CN115758640A - 一种基于路由规划的电气连管自动连线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于路由规划的电气连管自动连线方法。它解决了现有技术中管线连接绘制难度大，耽误工作效率的问题。它包括灭火器的摆放优化方法，本方法包括以下步骤：S1、将需要连接的对象进行分组；S2、构建最小生成树；S3、分割最小生成树并给最小生成树的边均赋予一个评价值；S4、通过贪心算法计算出分组结果；S5、通过分组结果进行管线连接。本发明的优点在于：操作便捷，有效提高了设计师的制图效率。
Description
技术领域
本发明涉及建筑设计技术领域，具体涉及一种基于路由规划的电气连管自动连线方法。
背景技术
在传统的机电项目中，有很多管线需要连接。比如在照明模块中，各种灯具需要设计师去绘制管线连接，让他们电源电路联通，能够在施工的时候让现场人员按照要求和绘制的实际图纸进行施工；在火灾报警的模块之中，也有很多灯具以及一些火灾报警的器具，如烟感、温感等，需要设计师设计好具体的位置时，绘制连接线路，将所有火灾报警相关器具串联进一个线路。当设计师在手动绘制这些管线的时候，需要花费大量的时间，在绘制的时候首先要进行管线规划，尽量让管线不要交杂在一起，并且管线之间要保证最少的间距，同时要绕开一些不能够通过的“障碍物”。与此同时，设计师在绘制的时候要时刻考虑当前回路的长度，要保证耗材尽量少，同时要防止电路尽量少的出现“回流”的情况，以及一些更多的约束。因此，管线的绘制对于设计师来说一件耗时耗力的事情，同时要满足过多的约束难度大，不仅耗时耗力，而且耽误工作效率。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于路由规划的电气连管自动连线方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：
S1、将需要连接的对象进行分组；
S2、构建最小生成树；
S3、分割最小生成树并给最小生成树的边均赋予一个评价值；
S4、通过贪心算法计算出分组结果；
S5、通过分组结果进行管线连接。
本方法通过对连接对象进行分组并构建最小生成树，设计师通过需要对最小生成树的边赋予评价值，最后自动计算分组结构够进行管线连接，加快了设计师的绘图效率，
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，在步骤S1中，对相同一个分组内的连接对象数量进行限制，并且同一分组内的连接对象数量各不相同，在分组时对连接对象的直线距离以及被障碍物阻隔的真实行走距离进行测算，并选择相互接近的连接对象位于同一分组内。这样设置能够最大程度减少连接距离，能够支撑灵活配置。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，步骤S2具体分为以下步骤：
S21、将所有需要连接的对象作为一个点，将障碍物的边和点加入一个点集；
S22、利用点集构建劳内三角图，并删除劳内三角图中穿过障碍物的边；
S23、利用劳内三角图中剩下的边构建最小生成树；
S24、删除最小生成树中属于障碍物的叶子节点；
S25、处理最小生成树中非叶子节点但是属于障碍物的点，并转换绕障边。
步骤S2的方式构建最小生成树能够使最小生成树满足配置需求，剔除需要穿过障碍物的管线连接的边，保留有效的管线连接边线。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，在步骤S3中，最小生成树的边越长则赋予的评价值越小，且对评价值最小的边进行删除处理。这样可以避免管线连接线过长浪费材料。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，在步骤S4中，贪心算法的评价标准为：
a、先判断每次分割后两棵树的位置，若两棵树是近对角关系，则评价值为高，反之则评价值为低；
b、使用两棵树的距离最小方差进行分割；
c、设定分割后的两棵树的节点数量范围，当分割后的两棵树的节点数量超出设定的节点数量范围，则舍弃分割方案。
这样的评价标准可以有效减少分组数量，防止局部分组内的节点数量过少，能够确保不同分组内的节点数量均匀性。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，在步骤S5中，管线连接的主要步骤为：
S51、使用同一分组内的节点构建完全图G；
S52、在完全图G中采用蚁群-免疫算法得出一个最优生成树Tbest用来表达个点之间的连接关系；
S53、根据Tbest遵守横平竖直的原则连接所有个点。
步骤S5可以确保相同分组内的管线连接线路最短，并绕开障碍物进行连接，并且使不同的管线连接线路之间存在间距且不交叉，防止有回头线路，导致电路或水管倒流有损耗的情况。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，在步骤S51中，建立完全图G时，使用两点之间的曼哈顿距离算法进行建图。
使用曼哈顿距离算法建图不仅能够提高运算建图效率，而且能够减少连线误差。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，步骤S52具体分为以下步骤：
S521、初始化信息素和各种参数，各个点之间的信息素初始化为A/权重；A是给定的经验值常数，而权重则给定为两点之间的曼哈顿距离
S522、设置全局记忆细胞数量，设置蚂蚁数量；
S523、采用Prim算法搜索最小生成树，得到给定数量的抗体并进行交叉和变异。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，在步骤S523中，通过两种采用两种方式进行交叉和变异来得到更多的抗体：
A、局部记忆细胞分化出抗体与产生的新抗体进行随机交叉分配；
B、新抗体中的每个抗体按设定概率进行变异；
得到抗体之后，取出最优抗体并保存，给定迭代次数，达到给定迭代次数之后或者解逐渐收敛之后终止算法，并从全局最优解之中取出一个评价值最高的解，作为最终最优解。
在上述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法中，管线连接时采用以下算法策略：
1.采用曼哈顿算法直连，若路径上没有障碍则选择其中一条.
2.若两根曼哈顿距离连线都有障碍物，但是两个点位直接连接没有障碍物，则让两个点直接连接。
3.若直接连接依旧穿过障碍物，则采用a*算法进行管线连接。
4.当所有点位连接完成后，对弯头进行优化。
与现有技术相比，本发明的优点在于：自动化程度高，且有效提高了设计师的绘图效率，当设计师对管路连线进行绘制时，只需要输入相关配置，即可根据需要生成一个最佳的管线连接路由，并且能够满足所有约束需求，操作便捷，使用效果好。
附图说明
图1是本发明的最小生成树的生成流程图；
图2是本发明中贪心算法流程图；
图3是本发明中的管路连线流程图；
图4是本发明中的曼哈顿连接两个节点时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，本方法包括以下步骤：
S1、将需要连接的对象进行分组；
S2、构建最小生成树；
S3、分割最小生成树并给最小生成树的边均赋予一个评价值；
S4、通过贪心算法计算出分组结果；
S5、通过分组结果进行管线连接。
在开始前设计师输入管路连接对象和障碍物，并对管路连接对象进行分组，分组完成后构建最小生成树并进行分割，给最小生成树的边均赋予一个评价值的目的在于根据边线长度进行分类。
在步骤S1中，对相同一个分组内的连接对象数量进行限制，并且同一分组内的连接对象数量各不相同，在分组时对连接对象的直线距离以及被障碍物阻隔的真实行走距离进行测算，并选择相互接近的连接对象位于同一分组内。
这样设置用于灵活配置管线，并且使各组点位的数量接近。
如图1所示，步骤S2具体分为以下步骤：
S21、将所有需要连接的对象作为一个点，将障碍物的边和点加入一个点集；
S22、利用点集构建劳内三角图，并删除劳内三角图中穿过障碍物的边；
S23、利用劳内三角图中剩下的边构建最小生成树；
S24、删除最小生成树中属于障碍物的叶子节点；
S25、处理最小生成树中非叶子节点但是属于障碍物的点，并转换绕障边。
步骤S2主要用于删除越过障碍物的边并对属于障碍物的点进行绕边处理，去除无效边线并对局部边线进行转换躲避障碍物。
在步骤S3中，最小生成树的边越长则赋予的评价值越小，且对评价值最小的边进行删除处理。
删除最长的边便于选取最佳短边，减少管线连接长度。
如图2所示，在步骤S4中，贪心算法的评价标准为：
a、先判断每次分割后两棵树的位置，若两棵树是近对角关系，则评价值为高，反之则评价值为低；
b、使用两棵树的距离最小方差进行分割；
c、设定分割后的两棵树的节点数量范围，当分割后的两棵树的节点数量超出设定的节点数量范围，则舍弃分割方案。
贪心算法是指在对问题求解时，总是做出在当前看来是最好的选择，也就是说，不从整体最优上加以考虑，算法得到的是在某种意义上的局部最优解。贪心算法一般按如下步骤进行：
①建立模型描述问题；
②把求解的问题分成若干个子问题。；
③对每个子问题求解，得到子问题的局部最优解；
④把子问题的解局部最优解合成原来问题的一个解。
如图3-4所示，在步骤S5中，管线连接的主要步骤为：
S51、使用同一分组内的节点构建完全图G；
S52、在完全图G中采用蚁群-免疫算法得出一个最优生成树Tbest用来表达个点之间的连接关系；蚁群-免疫算法遗传算法的一种演化。
S53、根据Tbest遵守横平竖直的原则连接所有个点。
在步骤S51中，建立完全图G时，使用两点之间的曼哈顿距离算法进行建图。
步骤S52具体分为以下步骤：
S521、初始化信息素和各种参数，各个点之间的信息素初始化为A/权重；
S522、设置全局记忆细胞数量，设置蚂蚁数量；即保存的局部最优解的数量，一个全局记忆细胞即为保存的一个局部最优解，
这里的蚂蚁数量即为一棵最小生成树，可以看作免疫抗体，即一只蚂蚁就是从一个节点开始找到一颗最小生成树。
S523、采用Prim算法搜索最小生成树，得到给定数量的抗体并进行交叉和变异。
Prim算法又叫普里姆算法，是图论中的一种算法，可在加权连通图里搜索最小生成树，意即由此算法搜索到的边子集所构成的树中，不但包括了连通图里的所有顶点且其所有边的权值之和亦为最小。
在步骤S523中，通过两种采用两种方式进行交叉和变异来得到更多的抗体：
A、局部记忆细胞分化出抗体与产生的新抗体进行随机交叉分配；
B、新抗体中的每个抗体按设定概率进行变异；
得到抗体之后，取出最优抗体并保存，给定迭代次数，达到给定迭代次数之后或者解逐渐收敛之后终止算法，并从全局最优解之中取出一个评价值最高的解，作为最终最优解。
详细地，管线连接时采用以下算法策略：
1.采用曼哈顿距离算法直连，若路径上没有障碍则选择其中一条.
2.若两根曼哈顿距离连线都有障碍物，但是两个点位直接连接没有障碍物，则让两个点直接连接。
3.若直接连接依旧穿过障碍物，则采用a*算法进行管线连接。
4.当所有点位连接完成后，对弯头进行优化。
曼哈顿距离不是距离不变量，当坐标轴变动时，点之间的距离就会不同。曼哈顿距离示意图在早期的计算机图形学中，屏幕是由像素构成，是整数，点的坐标也一般是整数，原因是浮点运算很昂贵，很慢而且有误差，如果直接使用AB的欧氏距离，则必须要进行浮点运算，如果使用AC和CB，则只要计算加减法即可，大大提高了运算速度，而且不管累计运算多少次，都不会有误差。
A*算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，也是解决许多搜索问题的有效算法，算法中的距离估算值与实际值越接近，最终搜索速度越快，是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，也是许多其他问题的常用启发式算法。
当对弧形进行处理时，首先算出属性区域的中心线，然后对中心线进行偏移，呈环形内外扩张，直到将所有的点位连接到线路上。
综上所述，本实施例的原理在于：采用分组算法和连线算法，分组算法采用了最小生成树和贪心算法，得到更好的分组结果，连线的算法连接方式和点之间连接关系分开处理，首先计算点位之间的连接关系，并采用了蚁群-免疫算法得到连接关系，连线算法简化成两个点之间如何连接，为了加快连接效率，先用曼哈顿距离尝试连接，无法连接时则进行直连尝试，最终采用一定能连接出来的但是速度最慢的A*算法进行连接，所有连线连接完成，再进行后续的检查和调整，进行后处理来解相交，同时减少弯头数量，从而得到管线连接的最先线路和长度。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：
S1、将需要连接的对象进行分组；
S2、构建最小生成树；
S3、分割最小生成树并给最小生成树的边均赋予一个评价值；
S4、通过贪心算法计算出分组结果；
S5、通过分组结果进行管线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，在步骤S1中，对相同一个分组内的连接对象数量进行限制，并且同一分组内的连接对象数量各不相同，在分组时对连接对象的直线距离以及被障碍物阻隔的真实行走距离进行测算，并选择相互接近的连接对象位于同一分组内。
3.根据权利要求2所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，步骤S2具体分为以下步骤：
S21、将所有需要连接的对象作为一个点，将障碍物的边和点加入一个点集；
S22、利用点集构建劳内三角图，并删除劳内三角图中穿过障碍物的边；
S23、利用劳内三角图中剩下的边构建最小生成树；
S24、删除最小生成树中属于障碍物的叶子节点；
S25、处理最小生成树中非叶子节点但是属于障碍物的点，并转换绕障边。
4.根据权利要求1所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，在步骤S3中，最小生成树的边越长则赋予的评价值越小，且对评价值最小的边进行删除处理。
5.根据权利要求4所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，在步骤S4中，贪心算法的评价标准为：
a、先判断每次分割后两棵树的位置，若两棵树是近对角关系，则评价值为高，反之则评价值为低；
b、使用两棵树的距离最小方差进行分割；
c、设定分割后的两棵树的节点数量范围，当分割后的两棵树的节点数量超出设定的节点数量范围，则舍弃分割方案。
6.根据权利要求5所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，在步骤S5中，管线连接的主要步骤为：
S51、使用同一分组内的节点构建完全图G；
S52、在完全图G中采用蚁群-免疫算法得出一个最优生成树Tbest用来表达个点之间的连接关系；
S53、根据Tbest遵守横平竖直的原则连接所有个点。
7.根据权利要求6所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，在步骤S51中，建立完全图G时，使用两点之间的曼哈顿距离进行建图。
8.根据权利要求7所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，步骤S52具体分为以下步骤：
S521、初始化信息素和各种参数，各个点之间的信息素初始化为A/权重；
S522、设置全局记忆细胞数量，设置蚂蚁数量；
S523、采用Prim算法搜索最小生成树，得到给定数量的抗体并进行交叉和变异。
9.根据权利要求8所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，在步骤S523中，通过两种采用两种方式进行交叉和变异来得到更多的抗体：
A、局部记忆细胞分化出抗体与产生的新抗体进行随机交叉分配；
B、新抗体中的每个抗体按设定概率进行变异；
得到抗体之后，取出最优抗体并保存，给定迭代次数，达到给定迭代次数之后或者解逐渐收敛之后终止算法，并从全局最优解之中取出一个评价值最高的解，作为最终最优解。
10.根据权利要求9所述的一种基于路由规划的电气连管自动连线方法，其特征在于，管线连接时采用以下算法策略：1.采用曼哈顿算法直连，若路径上没有障碍则选择其中一条.
2.若两根曼哈顿距离连线都有障碍物，但是两个点位直接连接没有障碍物，则让两个点直接连接。
3.若直接连接依旧穿过障碍物，则采用a*算法进行管线连接。4.当所有点位连接完成后，对弯头进行优化。
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