CN114218734B - 一种电缆最佳路径规划及计算方法 - Google Patents

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CN114218734B CN202210164428.4A CN202210164428A CN114218734B CN 114218734 B CN114218734 B CN 114218734B CN 202210164428 A CN202210164428 A CN 202210164428A CN 114218734 B CN114218734 B CN 114218734B
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Abstract

本发明公开了一种电缆最佳路径规划方法和计算方法，其包括：根据三维数字模型构建直接连接和近距离电缆通道之间的连通关系；查找电缆起始和终点设备一定范围内的接入通道，构建完整的设备与通道连通关系；使用A星算法计算电缆在约束条件下的最优路径。本发明基于工程三维数字模型和实际工程中电缆敷设工况，可在电缆通道错综复杂情况下规划电缆最佳路径，并可基于A星算法自动搜索电缆最合理路径，有效提高电缆敷设效率。

Description

一种电缆最佳路径规划及计算方法
技术领域
本发明属于电力工程电缆敷设技术领域，具体涉及一种电缆最佳路径规划和计算方法。
背景技术
大型电站工程中，电缆敷设是将电缆按照给定的起点设备和终点设备，安装到给定的电缆通道上。电站工程中电缆数量多达数千根，且电缆通道错综复杂，通道类型和连接方式多种多样。目前电缆敷设以人工规划路径为主，耗费大量人力和时间，而且设计人员在规划过程中难以精确计算通道的容积率，施工人员按照规划路径安装时会出现部分通道拥堵严重而部分通道十分空闲的现象，影响后期安装作业和进度安排，拥堵严重区域甚至可能成为安全隐患。
针对人工敷设效率低的问题，借助计算机绘制电缆通道和设备三维数字模型，搜索电缆的最短路径，实现电缆敷设已成为当下的主流。在搜索电缆最短路径中，部分算法在复杂通道网络下电缆路径计算慢，效率不高，如Dijikstra算法、Floyd算法等；在通道三维数字模型生成通道拓扑网络时，工程现场通道类型多种多样，且存在通道之间断开但实际安装时为连通的情况；此外部分软件未考虑通道容积率限制，仅规划电缆路径，导致实际工程中后敷电缆无法敷设。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种电缆最佳路径规划和计算方法，其基于工程三维数字模型和实际工程中电缆敷设工况，可在电缆通道错综复杂情况下，规划电缆最佳路径，并可基于A星算法自动搜索电缆最合理路径，提高电缆敷设效率。
为此，本发明第一目的在于提供一种电缆最佳路径规划方法，包括：
1）设置近距离阈值s，创建初始数据信息；
2）遍历三维数字模型中的通道模型，构建通道模型之间直接连接或近距离连接的连通关系；
3）遍历三维数字模型中的三维设备模型，设置设备搜索范围阈值r，查找设备模型阈值范围内的接入通道，构建完整的设备与通道连通关系。
进一步的，所述遍历三维数字模型中通道模型，构建通道模型之间直接连接或近距离连接的连通关系包括如下步骤：
201）遍历三维数字模型中通道模型，获取当前通道模型；
202）根据当前通道模型与其两端点分别新建通道和连接点；
203）将新建通道和连接点更新至通道集和连接点集；
204）查找新建通道两端连接点阈值范围s内的其他通道，存入相邻通道集；
205）遍历相邻通道集，构建新建通道与其相邻通道集内通道之间的连通关系；
206）回到步骤201）遍历下一通道模型，直至所有通道模型计算完成，完成通道连通关系构建。
进一步的，所述步骤205）遍历相邻通道集，构建通道连通关系包括如下步骤：
2051）遍历相邻通道集，判断当前通道与搜索所得通道是直接连接还是近距离连接，如果直接连接，则进入步骤2053），否则，进入步骤2052）；
2052）在当前通道与搜索所得通道之间新建连接线通道和对应连接点，并将新建的连接线通道和连接点更新至通道集和连接点集内；
2053）返回2051）计算相邻通道集内下一通道，直至所有通道计算完成。
进一步的，当当前通道与搜索所得通道为近距离连接时，至少满足如下条件之一再进入步骤2052）：1）两通道类型不相同；2）两通道两端坐标构成的向量锐角夹角大于限制值γ。
进一步的，所述遍历三维设备模型，查找设备模型阈值范围内的接入通道，构建完整设备与通道连通关系包括如下步骤：
301）依次遍历三维模型中设备模型，获取当前设备模型；
302）根据当前设备模型，创建设备点，设置设备点搜索范围阈值r；
303）遍历通道集，查找设备点阈值r范围内非连接线类型的通道，作为可接入通道；
304）计算设备点到可接入通道两端连接点构成的线段的最短距离及对应的交点；判断设备点与线段最短距离是否小于等于阈值r，如果小于等于阈值r，进入305），否则，进入306）；
305）根据交点与设备点新建类型为连接线的通道和对应连接点，将新建通道及其连接点更新至通道集和连接点集；
306）返回303）计算下一通道集，直至通道集遍历完成，完成当前设备的可接入通道查找；
307）返回302）查找下一设备模型的可接入通道，直至查找完所有设备模型的可接入通道，完成完整的设备与通道连通关系构建。
进一步的，步骤305）中，如果设备点与可接入通道之间的交点为线段中部的一点，则将可接入通道沿交点拆分为两段新通道并新建对应连接点，将拆分所得新通道和对应连接点更新至通道集和连接点集内。
本发明第二目的在于提供一种电缆最佳路径计算方法，基于前述任一项电缆最佳路径规划方法，使用A星算法计算电缆最佳路径，包括如下步骤：
401）从电缆清册中获取当前待计算电缆；
402）创建Open集和Close集并置空；
403）根据起始设备点创建起始节点，初始化，并将新建的起始节点加入Open集内；
404）判断Open集是否为空，若为空，说明当前电缆搜索失败，退出或返回继续搜索下一根待计算电缆最优路径，若不为空，进入405）；
405）查找Open集内F值最小的节点并作为当前节点，判定当前节点的连接点是否对应为终止设备点；若对应为终止设备点，说明当前电缆路径搜索完成，若不为终止设备点，进入步骤406）；
406）遍历当前节点的对应连接点的连接通道集内的通道，判断通道是否满足约束条件，对不满足约束条件的情况则返回遍历连接通道集内的下一个通道，对满足约束条件的通道进入步骤407）；直至所有通道计算完成进入S409）；
407）获取满足约束条件通道的另一端连接点，检查Close集内是否存在节点的连接点与该连接点相同，若存在相同，则返回406） 计算连接通道集内的下一通道，若不存在，则进入步骤408）；
408）检查Open集内是否存在节点的连接点与407）获取的连接点相同，若存在相同，则更新Open集内对应节点的信息，返回406）继续计算下一通道，若不存在，则根据该连接点新建节点，加入Open集内，返回406）继续计算下一通道；
409）计算完当前节点对应连接点的连接通道集内所有通道后，将当前节点从Open集内删除，并将当前节点加入Close集内，返回404）继续计算下一节点。
进一步的，所述步骤405），如果当前节点的连接点为终止设备点，按如下方法获得当前电缆最优路径：从终止设备节点出发，依次逆向回溯，在节点和其父节点对应连接点的连接通道集内查找相同的通道作为途径通道，将这些途径通道依次连接并反向排列，即获得电缆最优路径。
进一步的，所述约束条件包括：电缆与通道电压等级相符；通道当前容积率是否达到允许容积率上限。
本发明提出的一种电缆最佳路径规划和计算方法，可在电缆通道错综复杂情况下，规划电缆最佳路径，且可在保证最优路径的同时较Dijkstra算法更加高效快速，尤其是在复杂通道中电缆路径搜索。在通道拓扑网络构建中，自动构建近距离通道之间的连通关系，更加符合实际工程中敷设工况，避免了手动连接操作，有效提高敷设效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例设备通道模型和对应编号示意图；
图2a为本发明实施例路径规划方法步骤流程图，图2b为本发明实施例路径规划及计算方法步骤流程图；
图3为本发明实施例构建通道关系流程图；
图4为本发明实施例一处未直接连接的通道之间构建近距离连通关系示意图；
图5为本发明实施例在某一阈值设定下构建的一种通道连通关系示意图；
图6为本发明实施例查找设备接入通道流程图；
图7为本发明实施例一处设备与通道交点在通道中部构建通道连通关系示意图；
图8为本发明实施例一处设备与通道交点在通道端部构建通道连通关系示意图；
图9为本发明实施例在某一阈值设定下构建的完整的设备-通道连通关系示意图；
图10为本发明实施例A星算法搜索电缆路径流程图；
图11为本发明实施例电缆敷设路径示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
在执行本文所提出电缆路径规划方法前，需在三维设计软件中先绘制好三维数字模型，简称三维模型，包括电缆通道模型和设备三维模型，其中电缆通道模型根据工程实际可分为若干种类型，如在本实施例中有桥架和埋管两类，此外其他工程还会包含电缆沟、电缆槽盒等，电缆通道模型包含通道编号、电压等级和允许容积率属性，其中电压等级分为电气一次和电气二次，允许容积率指通道截面上所有电缆截面面积百分比上限，设备模型添加对应编码和设备坐标，同时制作好相应的电缆清册，电缆清册内包含电缆编码、起始和终止设备编码、电压等级，将清册导入数据库内，匹配模型与数据库内电缆起终设备编码，从而确定电缆的起终设备的空间坐标。本发明实施例基于Bentley公司的Open PlantModeler软件实现上述通道、设备模型布置和清册导入。
本实施例共有2根电缆，电缆编号分别为Cable1和Cable2，电压等级均为电气一次，均连接起点设备E1和终点设备E2，Cable1先敷设，Cable2后敷设。如图1所示，本实施例编号T1至T14为桥架类型通道模型，其中T12为桥架通道模型电压等级为电气二次，其余均为电气一次，所有桥架容积率都足够通行2根电缆，编号P1和P2均为电压等级为电气一次的埋管类型通道模型，其中P1较细，将其允许容积率限制为仅能通过一根电缆，P2较粗，可同时通行两根电缆。在进入正式步骤前，需对本专利的三组名词进行解释：
1）通道模型和通道。通道模型指在三维模型中可看到的三维电缆通道模型，如图1中的T1至T14、P1、P2。通道指由具体的通道模型抽象化的数据结构，包含对应通道模型的通道编号、通道类型、通道模型两端坐标、通道两端坐标对应的连接点、可通行电压等级与允许容积率信息等，在通道数据结构的通道类型中，除了模型中规定的通道类型外，如桥架、埋管等，还有一种类型为连接线的通道，连接线类型的通道可通行所有电压等级的电缆，且容积率没有限制，本文用在通道编号后加上标“'”表示抽象化的通道，如图1中编号为T1的通道模型对应的通道在括号内用T1'表示，其类型为桥架，两端为连接点C1'和CT1'。
2）连接点。连接点指根据三维模型中的电缆通道模型两端端点坐标构建的数据结构，如图1中的C1'至C8'、CT11'、CT51'等，包含自身坐标和连接通道集信息，其中连接通道集指通道连接点包含该连接点的通道组成的集合，如图1中连接点C1'是通道模型T1、T2和T3的共同端点，故C1'的连接通道集有{T1',T2',T3'}。
3）设备模型与设备点。设备模型指在三维模型中可看到的三维设备模型，如图1中的E1，E2。设备点指由具体的设备模型抽象化的数据结构，包含对应设备模型的编号和设备坐标，本文在设备编号后加上标“'”表示抽象化的设备点，如图1中设备E1对应的设备点用E1'表示。
在完成上述准备工作后，下面，通过具体实施例来进一步说明本发明的电缆最佳路径规划和计算方法是如何实现的。
实施例1
本实施例为一种电缆最佳路径规划方法实施例的工作流程。图2a所示为本发明实施例路径规划方法步骤流程图，包括如下步骤：
步骤S1：设置近距离阈值s，创建初始数据信息，包括创建初始通道集和连接点集并置空。所述通道集为通道的集合，所述连接点集为连接点的集合。
步骤S2：遍历三维数字模型中通道模型，构建通道模型之间直接连接或近距离连接的连通关系。
遍历三维数字模型中通道模型，取下一待计算通道模型为当前通道，分别搜索以当前通道模型两端坐标为中心，阈值s范围内是否存在其他通道模型，并建立当前通道模型与符合要求的其他通道模型之间直接连接或近距离连接的连通关系，结合附图3，具体步骤如下：
S201：遍历三维数字模型通道模型，获取当前通道模型。
依次遍历三维模型中通道模型，取下一待遍历通道模型作为当前通道模型。如图1，本实施例以下步骤以通道模型T1作为当前通道模型为例。
S202：根据当前通道模型与其两端点分别新建通道与连接点。
获取当前通道模型T1，创建新通道T1'，根据通道模型T1两端的坐标新建对应的连接点C1'和CT11'。
S203：将新建通道和连接点更新至通道集和连接点集。
分别检查新建的通道和连接点是否存在于通道集和连接点集内，并更新相应信息。以通道T1'和连接点C1'为例，对于新建的通道T1'，检查通道T1'是否已存在于通道集内，若已存在，则更新对应信息，若不存在，则将T1加入通道集内；对于新建连接点C1'，检查连接点C1'是否已存在于连接点集内，若已存在，则检查通道集内的C1'的连接通道集内是否已包含通道T1'，若不包含，则将T1'加入；若C1'不在连接点集内，则将C1'加入连接点集内，同理，对连接点CT11'执行与C1'相同更新操作。
S204：查找当前通道两端连接点阈值范围s内的其他通道，存入相邻通道集。
新建一个相邻通道集并置空，分别以新建的连接点为中心，搜索获得阈值s范围内通道集内的其他通道和对应的距离最近的连接点，并将搜索所得的所有其他通道存入相邻通道集。现以连接点C1'为例进行解释说明，对于C1'，假设阈值s值为0，则说明搜索得到的通道模型端点坐标应与C1'重合，即若此时通道集内有通道{T1', T2'}，而T1'为当前通道，不属于其他通道，T2'一端的连接点也为C1'，坐标重合，故T2'为搜索获得的其他通道，需要说明的是，尽管模型T3一端的连接点也为C1'，但此时通道集不包含T3'，故获取不到；若s大于0，则可搜索以C1'为球心，s为半径的球范围内其他通道，若假定此时通道集内有通道{T1', T2', T5'}，如图1所展示T5'一端连接点为C3'，若C1'与C3'直线距离小于s，则T2'和对应的距离最近连接点C1'，T5'和对应的连接点C3'即为搜索所得的其他通道，则将T2'和T5'存入相邻通道集内。需要说明的是，本实施例中所示例的球形搜索范围仅为一种示例说明，也可设置根据实际情况设置其他形式的搜索范围，如盒状范围等。
S205：遍历相邻通道集，构建通道连通关系。依次遍历相邻通道集内的其他通道，构建当前通道与满足要求的其他通道之间直接或近距离的连通关系。详细步骤和说明如下：
S2051：遍历相邻通道集，若遍历到的相邻通道集内的其他通道和对应的距离最近的连接点与当前通道中的连接点存在坐标重合，说明两个通道为直接连通关系，则直接进入S2053；若遍历到的相邻通道集内的其他通道和对应的距离最近的连接点与当前通道两端连接点均不重合，说明两个通道不是直接连通关系，即为近距离连通关系，进入S2052。
由于实际工程中存在两段不直接连接的通道满足近距离连通但仍视为不连通的情况，如多层桥架、并排桥架等，本实施例增加了一个附加条件，即当当前通道与搜索所得通道为近距离连接时，至少满足如下条件之一，再进入步骤S2052：
1）两通道类型不相同；
2）两通道两端坐标构成的向量锐角夹角大于限制值γ。
若满足上述任一条件，则视为有效通道，进入S2052；若不满足该条件，如当两通道类型相同且夹角小于等于γ，则将遍历到的其他通道视为无效通道，则进入S2053。需要说明的是，限制值γ可以根据工程实际要求设定或设计人员人为设定，如本实施例取限制值γ为10°。
以通道T1'和通道T2'为例解释直接连接。T1'为当前通道，T2'为相邻通道集内的其他通道，T2'对应的最近距离连接点为C1'，T1'通道一端的连接点也为C1'，两者存在相同的连接点，故为直接连通关系。
下面以通道T1'、T4'和P1'为例说明近距离连接，判断通道类型是否相同以及两通道两端坐标构成的向量锐角夹角小于等于限制值γ，限制值γ为10°。
T1'为当前通道，T4'为相邻通道集内遍历到的其他通道，由于T1'和T4'通道类型均为桥架，且两者端点构成向量呈平行，小于10°，故T4'属于无效通道，进入S2053。若P1'为相邻通道集内的遍历到的其他通道，虽然T1'和P1'两者端点构成向量平行，但两者的类型不同，则P1'为有效通道，进入步骤S2052。
S2052：在当前通道和S2052所得有效通道之间新建类型为连接线的通道和对应的连接点，分别检查新建的连接线通道和连接点是否存在于通道集和连接点集内，并更新相应信息。
以图1中T5'和T6'为例进行解释，具体请参阅图4，其中T5'为当前通道，T6'为有效通道，T5'对应的连接点为CT51'，T6'对应的最近距离连接点CT61'，则以CT51'和CT61'为端点构建通道类型为连接线的通道TL56'，通道TL56'两端连接点为CT51'和CT61'，分别检查通道TL56'和连接点CT51'和CT61'是否在通道集和连接点集内，并更新相应信息，此处操作与S203相同，不重复说明。
S2053：返回S2051计算相邻通道集内下一其他通道，直至所有其他通道计算完成，进入步骤S206。
S206：返回S201遍历三维通道模型中下一通道模型，直至所有通道模型计算完成，完成通道连通关系构建。如图5为在某一阈值设定下的通道连通关系示意图。
步骤S3：遍历三维数字模型中的三维设备模型，设置设备搜索范围阈值r，查找设备模型阈值范围内的接入通道，构建完整设备-通道连通关系。
遍历三维数字模型内设备模型，获得设备的设备点信息，设置设备搜索范围阈值r，搜索设备点阈值r范围内的通道，建立设备点与搜索所得的所有通道的之间的连通关系，获得完整的设备-通道连通关系，结合附图6，具体步骤如下：
S301：依次遍历三维模型中设备模型，取下一待遍历设备模型作为当前设备模型。如图1，本实施例以下步骤以设备模型E1作为当前设备模型为例。
S302：获取当前设备模型E1，根据设备坐标创建设备点E1'，设置该设备点的设备搜索范围阈值r。需要说明的是，设备搜索范围阈值r可以根据情况设定。
S303：遍历通道集，查找设备点阈值r范围内非连接线类型的通道，作为待计算可接入通道。
遍历通道集，获得待计算通道，判定其通道类型是否为连接线，如果是，则计算返回遍历下一通道，若不是，进入步骤S304。如附图5中所示，通道集内TL56'类型为连接线，则直接返回遍历下一通道，T5'和P1'类型不为连接线，则进入S304。
S304：以待计算通道两端连接点构成线段，计算设备点E1'与可接入通道构成的线段的最近即最短距离和对应的交点，若最短距离大于阈值r，进入S306遍历下一通道，若最短距离小于等于阈值r，说明该待计算通道为可接入通道，进入步骤S305。
现以通道T1'为例进行说明，参阅附图7，设备点E1'与通道T1'两端连接点构成线段的最短距离的交点为I1，E1'与I1距离即为E1'到通道T1'的最短距离，若该最短距离大于阈值r，则进入S306计算下一通道，反之，进入S305，同理，设备点E1'与通道T2'两端连接点构成线段的最短距离的交点为C1'，若E1'与C1'距离大于阈值r，则进入S306计算下一通道，反之，进入S305。
S305：以交点和设备点为端点，新建类型为连接线的通道，同时根据设备点和交点新建连接点，分别检查新建的通道和两端连接点是否位于通道集和连接点集内，并更新信息。
以通道T1'和T2'为作为可接入通道为例进行说明，若通道T2'为可接入通道，请参阅附图8，设备点E1'与其最近距离的交点为C1，则以设备点E1'和C1'为两端连接点，新建类型为连接线的通道TE12'，同时根据设备点E1'新建连接点(E1')'，交点C1新建连接点C1'，分别在(E1')'和C1'的连接通道集中加入TE12'，与S203执行相同操作，将通道TE12'、连接点(E1')'和C1'的信息更新到通道集和连接点集中，此处不再赘述。对通道T1'，请参阅附图7，设备E1'与其最近距离交点为I1，则以设备点E1'和I1为两端连接点，新建类型为连接线的通道TE11'，同时根据设备点E1'新建连接点(E1')'，交点I1新建连接点I1'，分别在(E1')'和I1'的连接通道集中加入TE11'，与S203执行相同操作，将通道TE11'、连接点(E1')'和T1'的信息更新到通道集和连接点集中，此处不再重复。
需要说明的是，设备点与S304中计算所得可接入通道构成的线段之间的最短距离所在的交点存在如下两种情形：为线段中部一点；不为线段中部一点，即交点为通道端部一点。本实施例中，…….当交点不为中部一点，即为通道端部一点，则跳过当前步骤，进入S306，若交点为中部一点，则根据交点新建连接点，将可接入通道沿交点拆分为两个新的通道，拆分所得新通道属性与原通道相同，在通道集和连接点集内删除原通道信息，并将新通道和新建连接点分别更新至通道集和连接点集内。
现以设备点E1'和通道T1'为例进行说明，参阅附图7，设备点E1'与通道T1'最短距离对应的交点为I1，该点位于通道T1'两端连接点构成的线段的中间一点，根据将通道T1'以I1为界限拆分为两个新的通道TS11'和TS12'，TS11'两端连接点为C1'和I1'，TS12'两端节点为I1'和CT11'，将TS11'和其两端连接点C1'和I1'、通道TS12'和其两端连接点I1'和CT11'分别更新到通道集和连接点集中，操作步骤与S203相同，此处不再重复。
S306：返回S303计算下一通道集，直至通道集遍历完成，完成当前设备的可接入通道查找，进入S307。
S307：返回S301，查找下一设备模型的可接入通道查找，直至所有设备模型的可接入通道查找完成，完成完整的设备-通道连通关系构建。如图9为在某一阈值r设定下设备-通道连通关系示意图。
实施例2
本实施例为一种电缆最佳路径计算方法实施例的工作流程，图2b所示为一种电缆最佳路径计算方法实施例的步骤流程图。步骤S1-S3可参见实施例1，在此不做赘述。本实施例详细介绍步骤S4。
步骤S4：使用A星算法依次计算电缆清册中各根电缆在约束条件下的最优路径。
在本实施例中，约束条件为：电缆与通道电压等级相符，通道当前容积率是否达到允许容积率上限。通道当前容积率是否达到允许容积率上限，指通道所通行所有电缆的截面面积之和占通道截面面积百分比应小于等于通道允许容积率限制值。所述通道允许容积率限制值可人为设置，由于电缆截面之间存在空隙，变化范围应大于0%，小于等于100%，如可将通道允许容积率限制值设为90%。
下面，结合附图10，使用A星算法计算最佳即最优路径。需要说明的是，本实施例计算电缆最佳路径，可以只计算一条电缆最佳路径，也可以计算多根电缆最佳路径。计算时，也可以把要计算最佳路径的一根根电缆放入电缆清册待计算。以下是计算电缆最佳路径的具体步骤：
S401：从电缆清册中获取当前待计算电缆，本实施例中共有2根电缆：Cable1和Cable2。
S402：创建Open集和Close集并置空。Open集存有待计算的节点，Close集存有已计算完成的节点；集合内的节点指一种数据结构，包含对应的连接点、父节点信息、F、G和H值，本实施例以“N”加连接点来表示节点，连接点用下标表示，如连接点C1'对应的节点为NC1'。
S403：根据电缆起始设备点创建起始节点，其连接点为起始设备点对应的连接点，父节点置空，F、G、H值初始值设为无穷大，并将该新建的起始节点加入Open集中。
S404：判断Open集是否为空；若为空，说明当前电缆路径搜索失败，退出或继续搜索下一根待计算电缆最优路径直至完成，若不为空，进入S405。
S405：查找Open集内F值最小的节点并作为当前节点，判定当前节点的连接点是否对应为终止设备点；若对应为终止设备点，说明当前电缆路径搜索完成，若不为终止设备点，进入步骤S406。
本实施例中，如果当前节点为终止设备点，按如下方法可获得当前电缆最优路径：从终止设备节点出发，依次逆向回溯，在节点和其父节点对应连接点的连接通道集内查找相同的通道作为途径通道，将这些途径通道依次连接并反向排列，即获得电缆最优路径。
如图9中，对本实施例的Cable1和Cable2而言，除了(E2')'之外其他所有连接点均不为终止设备点。若当前节点对应连接点为(E2')'时，即已完成路径搜索。以计算所得的Cable1路径结果说明获得电缆最优路径：终点节点为N(E2')'，节点N(E2')'父节点为NCT141'，则对应的连接点分别为(E2')'和CT141'，可在两连接点的连接通道集查找到公共通道TE214'，节点NCT141'的父节点为NC8'，采用与上述相同的方法获得通道T14'，进一步回溯，NC8'父节点为NC3'，可得通道P1'，NC3'父节点为NC1'，可得通道T2'，NC1'父节点为NI1'，可得通道TS11'，NI1'父节点为N(E1')'，可得通道TE11'，N(E1')'为起始节点，无父节点；将上述路径连接起来即为TE214'、T14'、P1'、T2'、TS11'、TE11'，再反向排列，即为Cable1最终的路径：TE11'、TS11'、T2'、P1'、T14'、TE214'，如图11所示为本实施例两根电缆路径，黑点划线为电缆Cable1路径线，黑虚线为Cable2路径线。
S406：依次遍历当前节点的对应连接点的连接通道集内的通道，判断通道是否满足约束条件，对不满足约束条件的情况则返回遍历连接通道集内的下一个通道，对满足约束条件的通道进入步骤S407；直至通道集内所有通道遍历完成，进入S409；
现结合附图9，以连接点C3'对应的节点，连接点C6'对应的节点和电缆Cable2为例进行说明，连接点C3'的连接通道集有{ P1', T11', T5', T2'}，当遍历到通道P1'时，若此时通道P1'中已敷设电缆Cable1，对于Cable2，通道P1'的电压等级为电气一次，与Cable2电压等级相符，但通道P1'的允许容积率已达到上限，不满足容积率限制的约束条件的要求，则继续遍历通道集中下一通道，也即是T11'；连接点C6'的连接通道集有{T4', T11',T12'}，当遍历到通道T12'时，T12'的电压等级为电气二次，电缆Cable2电压等级为电气一次，两者不相符，故T12'不满足电压等级匹配的约束条件，则应返回计算通道集下一通道，此时已遍历完成，则进入S409。
S407：获取满足约束条件通道的另一端连接点，检查Close集内是否存在节点的连接点与该连接点相同，若存在相同，则返回S406计算连接通道集内的下一通道，若不存在，则进入步骤S408。
以连接点C3'对应的节点为例，参阅附图9，连接点C3'的连接通道集为{P1',T11', T5', T2'}，对于通道T11'，其另一端连接点为C6'，若此时Close集内已包含连接点C6'对应的节点，则返回S406遍历连接通道集中下一通道，即T5'。
S408：进一步检查Open集内是否存在节点的连接点与满足S407检查条件的连接点相同。若存在相同的节点，则更新Open集内对应节点的信息，重新计算当前节点的G值，若新计算的G值小于原G值，则更新当前节点的G值、F值和父节点信息，返回S406计算下一通道，若新计算的G值大于等于原G值，则直接返回S406计算下一通道；否则，即不存在相同节点，则根据该连接点创建节点，计算其G值、H值、F值和父节点信息，并将其加入Open集内，返回S406计算下一通道。
以电缆Cable2和连接点C3'对应的节点作为当前节点NC3'为例进行说明，请参阅附图9。先说明满足S407检查条件的连接点与Open集内各节点对应连接点均不相同的情况，连接点C3'的连接通道集为{P1', T11', T5', T2'}，假定当前节点NC3'的父节点为连接点C1'对应的节点NC1'，节点NC3'的G值为通道TE11'、TS11'、T2'的长度之和，且此时连接通道集中通道已遍历至P1'，待遍历的下一通道为T11'，此时Open集内有节点{NC3'}，Close集内有{NC2', NC1', NI1', N(E1')'}，通道T11'满足约束条件，则获取通道T11'另一端连接点C6'，且该连接点既不与Close集内各节点的连接点相同，也不与Open集内各节点的连接点相同，则根据C6'新建节点NC6'，其父节点为NC3'、G值为NC3'的G值加上通道T11'的长度，H值为连接点C6'至终点(E2')'的直线距离，F值为G值与H值之和，完成创建后将节点NC6'，加入Open集内，此时Open集有{NC3', NC6'}。当完成通道T11'计算后，继续通道连接集中下一通道的计算，即T5'。
对于满足S407检查条件的连接点与Open集内各节点对应连接点存在相同的情况，说明如下：连接点C3'的连接通道集为{P1', T11', T5', T2'}，假定当前节点NC3'的父节点为连接点C6'对应的节点NC6'，节点NC3'的G值为通道TE11'、TS11'、T3'、T4'和T11'的长度之和，且此时连接通道集中通道已遍历至T5'，待遍历的下一通道为T2'，此时Open集内有节点{NC1',NC3'}，Close集内有{NC6', NC2', NI1', N(E1')'}，通道T2'满足约束条件，则获取T2'另一端连接点C1'，经过检查发现该连接点对应的节点已存在于Open集内，对应节点为NC1'，重新计算NC3'的G值，记为Gnew，为NC1'的G值加上通道T2'的长度，即通道TE11'、TS11'和T2'的长度之和，此时Gnew小于原G值，故将节点NC3'的父节点替换为NC1'，同时将其G值替换为Gnew，H值不变，F值更新为Gnew值与H值之和，若Gnew大于等于原G值，则不作替换操作，返回S406计算连接通道集内的下一个通道，直至所有通道计算完成。
S409：计算完通道集内所有通道后，将当前节点从Open集内删除，并将当前节点加入Close集内，并返回S404计算下一节点。以节点NC3'为例，当对应连接点的连接通道集所有通道计算完成后，此时Open集内有节点{NC3', NCT51'}，Close集内有{NC6',NC2', NI1', NC1',N(E1')'}，则从Open集内删除NC3'，变成{NCT51'}，Close内加入NC3'，变成{NC3', NC6',NC2', NI1',NC1', N(E1')'}。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于包括：
1）设置近距离阈值s，创建初始数据信息，所述创建的初始数据信息包括通道集；
2）遍历三维数字模型中的通道模型，构建通道模型之间设置近距离阈值s连接的连通关系；
3）遍历三维数字模型中的三维设备模型，查找设备模型阈值范围内的接入通道，构建完整的设备与通道连通关系；包括如下步骤：
301）依次遍历三维数字模型中的三维设备模型，获取当前设备模型；
302）根据当前设备模型，创建设备点，设置设备点搜索范围阈值r；
303）遍历通道集，查找设备点阈值r范围内非连接线类型的通道，作为可接入通道；
304）计算设备点到可接入通道两端连接点构成的线段的最短距离及对应的交点；判断设备点与线段最短距离是否小于等于阈值r，如果小于等于阈值r，进入305），否则，进入306）；
305）根据交点与设备点新建类型为连接线的通道和对应连接点，将新建通道及其连接点更新至通道集和连接点集；
306）返回303）计算下一通道集，直至通道集遍历完成，完成当前设备的可接入通道查找；
307）返回302）查找下一设备模型的可接入通道，直至查找完所有设备模型的可接入通道，完成完整的设备与通道连通关系构建；
4）依次计算各根电缆在约束条件下的最优路径。
2.如权利要求1所述的电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于：所述创建的初始数据信息包括通道集和连接点集；所述遍历三维数字模型中通道模型，构建通道模型之间直接连接或近距离连接的连通关系包括如下步骤：
201）遍历三维数字模型中通道模型，获取当前通道模型；
202）根据当前通道模型与其两端点分别新建通道和连接点；
203）将新建通道和连接点更新至通道集和连接点集；
204）查找新建通道两端连接点近距离阈值s范围内的其他通道，存入相邻通道集；
205）遍历相邻通道集，构建新建通道与其相邻通道集内通道之间的连通关系；
206）回到步骤201）遍历下一通道模型，直至所有通道模型计算完成，完成通道连通关系构建。
3.如权利要求2所述的电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于，所述步骤205）遍历相邻通道集，构建通道连通关系包括如下步骤：
2051）遍历相邻通道集，判断当前通道与搜索所得通道是直接连接还是近距离连接，如果直接连接，则进入步骤2053），否则，进入步骤2052）；
2052）在当前通道与搜索所得通道之间新建连接线通道和对应连接点，并将新建的连接线通道和连接点更新至通道集和连接点集内；
2053）返回2051）计算相邻通道集内下一通道，直至所有通道计算完成。
4.如权利要求3所述的电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于，当当前通道与搜索所得通道为近距离连接时，至少满足如下条件之一再进入步骤2052）：1）两通道类型不相同；2）两通道两端坐标构成的向量锐角夹角大于限制值γ。
5.如权利要求1所述的电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于，步骤305）中，如果设备点与可接入通道之间的交点为线段中部的一点，则将可接入通道沿交点拆分为两段新通道并新建对应连接点，将拆分所得新通道和对应连接点更新至通道集和连接点集内。
6.如权利要求1-5任一项所述的电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于，使用A星算法计算各根电缆在约束条件下的最优路径，包括如下步骤：
401）从电缆清册中获取当前待计算电缆；
402）创建Open集和Close集并置空；
403）根据起始设备点创建起始节点，初始化，并将新建的起始节点加入Open集内；
404）判断Open集是否为空，若为空，说明当前电缆搜索失败，退出或返回继续搜索下一根待计算电缆最优路径，若不为空，进入405）；
405）查找Open集内F值最小的节点并作为当前节点，判定当前节点的连接点是否对应为终止设备点；若对应为终止设备点，说明当前电缆路径搜索完成，若不为终止设备点，进入步骤406）；
406）遍历当前节点的对应连接点的连接通道集内的通道，判断通道是否满足约束条件，对不满足约束条件的情况则返回遍历连接通道集内的下一个通道，对满足约束条件的通道进入步骤407）；直至所有通道计算完成进入S409）；
407）获取满足约束条件通道的另一端连接点，检查Close集内是否存在节点的连接点与该连接点相同，若存在相同，则返回406） 计算连接通道集内的下一通道，若不存在，则进入步骤408）；
408）检查Open集内是否存在节点的连接点与407）获取的连接点相同，若存在相同，则更新Open集内对应节点的信息，返回406）继续计算下一通道，若不存在，则根据该连接点新建节点，加入Open集内，返回406）继续计算下一通道；
409）计算完当前节点对应连接点的连接通道集内所有通道后，将当前节点从Open集内删除，并将当前节点加入Close集内，返回404）继续计算下一节点。
7.如权利要求6所述的电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于，所述步骤405），如果当前节点的连接点为终止设备点，按如下方法获得当前电缆最优路径：从终止设备节点出发，依次逆向回溯，在节点和其父节点对应连接点的连接通道集内查找相同的通道作为途径通道，将这些途径通道依次连接并反向排列，即获得电缆最优路径。
8.如权利要求6所述的电缆最佳路径规划及计算方法，其特征在于，所述约束条件包括：电缆与通道电压等级相符；通道当前容积率是否达到允许容积率上限。
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