JP5178645B2 - Multi-route search apparatus and method - Google Patents
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本発明は、空間内に複数の経路を設ける際、制約条件を満たした経路を探索するための装置及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for searching for a route that satisfies a constraint when providing a plurality of routes in a space.
2次元平面や3次元空間内に始点と終点を与え、この2点を結ぶ経路を探索する問題は、最短経路問題として非常に良く知られた問題であり、産業界での適用事例も多数ある。例えば、2次元平面の場合、カーナビゲーションシステムへの適用が良く知られている。3次元空間内の場合、LSI(Large Scale Integrated circuit)の配線設計、発電用プラントや一般産業プラントなどの配管や電気ケーブルの設計などへの適用例がある。 The problem of searching for a route connecting two points by giving a start point and an end point in a two-dimensional plane or three-dimensional space is a well-known problem as the shortest route problem, and there are many applications in the industry. . For example, in the case of a two-dimensional plane, application to a car navigation system is well known. In the case of a three-dimensional space, there are application examples to LSI (Large Scale Integrated Circuit) wiring design, piping for electric power generation plants and general industrial plants, and design of electric cables.
どちらの場合でも、制約条件や所望の経路を得るための指標(評価指標)が設定される。制約条件は、適用対象によって異なるが、多くの場合、与えられた2次元平面あるいは3次元空間内で経路を通してはいけない箇所(禁止区域)などが代表的である。評価指標としては、経路の長さが最短となるように設定したり、コストが最小となるように設定する場合が多い。経路の探索対象となる2次元平面や3次元空間の規模が大きくなり、決定しなければならない経路の数が多くなると、組合せの数が多くなり、最短経路問題の解を求めることが困難になる。 In either case, a constraint condition or an index (evaluation index) for obtaining a desired route is set. Although the constraint condition varies depending on the application target, in many cases, a portion that is not allowed to pass through a route (prohibited area) in a given two-dimensional plane or three-dimensional space is representative. In many cases, the evaluation index is set so that the length of the route is the shortest or the cost is minimum. As the size of the two-dimensional plane or three-dimensional space to be searched for routes increases and the number of routes that must be determined increases, the number of combinations increases and it becomes difficult to find a solution to the shortest route problem. .
従来、2次元平面及び3次元空間での最短経路問題を解く手法として、バックトラック法や幅優先探索がある。バックトラック法は、与えられた始点から経路を選択し、行き詰ると後戻りして別の経路を選択するという試行錯誤的な探索手法である。従って、最初に見つかる経路が最短経路であるという保証はない。幅優先探索は、すべての経路について、平行に探索を進めるため、最初に見つかる経路が最短経路となる。どちらの手法も、始点から終点までの経路を1つずつ進めながら求めるため、計算量が多くなる。 Conventionally, there are a backtrack method and a breadth-first search as a method for solving the shortest path problem in a two-dimensional plane and a three-dimensional space. The backtracking method is a trial-and-error search method in which a route is selected from a given starting point, and when it gets stuck, it goes back and selects another route. Therefore, there is no guarantee that the first route found is the shortest route. In the breadth-first search, search is advanced in parallel for all routes, so the first route found becomes the shortest route. In both methods, since the route from the start point to the end point is obtained one by one, the calculation amount increases.
そこで、ベルマンが提案した最適性の原理をもとにした探索手法が考案されている。最適性の原理とは、全体問題の最適解の部分解はその部分問題の最適解に一致するというものである。これをもとにした動的計画法は、対象となる問題を複数の部分問題に分割し、同じ部分問題を繰り返し解かないようその部分問題の解を保存しておく手法である。最短経路問題をコンピュータで解析する場合、途中のある点までの経路を保存しておけば、その点を含んだ経路探索時に、保存してある経路を用いると、その点までの計算は不要となり、計算量を節約できる。 Therefore, a search method based on the principle of optimality proposed by Bellman has been devised. The principle of optimality is that the partial solution of the optimal solution of the overall problem matches the optimal solution of the subproblem. Dynamic programming based on this is a technique in which the target problem is divided into a plurality of subproblems and the solutions of the subproblems are stored so that the same subproblem is not repeatedly solved. When analyzing the shortest path problem with a computer, if the route up to a certain point in the middle is saved, if the saved route is used when searching for the route including that point, the calculation up to that point becomes unnecessary. , Can save the calculation amount.
最適性の原理を用いた他の手法としてダイクストラ法がある。ダイクストラ法は、主にグラフ理論で用いられる手法である。グラフとは、複数の点とそれを接続するパスで構成されたものである。ダイクストラ法は、最適な経路として最短経路を求める場合、最短経路長の定まった点から、さらに経路1つで到達可能な点のうち、経路長が最短の点を、最短経路と決定するという手法である。 Another method using the principle of optimality is the Dijkstra method. The Dijkstra method is a method mainly used in graph theory. A graph is composed of a plurality of points and paths connecting them. In the Dijkstra method, when the shortest route is obtained as the optimum route, a point having the shortest route length among points that can be reached by one route is determined as the shortest route from the points having the shortest route length. It is.
複数の経路を求める場合も、一本目の経路の始点と終点を与え、上述した手法を用いて経路を決定する。次に、2本目の経路の始点と終点を与え、同様に経路を求める。この手順を必要な経路本数分繰り返すことで、複数の経路を求める。ただし、これらの場合、得られる経路は一種類であり、多数の異なった経路の組合せを得るためには、各経路に与える制約条件を変更しながら、上述した手順を繰り返し実施しなければならない。条件設定などはユーザの人手によって行うため、網羅的な経路の組合せを得ることが困難である。 When obtaining a plurality of routes, the starting point and the ending point of the first route are given, and the route is determined using the above-described method. Next, the start point and end point of the second route are given, and the route is obtained in the same manner. By repeating this procedure for the required number of routes, a plurality of routes are obtained. However, in these cases, there is only one type of route, and in order to obtain a combination of a number of different routes, the above-described procedure must be repeated while changing the constraint conditions given to each route. Since conditions are set manually by the user, it is difficult to obtain a comprehensive combination of routes.
そこで、制約条件の幾つかをパラメータ化し、遺伝的アルゴリズムを用いることで複数の経路を得る手法がある。 Therefore, there is a method of obtaining a plurality of routes by parameterizing some of the constraint conditions and using a genetic algorithm.
遺伝的アルゴリズムは、1975年、J.Hollandによる適応システムの研究に端を発し、1989年、D.Goldbergによりアルゴリズムの枠組みが体系化された手法である。具体的には、問題の解を記号列として表現した個体を用い、生物の持つ遺伝機構と自然選択を模擬することで、複数の個体による離散的な探索空間での最適化をする。また、個体間でお互いの遺伝情報を交換する交叉演算にて、新しい探索点を生成することを特徴としている。各個体の優劣を判断するため、適応度関数と呼ばれる指標を設定する。適応度関数は、通常は、最適化問題における評価指標と同様である。遺伝的アルゴリズムは、他の手法と異なり、複数の個体による探索が可能となるため、組合せ問題やスケジューリング問題への適用事例が多数ある。体系化されたアルゴリズムや簡単な事例については、非特許文献1に記載されている。また、産業界への適用事例などについては、非特許文献2に記載されている。
The genetic algorithm was described in 1975, J.A. Originated in the study of adaptation systems by Holland. This is a technique in which the framework of the algorithm is systematized by Goldberg. Specifically, by using an individual that expresses the solution of the problem as a symbol string and simulating the genetic mechanism and natural selection of an organism, optimization is performed in a discrete search space by a plurality of individuals. In addition, a new search point is generated by a crossover operation in which genetic information is exchanged between individuals. In order to determine the superiority or inferiority of each individual, an index called fitness function is set. The fitness function is usually the same as the evaluation index in the optimization problem. Unlike other methods, the genetic algorithm can be searched by a plurality of individuals, so there are many application examples to combination problems and scheduling problems.
また、特許文献1では、発電プラントの配管経路を探索する手法として、配管経路方向の優先度をパラメータとし遺伝的アルゴリズムを適用することで、複数の経路パターンを得るための手法が記載されている。
2次元平面または3次元空間内に複数の経路を設定する場合、経路は、経路探索の順番に大きく依存して設定されるという問題がある。3次元空間内で2本の経路を決定する問題を例とし、図2と図3を用いて、経路決定の順番に関する問題を詳しく説明する。 When a plurality of routes are set in a two-dimensional plane or a three-dimensional space, there is a problem that the route is set largely depending on the order of route search. Taking the problem of determining two routes in a three-dimensional space as an example, the problem regarding the order of route determination will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
まず、図2と図3に示すように、対象とする空間を格子状のメッシュに分割する。対象空間は、6×6×3の格子数からなり、ハッチングした箇所は、障害物を模擬しており、経路を通すことができない禁止区域を示している。S1とS2を始点とし、それぞれG1とG2を終点とする2本の経路P1、P2を求める。接続点は、経路P2が必ず通る経由点である。発電用プラントや一般産業プラントなどの配管の場合には、配管と機器とが接続する位置に相当する。 First, as shown in FIGS. 2 and 3, the target space is divided into lattice meshes. The target space is composed of 6 × 6 × 3 grids, and the hatched portion simulates an obstacle and indicates a prohibited area where the route cannot be passed. Two paths P1 and P2 having S1 and S2 as start points and G1 and G2 as end points are obtained. The connection point is a waypoint that the path P2 always passes. In the case of piping for power generation plants, general industrial plants, etc., this corresponds to the position where piping and equipment are connected.
図2では、P1を始めに経路探索し、次にP2を経路探索した場合の一例を示している。この場合、P1は空間内での最適な経路(最短経路)を選択することが出来るが、P2は、すでに確保されたP1の経路を避ける必要があるため、最適な経路にはならない。 FIG. 2 shows an example in which a route search is first performed for P1, and then a route search is performed for P2. In this case, P1 can select the optimum route (shortest route) in the space, but P2 does not become the optimum route because it is necessary to avoid the already secured route of P1.
一方、図3は、P2を始めに経路探索し、次にP1を経路探索した場合の一例である。この場合は、図2の場合とは反対に、P2が最適な経路(最短経路)となるが、P1は、P2の経路を避ける必要があるため、最適な経路とはならない。 On the other hand, FIG. 3 shows an example in which a route search is first performed for P2, and then a route search is performed for P1. In this case, contrary to the case of FIG. 2, P2 is the optimum route (shortest route), but P1 is not the optimum route because it is necessary to avoid the route of P2.
この2例に対し、設定された経路を、直線部の長さと曲部(曲がり角)の数の合計を評価指標として評価する。評価指標の値が小さいほど経路が短くなり、評価指標の値が最小となる経路が最適な経路(最短経路)である。始点S1とS2、及び終点G1とG2は、ともに該当メッシュの中心に位置するとし、直線部の長さは格子数で表現する。 For these two examples, the set route is evaluated using the total of the length of the straight line portion and the number of curved portions (bending corners) as an evaluation index. The smaller the evaluation index value is, the shorter the path is, and the path having the smallest evaluation index value is the optimum path (shortest path). The start points S1 and S2 and the end points G1 and G2 are both located at the center of the corresponding mesh, and the length of the straight line portion is expressed by the number of grids.
図2の場合は、P1の経路の長さと曲部の合計数は9であり、P2は20となる。図3の場合は、P1が15、P2が14である。どちらの場合も、P1とP2の評価指標の合計は29である。このように、図2の場合はP1、図3の場合はP2が最適な経路であり、先に探索した方の経路が最適な経路として求められる。 In the case of FIG. 2, the total length of the path length and the curved portion of P1 is 9, and P2 is 20. In the case of FIG. 3, P1 is 15 and P2 is 14. In both cases, the sum of the evaluation indexes of P1 and P2 is 29. As described above, P1 is the optimum route in the case of FIG. 2, and P2 is the optimum route in the case of FIG. 3, and the route searched earlier is obtained as the optimum route.
しかし、P1とP2がいずれも最適な経路でなくても、上述した評価指標の合計が、P1とP2のうち一方が最適な経路である場合(図2、3の場合)と同じ値になる場合も存在する。図4に、この一例を示す。図4では、P1の経路の長さと曲部の合計は13、P2は16である。従って、この場合のP1とP2は、P1が最適となる場合(図2)のP1やP2が最適となる場合(図3)のP2とそれぞれ比べて、ともに評価指標の値は大きい。すなわち、図4の場合は、P1とP2の両方とも最適な経路ではない。ところが、P1とP2の評価指標の合計は29であり、図2と図3の場合と同じ値になっている。 However, even if neither P1 nor P2 is the optimum route, the total of the above-described evaluation indexes becomes the same value as when one of P1 and P2 is the optimum route (in the case of FIGS. 2 and 3). There are cases. FIG. 4 shows an example of this. In FIG. 4, the total length of the path of P1 and the curved portion is 13, and P2 is 16. Therefore, P1 and P2 in this case both have larger evaluation index values than P2 when P1 is optimal (FIG. 2) and P2 when P1 is optimal (FIG. 3). That is, in the case of FIG. 4, both P1 and P2 are not optimal paths. However, the sum of the evaluation indexes of P1 and P2 is 29, which is the same value as in the case of FIGS.
このように、個々の経路がいずれも最適でない場合であっても、評価指標の合計が最小となり、全体としては最適となる場合が存在する。このような場合の経路は、従来の手法では探索することができない。 As described above, even when none of the individual routes is optimal, there is a case where the sum of the evaluation indexes is minimized and the entire route is optimal. The route in such a case cannot be searched by the conventional method.
従って、上述した非特許文献1、2及び特許文献1に記載の技術は、経路探索の順番に依存しないで、多数の異なった経路、特に最適な経路を得ることが困難である。
Therefore, it is difficult for the techniques described in
本発明の目的は、3次元空間内で複数の経路を探索する場合に、経路探索の順番に依存せず、複数の経路を自動的に得られるような経路探索装置及び方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a route search apparatus and method that can automatically obtain a plurality of routes without depending on the route search order when searching for a plurality of routes in a three-dimensional space. is there.
前述の課題を解決するため、本発明による複数経路の探索装置及び方法は以下の機能で構成される。 In order to solve the above-described problems, a multi-path search apparatus and method according to the present invention are configured with the following functions.
本発明による第1の複数経路の探索装置は、3次元空間内の始点と終点とを結ぶ複数の経路を探索する複数経路の探索装置であって、前記3次元空間の形状データを取り込む外部入力インターフェイスと、複数の前記経路の探索に必要な条件を設定する初期設定部と、最適経路を求めるための評価指標に基づき複数の前記経路の探索を実行する経路演算部と、前記初期設定部が設定した探索条件を保存する探索条件データベースと、前記形状データと前記経路演算部による経路探索結果とを保存する探索結果データベースと、前記経路探索結果を外部に出力するための外部出力インターフェイスとを備え、前記経路演算部は、前記3次元空間内に、前記経路を通すことができない仮想禁止区域を設けることを特徴とする。 A first multi-path search apparatus according to the present invention is a multi-path search apparatus that searches for a plurality of paths connecting a start point and an end point in a three-dimensional space, and is an external input that captures shape data of the three-dimensional space. An interface, an initial setting unit for setting a condition necessary for searching for the plurality of routes, a route calculation unit for executing a search for the plurality of routes based on an evaluation index for obtaining an optimum route, and the initial setting unit. A search condition database for storing set search conditions; a search result database for storing the shape data and a route search result by the route calculation unit; and an external output interface for outputting the route search result to the outside. The route calculation unit is characterized in that a virtual prohibited area that cannot pass the route is provided in the three-dimensional space.
本発明による第2の複数経路の探索装置は、本発明による第1の複数経路の探索装置において、前記経路演算部は、経路探索の順番を設定し、この経路探索の順番に応じて前記仮想禁止区域の位置を変化させる。 The second multi-path search device according to the present invention is the first multi-route search device according to the present invention, wherein the route calculation unit sets a route search order, and the virtual search is performed according to the route search order. Change the position of the prohibited area.
本発明による第3の複数経路の探索装置は、本発明による第2の複数経路の探索装置において、複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの数に応じて前記評価指標の値を補正する。 A third multi-path search device according to the present invention is the second multi-route search device according to the present invention, wherein the evaluation index value is determined according to the number of route patterns obtained by the plurality of route searches. to correct.
本発明による第4の複数経路の探索装置は、本発明による第2の複数経路の探索装置において、複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの一致度に応じて前記評価指標の値を補正する。 The fourth multi-path search device according to the present invention is the second multi-route search device according to the present invention, wherein the value of the evaluation index is determined according to the degree of coincidence of the pattern of the routes obtained by searching the plurality of routes. Correct.
本発明による第5の複数経路の探索装置は、本発明による第1〜第4の複数経路の探索装置において、入力装置と接続され、前記入力装置を介して、前記仮想禁止区域の個数と前記評価指標の値の補正方法とのうち、少なくとも1つを入力する。 A fifth multi-path search device according to the present invention is connected to an input device in the first to fourth multi-route search devices according to the present invention, and the number of the virtual prohibited areas and the At least one of the evaluation index value correction methods is input.
本発明による第6の複数経路の探索装置は、本発明による第1〜第5の複数経路の探索装置において、画像表示装置と接続され、前記評価指標の値と複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンとのうち、少なくとも1つを前記画像表示装置に表示する。 A sixth multi-path search device according to the present invention is connected to an image display device in the first to fifth multi-route search devices according to the present invention, and is obtained by searching for a value of the evaluation index and a plurality of the routes. At least one of the obtained route patterns is displayed on the image display device.
本発明による第1の複数経路の探索方法は、複数経路の探索装置により、3次元空間内の始点と終点とを結ぶ複数の経路を、最適経路を求めるための評価指標に基づき遺伝的アルゴリズムを用いて探索する複数経路の探索方法であって、前記3次元空間内に、前記経路を通すことができない仮想禁止区域を配置する工程と、前記仮想禁止区域の配置位置をパラメータで表し、探索により得られる複数の前記経路に対して同じ経路パターンを解に持つ個体数が少なくなるように前記パラメータを補正し、この補正パラメータにより新たな仮想禁止区域の配置を決定する工程とを有して複数の前記経路を探索することを特徴とする。 According to the first multiple route search method of the present invention, a multiple route search device uses a genetic algorithm based on an evaluation index for obtaining an optimum route for a plurality of routes connecting a start point and an end point in a three-dimensional space. A method of searching for a plurality of routes to search using, a step of arranging a virtual prohibited area that cannot pass through the route in the three-dimensional space, and a placement position of the virtual prohibited area as parameters, Correcting the parameters so that the number of individuals having the same route pattern in the solution for a plurality of the obtained routes is reduced, and determining a placement of a new virtual prohibited area by the correction parameters. The route is searched for.
本発明による第2の複数経路の探索方法は、本発明による第1の複数経路の探索方法において、前記仮想禁止区域の配置位置と複数の前記経路の探索順番とをパラメータで表し、探索により得られる複数の前記経路に対して同じ経路パターンを解に持つ個体数が少なくなるように前記パラメータを補正し、この補正パラメータにより新たな仮想禁止区域の配置を決定する工程を有して複数の前記経路を探索する。 A second multiple route search method according to the present invention is the first multiple route search method according to the present invention, wherein the placement position of the virtual prohibited area and the search order of the plurality of routes are represented by parameters and obtained by the search. Correcting the parameters so that the number of individuals having the same route pattern in the solution for a plurality of the routes is reduced, and determining the placement of a new virtual prohibited area by the correction parameters, Search for a route.
本発明による第3の複数経路の探索方法は、本発明による第2の複数経路の探索方法において、複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの数に応じて前記評価指標の値を補正する工程を有して複数の前記経路を探索する。 A third multiple route search method according to the present invention is the second multiple route search method according to the present invention, wherein the value of the evaluation index is set according to the number of route patterns obtained by the plurality of route searches. A plurality of the routes are searched by including a correcting step.
本発明による第4の複数経路の探索方法は、本発明による第2の複数経路の探索方法において、複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの一致度に応じて前記評価指標の値を補正する工程を有して複数の前記経路を探索する。 A fourth multiple route search method according to the present invention is the second multiple route search method according to the present invention, wherein the value of the evaluation index is determined according to the degree of coincidence of the route patterns obtained by the plurality of route searches. And searching for a plurality of the routes.
本発明による経路の探索装置及び方法では、所定の始点・終点間について経路を探索する場合に、人手によって条件設定を変えることなく自動的に複数経路の探索の結果を得ることができるため、従来の試行錯誤的な作業を大幅に減らすことが可能となる。また、網羅的な探索が可能であるため、見落としや探索漏れなどを防止することが可能である。 In the route searching apparatus and method according to the present invention, when searching for a route between a predetermined start point and an end point, a result of searching for a plurality of routes can be automatically obtained without manually changing the condition setting. The trial and error work can be greatly reduced. Moreover, since an exhaustive search is possible, it is possible to prevent an oversight or a search omission.
以下、本発明による複数経路の探索装置及び方法の実施形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明による複数経路の探索装置の構成を示すブロック図である。本実施例では、複数経路の探索装置及び方法を、発電用プラントや一般産業プラントなどの配管に適用した例について説明する。本実施形態において、求めるべき最適な経路とは、配管の直線部の長さと曲部(曲がり角)の数の合計が最も少ない最短経路のことである。本発明による複数経路の探索装置及び方法は、このような最適経路を求めるにあたって、探索の順番に依存せずに多数の経路を自動的に求めることが可能である。 Hereinafter, an example of an embodiment of a multi-route search apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a multi-path search apparatus according to the present invention. In the present embodiment, an example in which the multi-path search device and method are applied to piping of a power generation plant or a general industrial plant will be described. In the present embodiment, the optimum route to be obtained is the shortest route having the smallest sum of the length of the straight portion of the pipe and the number of curved portions (bending angles). The multi-path search apparatus and method according to the present invention can automatically determine a large number of routes without depending on the search order when determining such an optimal route.
経路探索(配管)の対象となる3次元空間100は、記憶装置110に保存されているデータであり、例えば、汎用的な3次元CADで作成される。この3次元空間100内には、複数の機器が配置されており、これらの機器を配管で接続する場合について説明する。機器についても、ユーザが汎用的な3次元CADを用いて配置するものとし、これらの機器を接続する配管の始点と終点もユーザが与えるものとする。
The three-
記憶装置110に保存された3次元空間100のデータを処理するシステムは、経路探索装置200、入力装置900、支援ツール910、及び画像表示装置950で構成される。
A system that processes data in the three-
経路探索装置200は、外部入力インターフェイス210を介して記憶装置110から、3次元空間100の3次元形状を特徴づける形状データ1を取り込む。形状データ1は、3次元空間100内の機器や配管の形状に関するデータである。また、経路探索装置200では、外部出力インターフェイス260を介して、支援ツール910に探索結果5を送信する。
The
図5に、形状データ1のうち、機器に関するデータの様式を示す。図5に示すように、形状データ1の機器に関するデータは、対象機器のID、その対象機器を包含する最小の直方体または立方体Vの中心線Lの両端座標、及びその直方体または立方体Vの最小と最大の点座標を含む。
FIG. 5 shows a data format related to the device among the
図6は、形状データ1のうち、配管の形状に関するデータの様式を示す。配管のID、名称、種別、口径、肉厚、保温材厚み、及び他の機器または配管とのクリアランスが記載されている。さらに、ユーザにより指定された配管(経路)の始点と終点の座標も含む。
FIG. 6 shows the data format related to the shape of the piping in the
外部入力インターフェイス210で取り込んだ形状データ1は、入力データ2として初期設定部220及び探索結果データベース(探索結果DB)240に伝送される。
The
初期設定部220は、ユーザからの指定値またはデフォルト値を、経路演算部230での経路探索に必要となる演算入力値3として設定し、経路演算部230へ出力する。また、設定した演算入力値3は、探索条件データベース(探索条件DB)250に格納される。演算入力値3については、探索条件データベース250のテーブルの説明にて詳しく述べる。
The
経路演算部230では、探索結果データベース240に格納されている入力データ2のうち経路の始点・終点データ6と、初期設定部220からの演算入力値3とをもとに、経路探索を実施し、経路演算結果4を外部出力インターフェイス260と探索結果データベース240に伝送する。経路の演算に関する詳細な処理については、詳しく後述する。
The
探索結果データベース240では、外部入力インターフェイス210からの入力データ2と経路演算部230からの経路演算結果4とを受け取り、それぞれを決められた形式で保存する。また、経路演算部230に、処理に必要となる経路の始点・終点データ6を伝送する。探索結果データベース240に格納するデータの形式については、詳しく後述する。
The
外部出力インターフェイス260では、経路演算部230での経路演算結果4を受け取り、探索結果5として支援ツール910へ伝送する。また、探索結果5を保存するために記憶装置110に伝送し、3次元空間100とともに可視化できるようにする。
The
ユーザは、キーボード901とマウス902で構成される入力装置900、及び画像表示装置950に接続されている支援ツール910を用いることにより、3次元空間100に対して、新規形状の生成や、既に配置されている形状データの修正・削除が可能である。また、ユーザは、入力装置900、支援ツール910、及び画像表示装置950を用い、初期設定部220に探索条件を設定したり、探索条件データベース250や探索結果データベース240に保存されている情報にアクセスしたりすることができる。
The user uses the
支援ツール910は、外部入力インターフェイス920、データ送受信処理部930、及び外部出力インターフェイス940で構成される。
The
入力装置900で生成した入力信号31は、支援ツール910の外部入力インターフェイス920を介して支援ツール910に取り込まれ、入力信号32としてデータ送受信処理部930に伝送される。
The
データ送受信処理部930は、入力信号32の情報に従って、経路探索装置200から探索情報10を取得したり、経路探索装置200の初期設定部220の設定値を参照または設定したりする。また、データ送受信処理部930では、探索情報10や探索結果5を出力信号33として、外部出力インターフェイス940に送信する。
The data transmission /
外部出力インターフェイス940に送信された出力信号33は、出力信号34として画像表示装置950に送信され、画像表示装置950に表示される。
The output signal 33 transmitted to the
尚、本実施形態ではデータベースが全て経路探索装置200の内部に配置されているが、これらを経路探索装置200の外部に配置することもできる。また、本実施形態では記憶装置110が経路探索装置200の外部に配置されているが、内部に配置してもよい。
In the present embodiment, all the databases are arranged inside the
以下では、データベースに保存されている情報、及び経路演算部230の機能について説明する。
Hereinafter, information stored in the database and functions of the
図7を用いて、探索結果データベース240に保存される情報について説明する。図7は、探索結果データベース240に保存されている情報の態様を説明する図である。
Information stored in the
探索結果データベース240には、外部入力インターフェイス210からの入力データ2と、経路演算部230からの経路演算結果4とが格納される。入力データ2からは配管の形状に関する情報(配管のID、種別、口径、肉厚、保温材厚み、及び名称)が、経路演算結果4からは経路情報(経路の頂点数、各頂点の座標、及び経路の曲部の角度)がそれぞれ反映される。
The
例えば、図7に示すような始点と終点とを持った経路が1番目の経路パターンとして得られたとする。この時、パターン番号は1、頂点数は4として格納される。ID、配管種別、口径、肉厚、保温材厚み、配管名称は、入力データ2の値が格納される。その次に、経路の頂点座標(0,0,0)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、及び(100,500,200)が1点ごとに格納される。最後に、曲部の角度が格納される。始点と終点は、端部であり、曲部が存在しないので、曲部の角度は0となる。端部以外の点は、例えば曲部の角度が90度の場合、90という値が格納される。図7の場合は、0、a、b、及び0が格納される。このような形式で、全ての配管の情報と経路情報が格納される。
For example, assume that a route having a start point and an end point as shown in FIG. 7 is obtained as the first route pattern. At this time, the pattern number is stored as 1 and the number of vertices is stored as 4. The values of the
次に、図8を用いて、探索条件データベース250に保存される情報について説明する。図8は、探索条件データベース250に保存されている情報の態様を説明する図である。
Next, information stored in the
探索条件データベース250には、初期設定部220から出力された演算入力値3が格納される。演算入力値3には、対象配管を区別するIDと、遺伝的アルゴリズムに必要となるパラメータである世代数、個体数、選択演算子、交叉演算子、交叉確率、及び突然変異率とが含まれる。さらに、仮想禁止セル数、補正関数、及び重み係数が格納される。それぞれの項目の意味については、経路演算部230の機能の説明にて述べる。
The
また、演算入力値3には、経路探索の順番の決定に用いる経路のリストCが含まれ、このリストCも探索条件データベース250に格納される。経路のリストCについても、経路演算部230の機能の説明にて述べる。
The calculated
次に、経路演算部230の動作について説明する。経路演算部230は、評価指標(経路の直線部の長さと曲部の数の合計)の値が最小となる経路(最短経路)を最適な経路として探索する。
Next, the operation of the
従来手法での経路探索の問題点として、多数のさまざまな経路を生み出せないという問題がある。そこで、本発明では、対象空間内に仮想の障害物を配置し、この障害物の配置位置をさまざまに変えることで、多数の異なる経路を生み出すこととした。 There is a problem that a large number of various routes cannot be generated as a problem of the route search in the conventional method. Therefore, in the present invention, a virtual obstacle is arranged in the target space, and a number of different paths are generated by changing the arrangement position of the obstacle in various ways.
図9に、対象空間内に仮想の障害物を配置し、始点と終点間の経路を求めた例を示す。2点間の経路を求める手法は、従来手法である動的計画法を用いている。しかしながら、障害物があるため、これを避けるようなルートが生成されている。この仮想の障害物を仮想禁止セルと呼ぶことにする。すなわち、仮想禁止セルは、経路を通すことができない仮想の禁止区域のことである。従って、この仮想禁止セルの配置位置と経路の探索順番をパラメータとした最適化計算をすることで、従来手法での経路探索の問題点を解決することが可能である。 FIG. 9 shows an example in which a virtual obstacle is arranged in the target space and a route between the start point and the end point is obtained. As a method for obtaining a path between two points, a dynamic programming method which is a conventional method is used. However, since there is an obstacle, a route that avoids this is generated. This virtual obstacle is called a virtual prohibited cell. In other words, the virtual prohibited cell is a virtual prohibited area that cannot be routed. Therefore, it is possible to solve the problem of the route search by the conventional method by performing the optimization calculation using the placement position of the virtual prohibition cell and the route search order as parameters.
このパラメータを、遺伝的アルゴリズムの計算手法を用いて求める。遺伝的アルゴリズムでは、対象となるパラメータを遺伝子列の状態に変換する必要がある。これをコーディングと呼んでいる。遺伝子列の状態に変換する前の状態を表現型と呼ぶ。 This parameter is obtained using a calculation method of a genetic algorithm. In the genetic algorithm, it is necessary to convert the target parameter into the state of the gene string. This is called coding. The state before being converted into the gene sequence state is called a phenotype.
図10に、本発明における経路探索のパラメータを遺伝子列にコーディングした例を示す。図10では、2本の経路に対し、空間内に3つの仮想禁止セルを配置するという初期設定を表している。遺伝子列の先頭部分は、経路の探索順序を示しており、残りの部分は、仮想禁止セルの配置位置を示している。 FIG. 10 shows an example in which a parameter for route search in the present invention is coded in a gene string. FIG. 10 shows an initial setting in which three virtual prohibited cells are arranged in the space for two routes. The head part of the gene string indicates the search order of the route, and the remaining part indicates the arrangement position of the virtual prohibition cell.
経路探索の順番は、前述した経路のリストCを用いて、次のようにして決定する。経路のリストCは、空間内に引く経路の数で決定され、例えば、経路のリストをC=(p,q)とする。このリストCは、空間内に経路を2本引き、リストの1番目が経路p、2番目が経路qであることを表している。経路pの始点をSp、終点をGpとすると、経路pは、始点Spと終点Gpとを結ぶ経路候補(複数の経路候補がある場合は、これらを全て含む)を意味している。経路qについても同様に、始点Sqと終点Gqとを結ぶ経路候補を意味している。 The route search order is determined using the route list C described above as follows. The route list C is determined by the number of routes drawn in the space. For example, the route list is C = (p, q). This list C represents that two routes are drawn in the space, the first in the list is the route p, and the second is the route q. When the start point of the route p is Sp and the end point is Gp, the route p means a route candidate that connects the start point Sp and the end point Gp (if there are a plurality of route candidates, all of them are included). Similarly, the route q means a route candidate connecting the start point Sq and the end point Gq.
図10の遺伝子列の1番目は「1」であるため、リストCの1番目にある経路pを1番目の探索候補とする。その後、経路pが選択されたため、C=(q)とリストを更新する(2番目の経路qを1番目に繰り上げる)。図10の遺伝子列の2番目は「1」であるため、やはり、リストCの1番目にある経路qを2番目の探索候補とする。以上のような方法で、経路探索の順番を決定する。 Since the first gene string in FIG. 10 is “1”, the first path p in the list C is set as the first search candidate. After that, since the route p is selected, the list is updated with C = (q) (the second route q is moved up to the first). Since the second gene string in FIG. 10 is “1”, the first route q in the list C is also set as the second search candidate. The route search order is determined by the above method.
仮想禁止セルの配置位置については、それぞれx、y、zの3方向の座標が必要となるため、1つのセルに対して、遺伝子列の3つ分を用いる。遺伝子列のそれぞれの数値は、対象空間をメッシュ状に分割した際の、x、y、z軸の格子点の数を表している。 As for the placement position of the virtual prohibition cell, coordinates in three directions of x, y, and z are required, and therefore, three gene strings are used for one cell. Each numerical value of the gene string represents the number of lattice points on the x, y, and z axes when the target space is divided into meshes.
リストCと図10に示した遺伝子列とを用いて、経路p(始点Spと終点Gp間の経路候補)や経路q(始点Sqと終点Gq間の経路候補)が、配置された仮想禁止セルに対していくつあり、それはどのような経路であるかを探索する。この経路探索は、仮想禁止セルの配置位置を変化させて、繰り返し行う。 Using the list C and the gene sequence shown in FIG. 10, a virtual prohibited cell in which a route p (a route candidate between the start point Sp and the end point Gp) and a route q (a route candidate between the start point Sq and the end point Gq) are arranged And how many routes it is. This route search is repeated by changing the placement position of the virtual prohibited cell.
これまでの設定で、遺伝的アルゴリズムを使ってパラメータを探索することが可能となった。しかし、このままでは、多数の異なる経路を生み出すために仮想禁止セルを経路パターンが増加するような位置に配置する仕組みがないため、初期値に依存する結果が得られる。そこで、本発明では、遺伝的アルゴリズムに必要となる評価関数を補正する手法を導入する。 With the settings so far, it has become possible to search for parameters using a genetic algorithm. However, as it is, there is no mechanism for arranging the virtual prohibition cell at a position where the route pattern increases in order to generate a large number of different routes, so that a result depending on the initial value is obtained. Therefore, in the present invention, a technique for correcting an evaluation function necessary for a genetic algorithm is introduced.
本発明では、経路の長さと曲部の個数の合計が最少となるような多数の最短経路(最適経路)を求めることが目的である。従って、評価指標(経路の直線部の長さと曲部の数の合計)を評価関数fで表現し、評価関数fが最小となる経路(最短経路)を複数求める。評価関数fは、次の式(1)で表すことができる。 An object of the present invention is to obtain a large number of shortest paths (optimal paths) that minimize the total of the length of the path and the number of curved portions. Therefore, the evaluation index (the sum of the length of the straight line portion of the route and the number of curved portions) is expressed by the evaluation function f, and a plurality of routes (shortest route) that minimize the evaluation function f are obtained. The evaluation function f can be expressed by the following equation (1).
iはi番目の経路を表す添え字、Iは経路の集合、xiはi番目の配管長さ、yiはi番目の曲部の個数を示し、αとβは重み係数を示している。この重み係数は、対象配管のコストや仕様などをもとに、ユーザによって指定される。 i is a subscript representing the i-th route, I is a set of routes, xi is the i-th pipe length, yi is the number of i-th curved portions, and α and β are weighting factors. This weight coefficient is specified by the user based on the cost and specifications of the target piping.
この評価関数fをもとに、繰り返し計算を実施し、得られた経路のパターン数とそのパターンに属する個体数とを求め、パターンに属する個体数に応じて、式(2)と式(3)を用いて評価関数fを補正する。 Based on this evaluation function f, iterative calculation is performed to obtain the number of patterns of the obtained route and the number of individuals belonging to the pattern, and according to the number of individuals belonging to the pattern, the equations (2) and (3 ) Is used to correct the evaluation function f.
diはi番目のパターンに占める個体数、Nは得られた経路に属する全個体数を表す。fsは補正された評価関数を示す。 di represents the number of individuals in the i-th pattern, and N represents the total number of individuals belonging to the obtained route. fs indicates a corrected evaluation function.
式(2)のdiについては、図11を用いて説明する。図11では、全個体数Nが10個あり、このうち、1番目の配管パターンを解に持つ個体数が5個、2番目の配管パターンを解に持つ個体数が3個、3番目の配管パターンを解に持つ個体数が2個となっている。この場合、diの値は、ぞれぞれ、d1=5、d2=3、d3=2となる。 The di in the equation (2) will be described with reference to FIG. In FIG. 11, the total number of individuals N is 10, among which the number of individuals having the first piping pattern as the solution is 5, the number of individuals having the second piping pattern as the solution is 3, and the third piping. The number of individuals with the pattern as a solution is two. In this case, the values of di are d1 = 5, d2 = 3, and d3 = 2, respectively.
式(2)では、diの値が大きい程、s(di)の値は小さくなる。s(di)の値が小さければ、式(3)より評価関数fsの値が大きくなるよう補正される。つまり、同じ経路パターンを多くもつ個体集団に対する評価関数fsは大きくなり、同じ経路パターンが少ない個体集団に対する評価関数fsは小さくなる。図11の場合、1番目の配管パターンを解に持つ固体の評価関数fsに比べて、3番目の配管パターンを解に持つ個体の評価関数fsが小さくなる。 In equation (2), the larger the value of di, the smaller the value of s (di). If the value of s (di) is small, the value of the evaluation function fs is corrected so as to be large from the equation (3). That is, the evaluation function fs for an individual group having many of the same path pattern is large, and the evaluation function fs for an individual group having a small number of the same path pattern is small. In the case of FIG. 11, the individual evaluation function fs having the third piping pattern as a solution is smaller than the solid evaluation function fs having the first piping pattern as a solution.
また、式(2)の代わりに、式(4)を用いてもよい。式(4)は、j番目の配管とk番目の配管の経路の差を示している。すなわち、式(4)の値の逆数は、経路のパターンの一致度を示す。2つの配管経路の差が小さいと、式(4)の値、すなわちs(di)の値は小さくなる。つまり、評価関数fsの値は大きくなる。経路のパターンの一致度(s(di)の逆数)も、大きくなる。逆に、2つの配管経路の差が大きくなれば、つまり、2つの配管経路が大きく異なっていれば、s(di)の値は大きくなり、評価関数fsの値は小さくなる。経路のパターンの一致度も小さくなる。 Moreover, you may use Formula (4) instead of Formula (2). Equation (4) shows the difference in path between the j-th pipe and the k-th pipe. That is, the reciprocal of the value of Equation (4) indicates the degree of matching of the route pattern. When the difference between the two piping paths is small, the value of equation (4), that is, the value of s (di) becomes small. That is, the value of the evaluation function fs increases. The degree of matching of the route pattern (the reciprocal of s (di)) also increases. Conversely, if the difference between the two piping paths increases, that is, if the two piping paths differ greatly, the value of s (di) increases and the value of the evaluation function fs decreases. The degree of matching of the route pattern is also reduced.
本発明による経路探索装置200の初期設定部220では、探索条件データベース250に保存される補正関数の情報(図8参照)として、式(2)を用いる場合は補正関数を「1」、式(4)を用いる場合は補正関数を「2」としている。
In the
図12は、上述した手法をもとにした経路演算部230の処理のフローチャートである。尚、本フローチャートの実行に必要なパラメータについては、支援ツール910よりユーザが値を設定することができる。この値の設定については後述する。
FIG. 12 is a flowchart of the process of the
図12において、ステップ301では、経路探索演算に必要な初期設定を初期設定部220から読込む。この初期設定には、前述した経路のリストCも含まれる。
In FIG. 12, in
次に、ステップ302で、ランダムにN個の個体を生成し、t=0として初期個体集団P(t)を生成する。尚、世代をt、最終世代をTで表す。
Next, in
ステップ303では、生成した個体集団P(t)を表現型に変換する。表現型への変換は、従来知られている一般的な遺伝的アルゴリズムの手法に基づく。
In
ステップ304で、一般的な遺伝的アルゴリズムの手法に従い、各個体の適応度を計算する。遺伝的アルゴリズムでは、この適応度が高い個体ほど、次世代に引き継がれやすくなるため、通常は、評価指標の最大化問題として、適応度関数と評価指標を等価にする。本発明では、評価指標(評価関数)の最小化問題であるため、本演算では、評価指標をマイナスとしたもの(評価指標の負号を変えたもの)を適応度関数とすることで、通常の方法と整合を取る。
In
ステップ305では、得られた適応度をもとに、選択演算子を適用して、新たな固体集団P’(t)を生成する。選択演算子とは、次世代に残す個体を選択する操作のことである。選択演算子には、幾つかの方法が考案されている。例えば、個体の適応度に応じた確率で次世代の個体を選択するルーレット選択法、固体を適応度の高い順番に並べ、この順番に応じて次世代の個体を選択するランキング法、N個の個体からs個の個体を組とし、その中で最も適応度の高いものを選択した後、s個分コピーして次世代の個体とするトーナメント法などがある。
In
本発明による経路探索装置200の初期設定部220では、探索条件データベース250に保存される選択演算子の情報(図8参照)として、ルーレット選択法を用いる場合は「1」、ランキング法を用いる場合は「2」、トーナメント法を用いる場合は「3」としている。また、全ての個体の中で、最も適応度が高い個体を優先的に残すエリート保存法を組み合わせることも可能である。
In the
次に、ステップ306にて、ステップ305で生成された新たな個体集団P’(t)内からランダムに2個ずつのペアを作り、交叉演算子を適用して、ある確率でこの2個体の遺伝子型の一部を交換し、新たな個体集団P’’(t)を生成する。ここで適用する確率を交叉率と呼ぶ。この交叉演算子にも、複数の方法が考案されている。遺伝子型で表現された個体の1点を境にして、お互いの記号列を交換する1点交叉、2点を境にする2点交叉、0と1からなる固体と同じ長さの記号列を持ったテンプレートを生成し、テンプレート内で1となっている箇所と同じ位置の記号列を交換する一様交叉などがある。
Next, in
本発明による経路探索装置200の初期設定部220では、探索条件データベース250に保存される交叉演算子の情報(図8参照)として、1点交叉を「1」、2点交叉を「2」、一様交叉を「3」とする。探索条件データベース250には、交叉率も保存されている(図8参照)。
In the
ステップ307では、交叉によって得られた個体集団P’’(t)に対し、突然変異演算子を適用して、最終的に次世代の個体集団P(t+1)を生成する。突然変異は、遺伝子型で表現された個体の一部を、ある確率で別の記号列に変える操作である。例えば、0、1を用いた遺伝子型では、0を1に、または1を0に変えることを指す。ここで用いている確率を、突然変異率と呼ぶ。突然変異率についての情報は、探索条件データベース250に保存されている(図8参照)。
In
ステップ308にて、世代tが最終世代Tに達していない(t<T)場合は、ステップ309に進む。世代tが最終世代Tに達した場合(t=T)は、終了となる。
If it is determined in
ステップ309では、世代tを次世代t+1にする。そして、ステップ303以後の操作を、世代tが最終世代Tになるまで繰り返す。
In
次に、ユーザが支援ツール910を用いて、画像表示装置950に探索結果5や、初期設定部220、探索結果データベース240、探索条件データベース250の情報を表示させる方法について説明する。
Next, a method in which the user uses the
図13〜図16は、画像表示装置950に表示される画面の実施例である。ユーザは、キーボード901やマウス902を用いて、これらの画面に表示されている欄にパラメータ値を入力するなどの操作を実行する。
FIGS. 13 to 16 are examples of screens displayed on the
図13は、画像表示装置950に表示される初期画面である。ユーザは、探索条件設定ボタン951、探索結果情報表示ボタン952、及び経路情報表示ボタン953の中から必要なボタンを選択し、マウス902を用いてカーソル954を移動させ、マウス902をクリックすることによりボタンを押す。
FIG. 13 shows an initial screen displayed on the
図14は、探索条件設定画面を説明する図である。図13において探索条件設定ボタン951をクリックすることにより、図14に示した画面が表示される。
FIG. 14 is a diagram for explaining a search condition setting screen. When the search
設定情報欄971には、ID、配管名称、世代数、個体数、選択演算子、交叉演算子、交叉率、突然変異率、仮想禁止セル数、補正関数、及び重み係数が表示される。選択演算子、交叉演算子、及び補正関数については、予め設定されている項目をプルダウンメニューより選択する。また、画面上のボックスにIDまたは配管の名称のいずれか一方を入力し、検索ボタン972をクリックすると、検索結果のみを表示することができる。これは、対象配管数が多い大規模なプラントに本装置を適用する場合に便利な機能である。
In the setting
転送ボタン973をクリックすることにより、設定情報欄971に表示されている情報が、経路探索装置200にある初期設定部220と探索条件データベース250に設定される。
By clicking the
キャンセルボタン974をクリックすると、設定情報欄971に入力された情報がキャンセルされる。また、戻るボタン975をクリックすることにより、図13に示した初期画面に戻ることができる。
If a cancel button 974 is clicked, the information input in the setting
図15は、探索結果情報の表示画面であり、探索結果データベース240に保存されている情報を画像表示装置950に表示したものである。図13において、探索結果情報表示ボタン952をクリックすることにより、図15に示した画面が表示される。
FIG. 15 is a display screen of search result information, in which information stored in the
ユーザは、画像表示装置950に表示させたい配管を、IDまたは配管名称を入力して検索ボタン985をクリックすることにより、検索することができる。また、表示ボタン983をクリックすることで、表示対象の配管に対する探索情報の1つである評価指標値(評価関数値)の世代数ごとの変化を、表示欄981に表示することができる。この時、評価指標値の最小値、平均値、最大値についても表示する。尚、検索や表示は、複数の配管を指定することが可能である。
The user can search for a pipe to be displayed on the
また、ユーザは、求めた経路パターン数の世代数ごとの変化を表示欄982に表示することができる。表示形式は、表示欄982の下部にあるラジオボタン986によって選択することが可能である。例えば、探索対象となった配管全てのパターン数を表示する場合には、ラジオボタン986のうち、総数の表示部をクリックする。また、配管の個別パターンを表示する場合には、プルダウンメニュー987より、各配管の表示または非表示を選択する。その後、表示ボタン983をクリックすることで、選択した表示形式に従って、経路パターン数の世代数による変化を表示欄982に表示することができる。
In addition, the user can display the change of the obtained number of path patterns for each generation number in the
ユーザは、戻るボタン984をクリックすることにより、図13の初期画面に戻ることができる。
The user can return to the initial screen of FIG. 13 by clicking the
図16は、探索の結果得られた経路を画像表示装置950に3次元空間表示した経路情報表示画面である。図13において、経路情報表示ボタン953をクリックすることにより、図16に示した経路情報表示画面が表示される。
FIG. 16 is a route information display screen in which the route obtained as a result of the search is displayed on the
ユーザは、表示対象となる配管をIDまたは配管名称を入力して検索ボタン991をクリックすることによって検索した後、表示させたい経路パターンを選択する。対象配管の全てのパターンを表示するか非表示にするかはラジオボタン992で選択し、対象配管を個別に指定する場合は、プルダウンメニュー993から選択する。表示させる経路が決定したら、表示ボタン994をクリックすると、選択した経路の上面図、正面図、側面図、アイソメ図(等角投影図)がそれぞれ表示される。
The user searches for a pipe to be displayed by inputting an ID or a pipe name and clicking a
また、戻るボタン995をクリックすることにより、図13の初期画面に戻ることができる。
Further, by clicking a
尚、以上で述べた情報以外にも、経路探索装置200内の探索結果データベース240や探索条件データベース250に保存されている任意の情報を、所定の態様で画像表示装置950に表示することもできる。
In addition to the information described above, arbitrary information stored in the
以上、本発明による複数経路の探索装置及び方法を、発電用プラントや一般産業プラントなどの配管に適用した例について説明してきた。本発明によると、多数の異なる配管経路が1度の探索で得られるため、多角的な設計が可能となる。従来手法のような繰り返し作業が無いため、煩雑な操作が不要となり、より詳細な設計検討に時間を割くことが可能となる。 As mentioned above, the example which applied the search apparatus and method of the multiple paths | route by this invention to piping, such as a plant for electric power generation and a general industrial plant has been demonstrated. According to the present invention, a number of different piping paths can be obtained by a single search, so that a multifaceted design is possible. Since there is no repetitive work as in the conventional method, a complicated operation is unnecessary, and it is possible to take time for more detailed design examination.
尚、本発明の適用先は、発電用プラントや一般産業プラントなどの配管に限られるものではなく、3次元空間内の経路探索問題であれば、対象とする空間の規模や経路の長短によらず、幅広い分野に応用可能である。 Note that the application destination of the present invention is not limited to piping for power generation plants, general industrial plants, and the like, and if it is a route search problem in a three-dimensional space, it depends on the scale of the target space and the length of the route. It can be applied to a wide range of fields.
100…3次元空間、110…記憶装置、200…経路探索装置、210…外部入力インターフェイス、220…初期設定部、230…経路演算部、240…探索結果データベース、250…探索条件データベース、260…外部出力インターフェイス、900…入力装置、901…キーボード、902…マウス、910…支援ツール、920…外部入力インターフェイス、930…データ送受信処理部、940…外部出力インターフェイス、950…画像表示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記3次元空間の形状データを取り込む外部入力インターフェイスと、
複数の前記経路の探索に必要な条件を設定する初期設定部と、
最適経路を求めるための評価指標に基づき複数の前記経路の探索を実行する経路演算部と、
前記初期設定部が設定した探索条件を保存する探索条件データベースと、
前記形状データと前記経路演算部による経路探索結果とを保存する探索結果データベースと、
前記経路探索結果を外部に出力するための外部出力インターフェイスとを備え、
前記経路演算部は、前記3次元空間内に、前記経路を通すことができない仮想禁止区域を設け、前記仮想禁止区域の配置位置と複数の前記経路の探索順番とをパラメータで表し、探索により得られる複数の前記経路に対して同じ経路パターンの解の数が少なくなるように前記パラメータを補正し、この補正パラメータにより新たな仮想禁止区域の配置を決定することを特徴とする複数経路の探索装置。 A search device for a plurality of routes for searching a plurality of routes connecting a start point and an end point in a three-dimensional space,
An external input interface for capturing the shape data of the three-dimensional space;
An initial setting unit that sets conditions necessary for searching for a plurality of the routes;
A route calculation unit that performs a search for a plurality of the routes based on an evaluation index for obtaining an optimum route;
A search condition database for storing search conditions set by the initial setting unit;
A search result database for storing the shape data and a route search result by the route calculation unit;
An external output interface for outputting the route search result to the outside,
The route calculation unit provides a virtual prohibited area through which the route cannot pass through in the three-dimensional space, and represents an arrangement position of the virtual prohibited area and a search order of the plurality of routes as parameters, and is obtained by searching. the parameter is corrected so that the number of solutions of the same path pattern is reduced to the plurality of paths is, the search for multipath characterized that you determine the placement of the new virtual prohibited zone by the correction parameter apparatus.
複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの数に応じて前記評価指標の値を補正する複数経路の探索装置。 The multi-path search device according to claim 1 ,
A multi-route search device that corrects the value of the evaluation index according to the number of route patterns obtained by searching the plurality of routes.
複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの一致度に応じて前記評価指標の値を補正する複数経路の探索装置。 The multi-path search device according to claim 1 ,
A multi-route search device that corrects the value of the evaluation index in accordance with the degree of matching of the pattern of routes obtained by searching for a plurality of routes.
入力装置と接続され、
前記入力装置を介して、前記仮想禁止区域の個数と前記評価指標の値の補正方法とのうち、少なくとも1つを入力する複数経路の探索装置。 The multi-path search device according to any one of claims 1 to 3 ,
Connected to the input device,
A multi-path search device for inputting at least one of the number of the virtual prohibited areas and the method of correcting the value of the evaluation index via the input device.
画像表示装置と接続され、
前記評価指標の値と複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンとのうち、少なくとも1つを前記画像表示装置に表示する複数経路の探索装置。 In the multi-path search device according to any one of claims 1 to 4 ,
Connected to the image display device,
A multi-route search device that displays at least one of the evaluation index value and a plurality of route patterns obtained by searching the route on the image display device.
前記3次元空間内に、前記経路を通すことができない仮想禁止区域を配置する工程と、
前記仮想禁止区域の配置位置と複数の前記経路の探索順番とをパラメータで表し、探索により得られる複数の前記経路に対して同じ経路パターンを解に持つ個体数が少なくなるように前記パラメータを補正し、この補正パラメータにより新たな仮想禁止区域の配置を決定する工程と、
を有して複数の前記経路を探索することを特徴とする複数経路の探索方法。 A multi-route search method for searching for a plurality of routes connecting a start point and an end point in a three-dimensional space using a genetic algorithm based on an evaluation index for obtaining an optimal route by a multi-path search device,
Placing a virtual forbidden area that cannot pass through the path in the three-dimensional space;
The placement position of the virtual prohibited area and the search order of the plurality of routes are represented by parameters, and the parameters are corrected so that the number of individuals having the same route pattern for the plurality of routes obtained by the search is reduced. and, determining a placement of a new virtual prohibited zone by the correction parameter,
And searching for a plurality of the routes.
複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの数に応じて前記評価指標の値を補正する工程、
を有して複数の前記経路を探索する複数経路の探索方法。 The multi-path search method according to claim 6 ,
Correcting the value of the evaluation index according to the number of route patterns obtained by searching for a plurality of the routes;
A search method for a plurality of routes, which includes searching for a plurality of the routes.
複数の前記経路の探索により得られた経路のパターンの一致度に応じて前記評価指標の値を補正する工程、
を有して複数の前記経路を探索する複数経路の探索方法。 The multi-path search method according to claim 6 ,
A step of correcting the value of the evaluation index according to the degree of coincidence of route patterns obtained by searching for a plurality of routes,
A search method for a plurality of routes, which includes searching for a plurality of the routes.
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