立以及确定需求油品在管网中的搜索路径易受到管网元件种类、数量繁多且元件连接关系多样这些因素的影响，现有的文献资料尚缺乏对该问题的研究，因而提出了一种基于图论理论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，能够从实际的原油管网结构中抽象出由点和线组成的图形，将复杂的原油管网网络结构转化为具有拓扑性质的结构，进而确定原油管网中油品搜索路径。

本发明具体包括以下步骤：

步骤1，获取原油管网的结构和组成信息；

步骤2，基于图论理论抽象出原油管网拓扑结构，建立原油管网的有向图模型；

步骤3，根据原油管网的有向图模型，反方向化后构建邻接矩阵；

步骤4，基于深度优先遍历方法对邻接矩阵进行遍历，获得油品搜索的路径。

步骤1中，所述的原油管网的结构和组成信息，包括原油管网的结构形式、原油管网中的各类元件，管网中的元件包括：码头、炼厂、输油站、管段，油库包含在输油站中；

步骤2中，所述的基于图论理论抽象出原油管网拓扑结构，建立原油管网的有向图模型，包括以下步骤：

S21，对各类元件进行属性编号，同一类元件的属性编号相同，元件集合为{码头，炼厂，输油站，管段}，对应的属性编号集合M为{0,1,2,3}；

S22，对各类元件进行自然编号，所述“码头”数量为W，“码头”集合为{w₁,w₂,…,w_W}；所述“炼厂”数量为R，“炼厂”集合为{r₁,r₂,…,r_R}；所述“输油站”数量为S，“输油站”集合为{s₁,s₂,…,s_S}；所述“管段”数量为P，“管段”集合为{g₁,g₂,…,g_G}；

S23，将原油管网中的各类元件进行简化，将管段简化为弧段，除管段的其他元件简化为节点；

S23，对简化后的弧段及节点进行连续编号，所述的节点数量为W+R+S，所述的管段数量为P，节点与管段的集合为{n₁,n₂,…,n_N}，

Q∈{W,R,S,P},k∈{n₁,n₂,n_N}

S24，根据实际原油管网中元件之间的方向关系，规定拓扑结构中弧段的方向，建立原油管网的有向图模型。

步骤3中，所述的根据原油管网的有向图模型，反方向化后构建邻接矩阵，邻接矩阵的行和列都与图中的顶点相对应，对于具有W+R+S个顶点的图其邻接矩阵为(W+R+S)*(W+R+S)的方阵B，矩阵中的元素bij表示在图模型中以vi为起点vj为终点的边数，

步骤4中，所述的基于深度优先遍历方法对邻接矩阵进行遍历，获得油品搜索的路径，其流程图如图2所示，包括以下步骤：

S41，筛选邻接矩阵中表示“炼厂”的顶点集合V；

S42，初始化“炼厂”的顶点集合V中各顶点v的状态为未被搜索的状态；

S43，选择一未被搜索的顶点v，从v的未被搜索的邻接点出发，对邻接矩阵进行深度优先遍历，直至邻接矩阵中和v有路径相通的顶点都被搜索；

S44，若此时“炼厂”的顶点集合V中尚有顶点v未被搜索，则从该未被访问的顶点v出发进行深度优先遍历，直到“炼厂”顶点集合V中的所有顶点均为搜索状态为止。

本发明由于采取以上技术方案，可以达到以下有益结果：

(1)本发明提供的一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，能够对原油管网结构进行数学概化，规避了由于复杂的原油管网组成带来的建模困难的问题，有效的建立原油管网的拓扑结构；

(2)本发明提供的一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，基于深度优先遍历方法获得油品搜索的路径，能够快速准确的获得油品在管网中的搜索路径；

(3)本发明提供的一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，为后续原油管网排产系统的开发奠定了基础。

附图说明

图1是本发明一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法逻辑框图。

图2是本发明基于深度优先遍历方法对邻接矩阵遍历步骤图。

图3是本发明实施例中原油管网结构图。

图4是本发明实施例中建立的原油管网有向图模型。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合本实施例中的附图，对本发明作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，包括以下步骤：

步骤1，获取原油管网的结构和组成信息；

步骤2，基于图论理论抽象出原油管网拓扑结构，建立原油管网的有向图模型；

步骤3，根据原油管网的有向图模型，反方向化后构建邻接矩阵；

步骤4，基于深度优先遍历方法对邻接矩阵进行遍历，获得油品搜索的路径。

具体实施例

某地区的原油管网结构如图3所示，该原油管网承担着从上游码头接收来油并向下游炼厂供给原油的重要任务，具有2个接油码头，4个下游炼厂，6个输油站以及9条输油管道。现根据本发明方法从上述的原油管网中获得炼厂油品搜索的路径，实施步骤如下：

步骤1，获取原油管网的结构和组成信息，原油管网的结构如图3所示，原油管网的组成包括2个接油码头，4个下游炼厂，6个输油站以及9条输油管道。

步骤2，基于图论理论抽象出原油管网拓扑结构，建立原油管网的有向图模型，包括如下步骤：

S21，对各类元件进行属性编号，同一类元件的属性编号相同，元件集合为{码头，炼厂，输油站，管段}，对应的属性编号集合M为{0,1,2,3}；

S22，对各类元件进行自然编号，所述“码头”数量为W，“码头”集合为{0,1}；所述“炼厂”数量为R，“炼厂”集合为{2,3,4,5}；所述“输油站”数量为S，“输油站”集合为{6,7,8,9,10,11}；所述“管段”数量为P，“管段”集合为{12,13,14,15,16,17，18,19,20,21}；

S23，将原油管网中的各类元件进行简化，将管段简化为弧段，除管段的其他元件简化为节点；

S23，对简化后的弧段及节点进行连续编号，所述的节点数量为W+R+S＝12，所述的管段数量为P＝9，节点与管段的编号集合为{0,1,2,…,(W+R+S+P-1)}，

Q∈{W,R,S,P},k∈{0,1,2,…,(W+R+S+P-1)}

对原油管网中各元件的编号结果如表1所示：

表1原油管网元件编号

S24，根据实际原油管网中元件之间的方向关系，规定拓扑结构中弧段的方向，建立原油管网的有向图模型，如图4所示。

步骤3，所述的根据原油管网的有向图模型，反方向化后构建邻接矩阵，邻接矩阵的行和列都与图中的顶点相对应，对于具有W+R+S＝12个顶点的图其邻接矩阵为(W+R+S)*(W+R+S)＝12*12的方阵B，矩阵中的元素b_ij表示在有向图模型中反方向化后以v_i为起点v_j为终点的边数，

根据图4原油管网的有向图模型，反方向化后构建的邻接矩阵B为：

步骤4，所述的基于深度优先遍历方法对邻接矩阵进行遍历，获得油品搜索的路径，，其流程图如图2所示，包括以下步骤：

S41，筛选邻接矩阵中表示“炼厂”的顶点集合V＝{2,3,4,5}；

S42，初始化“炼厂”的顶点集合V中各顶点v的状态为未被搜索的状态；

S43，选择一未被搜索的顶点v，从v的未被搜索的邻接点出发，对邻接矩阵进行深度优先遍历，直至邻接矩阵中和v有路径相通的顶点都被搜索；

S44，若此时“炼厂”的顶点集合V中尚有顶点v未被搜索，则从该未被搜索的顶点v出发进行深度优先遍历，直到“炼厂”顶点集合V中的所有顶点均为搜索状态为止。获得的所有的油品搜索路径如表2所示：

表2所有油品搜索路径

本发明提供了一种在获得原油管网结构和组成信息的基础上，并基于图论理论和深度优先遍历方法，建立原油管网的有向图模型，获得原油管网中油品搜索路径的方法。该方法能够获得炼厂在原油管网中进行油品搜索时的路径，根据确定的路径进而确定需求油品所在的位置，降低了原油管网的结构和组成对排产系统开发造成的影响，为原油管网排产系统的开发奠定基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取原油管网的结构和组成信息；

步骤2，基于图论理论抽象出原油管网拓扑结构，建立原油管网的有向图模型；

步骤3，根据原油管网的有向图模型，反方向化后构建邻接矩阵；

步骤4，基于深度优先遍历方法对邻接矩阵进行遍历，获得油品搜索的路径，具体步骤包括：

S41，筛选邻接矩阵中表示“炼厂”的顶点集合V；

S42，初始化“炼厂”的顶点集合V中各顶点v的状态为未被搜索的状态；

S43，选择一未被搜索的顶点v，从v的未被搜索的邻接点出发，对邻接矩阵进行深度优先遍历，直至邻接矩阵中和v有路径相通的顶点都被搜索；

S44，若此时“炼厂”的顶点集合V中尚有顶点v未被搜索，则从该未被访问的顶点v出发进行深度优先遍历，直到“炼厂”顶点集合V中的所有顶点均为搜索状态为止。

2.如权利要求1所述的一种基于图论的原油管网中油品搜索路径的确定方法，其特征是，所述步骤2中基于图论理论抽象出原油管网拓扑结构，建立原油管网的有向图模型，包括如下步骤：

S21，对各类元件进行属性编号，同一类元件的属性编号相同，元件集合为{码头，炼厂，输油站，管段}，对应的属性编号集合M为{0,1,2,3}；

S22，对各类元件进行自然编号，“码头”数量为W，“码头”集合为{w₁,w₂,…,w_W}；“炼厂”数量为R，“炼厂”集合为{r₁,r₂,…,r_R}；“输油站”数量为S，“输油站”集合为{s₁,s₂,…,s_S}；“管段”数量为P，“管段”集合为{g₁,g₂,…,g_G}；

S23，将原油管网中的各类元件进行简化，将管段简化为弧段，除管段的其他元件简化为节点；

S23，对简化后的弧段及节点进行连续编号，节点数量为W+R+S，管段数量为P，节点与管段的集合为{n₁,n₂,…,n_N}，

Q∈{W,R,S,P},k∈{n₁,n₂,n_N}

S24，根据实际原油管网中元件之间的方向关系，规定拓扑结构中弧段的方向，建立原油管网的有向图模型。

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