JPS63118877A - ル−ト探索方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多数の構成要素より成るシステムにおいて、
指定した始点から終点に至るルートを、計算機を用いて
高速度で探索するに好適なルート探索方法および装置に
関する。

〔従来の技術〕

ルート探索問題では、一般に探索空間を多数のノードに
分割し、表現したノードマツプ上で始点から終点に至る
経路を探索する方法をとる。そして、例えば「知識工学
の配管ルーチングＣＡＤへの応用」、日立評論第６７巻
１２号ｐ４９〜５２（昭和６Ｑ年１２月）に記載のよう
に、このノードマツプを用いて、隣接するノードを逐次
たどるという方法により、プラントの配管ルートを定め
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

対象とするシステムが大規模であり、構成要素が多数に
のぼる場合には１、上記した従来技術では、探索空間が
広くなり、処理に要する時間が、構成要素数の増加にと
もなって指数関数的に増大する。

また、始点から終点までの距離が指定した値以内のルー
トを探す場合のように、評価条件を定めてルートを探索
する場合には、膨大な数のルート１つ１つについて評価
関数の値を計算する必要があり、処理時間はさらに長く
なる。

本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解消し、大規
模で複雑な構成を持つ対象システムにおける広い探索空
間内で、始点から終点に至るルートを効率よく探索する
方法および装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成するため、本発明においては対象シス
テムを複数のサブシステムに分割し、各サブシステムを
、さらに小さなサブシステムに分割するというように、
システムの構成を階層化して表現し、かつ構成要素間の
接続関係も同様に、構成要素の階層構造に対応させて階
層化し、これらの階層化したデータを用いて、はじめに
上位階層のサブシステム間の接続関係を判定することに
より概略ルートを探索、決定する。しかる後に。

逐次下位階層のサブシステム間の接続関係を判定し、詳
細ルートを探索・決定する。

〔作用〕

対象システムの構成及び接続関係を階層化して取扱うこ
とにより、始点から終点に至るルートを、最初は大局的
に決め、逐次そのルートを詳細に決定できるから、最初
から最下位の階層の要素を探索するのに比べると処理量
を大幅にへらすことができ、処理効率は飛■的に向上す
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により、説明する。第１図は本発
明のルート探索方法の一実施例を示すフローチャートで
ある。以下、第１図に示した処理の内容を、第２Ａ図、
第２Ｂ図、第３図、及び第４図を用いて説明する。

本発明の方法及び装置は、原子カプラントをはじめとす
る大規模設備、航空機、艦船、宇宙船等、多数の機器、
系統を有するシステムの機器、系統間の接続ルートの探
索はもちろん、地図上の２点を結ぶルートの探索、旅行
における航空路、鉄道等のルートの探索、電気回路、電
子回路、送電線。

石油パイプライン、ガス、水道管等の接続関係の解析等
、多方面に適用可能である。第２図はこれらの適用対象
システムの例を、サブシステムへの分割例とともに示し
たものである。同図（２）は原子カプラントの配管系統
、（３）は地図、（４）はプロセッサ（回路）の例であ
って、（１）がこれらのサブシステムを抽象的に記号８
１．ＴＩ等で表したものである。

第３図は対象システムの構成要素と接続関係を示す模式
図である。第３図の例では、対象システム全体をＵｓ　
、Ｕｓ等のサブシステム（第１階層のサブシステム）に
分割し、さらにＵｌは８１　。

Ｓ２等のサブシステム（第２諧層のサブシステム）に分
割し、Ｓｌ、Ｓｓ等をＴＬ　、’ｒｘ等のサブシステム
（第３階層のサブシステム）に分割することにより、階
層構造化した。また、本例では図中の白丸及び黒丸で示
したノードＡ−Ｚおよびａ〜ｅをシステム構成要素の最
小単位とする。各ノードを結ぶ構成要素の接続関係を表
わす。

対象システムをサブシステムに分割するにあたっては、
各サブシステムに含まれる構成要素（ルベル下位の階層
のサブシステム）の数がほぼ同程度になるように分割す
れば、探索を効率よく実行することができる。

いま、図中に黒丸で示したＢ点（始点）からＸ点（終点
）に至るルートを探索するものとする。

最短ルート（経由ノード数が最小の）は、図中に矢印で
示したルートである。Ｂ点からＸ点に至るルートは多数
存在するが、上記最短ルートを求めるには、Ｂ、Ｃ，Ｄ
等の構成要素の接続関係を逐一たどり、可能なルートす
べてについて経由ノード数をチェックすればよい、しか
し、この方法ではノードの組合せ（ルート）数が膨大と
なり、処理効率が悪い。そのため、本発明においては、
データと処理手順を階層化することによって組合せ数を
減らし、処理効率を向上させる。以下にその方法を示す
。

処理の具体的手順を示すため、データ構造を第４図およ
び第５図に示す、第４図は第２階層のサブシステムＳｌ
、第５図は第３階層のサブシステムＴ１を例として、デ
ータの構成例を示したデータ構造図である。第４図およ
び第５図は、データをフレーム形式で表現したものであ
り、データをフレーム、スロット、ファセット、バリュ
ーの４つの階層に分けて表現した。フレーム間の階層関
係は図中の「所属」スロットに指定する。たとえば、第
５図の「所属」スロットのバリューｒｓｚ　Ｊは、フレ
ームＴｌ（サブシステムＴｚ）全体が、上位フレームＳ
ｔ　　（上位サブシステムＳｔ）の−部であることを示
す。

いま、第４図を例にとり、データの意味を説明する。「
外部接続ｊスロットの第１フアセツトを例にとると、バ
リューに格納したｒ　（８４１）　Ｊは、「サブシステ
ムＳ１は、「要素接続」スロットの第１フアセツトのバ
リューに格納した接続関係（ＴｚとＴ７の接続）によっ
て、外部サブシステムＳ４と接続している」ことを意味
する。「構成要素」スロットのデータは「Ｓｌの構成要
素はＴｓ　とＴ２．である」ことを意味する。８１の構
成要素、たとえばＴ１の内部構造等は、Ｔ１をフレＡｓ
名称とするフレーム（第５図に示した）に格納する。な
お１本例では「距離」スロットには。

「要素接続」スロットの番号に対応させて、要素間の距
離を格納した。この「距離」は、後述する評価関数値算
出用データの一例である。

つぎに５以上のように表現し、格納したデータを用いて
、第３図の始点Ｂと終点Ｘを結ぶルートを探索する手順
を、第１図のフローチャートに沿って説明する。まず処
理１００では入力（始点。

終点、評価関数名、評価基準）を受付ける。このうち評
価関数の例を下記に示す。

（１）経由ノード数（ステップ数のみが問題となる場合
） （２）空間的な距ｌＩ′ｉ（地図上の２点を結ぶルート
の場合） （３）所要金額又は所要時間（旅行ルートの場合）また
単に接続ルートの有無のみを判定する場合には評価関数
は必要でない、更に評価基準の例を示すと （１）「総延長１１０００Ｋ以下」で石油基地ＡからＢ
に至るパイプラインのルートを探索する。

（２）ｒ４０万円以下」で東京からローマへ飛ぶ。

（３）ｒ２４時間以内」に電が関から国連本部へ移動す
る。

などである。

次の処理１０１の探索範囲の設定では１例えば（１）始
点Ｂを含む上位フレームを、「所属」スロットの階層関
係から求める。

（Ｂ→Ｔｚ） （２）終点Ｘについて（１）と同様の処理をする。

（Ｘ−＋Ｔａ） （３）上記（１）、（２）と同様の処理を繰り返し。

ＢとＸに共通な上位フレームを見つける。

（Ｂ　−）　Ｔ　１→Ｓ１→Ｕｔ） （Ｘ→Ｔａ→５ｚ−４Ｕｚ） 本例ではＵｌがＢとＸに共通の上位フレームである。す
なわち、Ｂ−１ＪＸも、ともにサブシステムＵ１の内部
にあるので、この範囲内でルートを探索するのが効率的
である。もし、この範囲内に、接続ルートが存在しなけ
れば、探索範囲を拡大して、Ｕｓ等の他のサブシステム
経由のルートを探せばよい（第１図の処理１０３，１１
０，１０１参照）。

っぎの処理１０２におけるルート探索では、（１）Ｕｚ
より１つ下位のサブシステム（Ｓｌ　。

ＳＲ等）単位で、フレームの外部接続スロットのデータ
を用いて、接続ルートを探す、今の場合、始点Ｂの上位
フレームであるＳｌから出発すると（逆に８２．から出
発してもよい）、第１ステツプで、次の３つの解が得ら
れる。

（Ｓｔ→Ｓ４）　ｔ　　（Ｓｔ−＋Ｓｚ）　ｔ　　（Ｓ
ｔ−４８ａ）このうち第２番目の解（Ｓｘ→Ｓｔ）に含
まれる。Ｓｘが終点Ｘの上位フレームである。すなわち
、始点Ｂと終点又は、上位のサブシステムＳ１と８２と
で接続していることが分る。

なお、上記の第３の解（８１→Ｓａ）を次のステップま
で進めれば（Ｓｚ→Ｓ８→Ｓｓ）となり、Ｓｌに至る別
ルートが得られる。ただし、ステップ数では、先に得ら
れた（Ｓ１→Ｓｔ）の方が少ないので、はじめにこの中
で詳細ルートを探す方が効率がよい。

（２）上記（１）と同様の処理を、（１）の場合より１
つ下位のサブシステム（Ｔｒ　、　Ｔ２等）について実
行する。この場合始点は、フレームＳｌの「外部接続」
スロットのうち、Ｓｚを含む第２フアセツトのバリュー
（Ｓｓ　３）から番号３を取り出し、「要素接続」スロ
ットの第３フアセツトのバリュー（Ｔｔ　ｔ　Ｔｓ）の
第１項ＴＩを取り出し、設定する。終点く今の場合Ｔ１
１）も同様の方法により設定する。接続ルートの探索法
は（１）と同様である。

（３）上記（２）と同様の処理を、逐次下位のサブシス
テムについて繰り返す。

以上の処理によって、（Ｂ−＋Ｆ−＋Ｌ−＊Ｍ→０→Ｕ
−＋Ｖ→Ｘ）というルートが得られる（このルートは、
第３図中に矢印で示した）。

なお、上記（１）の処理では、始点（又は終点）から出
発して、終点（又は始点）を見つけるまで接続関係を辿
る方法をとったが、別法として、次の方法をとってもよ
い、すなわち、始点および終点の両方からスタートして
接続ノードを逐次たどり、共通の点（中間点）を至るル
ートを見つける方法をとってもよい、一般にはこの方法
の方が処理効率がよい（とくに途中の分岐数が多い場合
）。

以上の処理によって、はじめに適切な探索範囲を設定し
、その後、階層化した手順で効率よく接続ルートを探索
することができる。

ここで重要なことは、上記の処理で最初に得られる解が
、各階層レベルで、ステップ数（経由ノード数）最小の
解となっている点である。すなわち、ステップ数という
観点では、最短ルートの解を最初に見つける。（以下、
第２番目、第３番目と、ルートの短いものから順に解が
得られる）。

ステップ数以外の評価条件、たとえば距離、を用いる場
合には、上記ルートの総距離を、フレーム内の距離スロ
ットのデータを用いて計算し、評価基準を満しているか
どうかを判定する（処理１０４〜１０６）、その他の処
理１０７〜１１１は結果の表示及び探索のチェックを行
うものである。

第６図は本発明のルート探索装置の一実施例を示すもの
で、入力装置５１．計算機処理装置５２゜記憶装置５５
２表示装置５１３．対象システム５１５及びデータ取込
装置５１４より成っている。

計算機処理装置５２は入力処理部５３．ルート探索処理
部５４．評価関数値計算処理部５１１゜表示画面編集処
理部５１２の機能を有しており、これらは記憶装置！５
５に格納された入力処理プログラム５６．ルート探索処
理プロゲラｌｓ　５７　、評価関数値計算処理プログラ
ム５８１表示画面編集処理プログラム５９及びワークエ
リア５１０を用いることにより実現される。ここで各プ
ログラムによる処理内容及び探索対象データのデータ構
造等は第１図〜第５図のところで説明したものであって
５人力装置１１５１から第１図中に示した始点。

終点、評価関数名、評価基準およびルート探索の継続指
示に関するデータを入力するとルート探索が行われ、そ
の結果は表示装置５１３に表示される。

なお、地図、設計図上の接続ルートのように、あらかじ
め定まっており、記憶装置の格納したデータのみを用い
て接続ルートを探索すればよい場合には、第５図におけ
るデータ取込装置５１４を用いて対象システムのデータ
を取込む必要はない。

これに対して、プラント内の弁の開閉状態、スイッチの
オン・オフ状態等、対象システムの状態によって、構成
要素の接続状況が変化する場合には。

データ取込装置５１４を用いて対象システム５１５の状
態データを取込み、使用する。この場合、弁の開状態、
スイッチのオン状態を示すデータにもとづいて、接続関
係の一部を、あらかじめ準備した接続関係のデータに追
加することにより指定する。もしくは、弁の閉状態、ス
イッチのオフ状態を示すデータにもとづいて、あらかじ
め準備した接続関係データの一部を削除する、等の方法
をとる。また、データ取込装置で取込んでいない弁の開
閉状態等に関する情報は、入力装置５１より入力する方
式もとりうろことは言うまでもない。

ルート探索結果表示画面の一例を第７図に示す。

本例では、最終解とし得られた接続ルートとともに、シ
ステム構成、サブシステムレベルでの接続関係、要素レ
ベルでの接続関係、評価関数の評価結果等を表示してい
る。本画面により、装置の使用者は、概略ルート、詳細
ルートおよび得られたルートの良否、等の情報を容易に
把握することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、本発明によれば、大規模かつ複雑な
構成を持つ対象システム内の、指定した始点と終点を結
ぶルートを効率よく探索し、探索結果を、対象システム
の構成、概略ルートなどの情報とともに、理解し易い形
で表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のルート探索方法の一実施例を示すフロ
ーチャート、第２図は対象システムのサブシステムへの
分割例を示す図、第３図は対象システムの構成要素と接
続関係を示す模式図、第４図および第５図はデータの構
成例を示すデータ構造図、第６図は本発明のルート探索
装置の一実施例を示すシステム構成図、第７図はルート
探索結果の表示例を示す表示画面図である。 Ｔ　１〜Ｔ　７　、　Ｓ　１〜Ｓ　ａ　、　Ｕ　１　、
　Ｕ　ｚ−サブシステム、Ａ”Ｘ、ａ−６・・・要素、
５１・・・入力装置、５２・・・計算機処理装置、５５
・・・記憶処理、５４・・・ルート探索処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、システムを構成する要素及びその要素間の接続関係
   を表わすデータと、始点及び終点とする要素とが与えら
   れた時に上記始点から終点へ至るところの上記接続関係
   によって接続されたルートを見出すためのルート探索方
   法において、上記データを、システムを構成する要素を
   複数個のサブシステムに分割し更に該サブシステムの各
   々をより下位のサブシステムに分割するという操作をく
   り返すことにより構成され、かつ最上位サブシステムを
   上記システム自体とし最下位サブシステムを上記要素と
   するところの階層構造のデータとするとともに、該デー
   タを参照することによって、与えられた始点及び終点の
   双方の要素を含む最小のサブシステムを検出して探索サ
   ブシステムとし、次に該探索サブシステムを構成する１
   つ下位のサブシステムを接続するルートでかつその両端
   のサブシステムが上記始点及び終点をそれぞれ含んでい
   るところの第１サブルートを検出し、次いで該第１サブ
   ルートを構成するサブシステムより１つ下位のサブシス
   テムを接続して上記第１サブルートを形成している第２
   サブルートを検出し、以下同様にして下位レベルのサブ
   ルートを順次求め、そのサブルートを構成する点が要素
   となった時のサブルートを見出すべきルートとして出力
   するようにしたことを特徴とするルート探索方法。 ２、前記階層構造のデータは前記サブシステムの各々を
   表すフレームより成り、各フレームは当該サブシステム
   を含む１つ上位のサブシステムを表す上位名称と、当該
   サブシステムを構成する１つ下位のサブシステム名を列
   記した構成リストと、当該サブシステムと同位でかつ当
   該サブシステムと接続しているサブシステム名を列記し
   た外部接続リストと、当該サブシステムより１つ下位の
   サブシステム間の接続関係でかつ少なくともその一方が
   上記構成リストに列記されたサブシステムであるものの
   全体を表す下位接続リストとを有したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のルート接索方法。 ３、システムを構成する要素及びその要素間の接続関係
   を表わすデータを格納するメモリと、始点及び終点とす
   る要素が与えられた時に上記始点から終点へ至るところ
   の上記接続関係によって接続されたルートを見出すため
   のルート探索部とから成るルート探索装置おいて、上記
   データを、システムを構成する要素を複数個のサブシス
   テムに分割し更に該サブシステムの各々をより下位のサ
   ブシステムに分割するという操作をくり返すことにより
   構成され、かつ最上位サブシステムを上記システム自体
   とし最下位サブシステムを上記要素とするところの階層
   構造のデータとして上記メモリに格納するとともに、上
   記ルート探索部は、上記データを参照することによって
   与えられた始点及び終点の双方を含む最小のサブシステ
   ムを接索範囲として検出するための探索範囲検出手段と
   、該探索範囲のサブシステムより１つ下位のサブシステ
   ムを接続するルートでかつその両端が上記始点及び終点
   をそれぞれ含んでいるところの第１サブルートを検出し
   、次いで該第１サブルートを構成するサブシステムより
   １つの下位のサブシステムを接続して上記第１サブルー
   トを形成している第２サブルートを検出し、以下同様に
   して下位レベルのサブルートを順次求め、そのサブルー
   トを構成する点が要素となった時のサブルートを見出す
   べきルートして出力するルート探索手段とから成ること
   を特徴とするルート探索装置。 ４、前記階層構造のデータは前記サブシステムの各々を
   表すフレームより成り、各フレームは当該サブシステム
   を含む１つ上位のサブシステムを表す上位名称と、当該
   サブシステムを構成する１つ下位のサブシステム名を列
   記した構成リストと、当該サブシステムと同位でかつ当
   該サブシステムと接続しているサブシステム名を列記し
   た外部接続リストと、当該サブシステムより１つ下位の
   サブシステム間の接続関係でかつ少なくともその一方が
   上記構成リストに列記されたサブシステムであるものの
   全体を表す下位接続リストとを有したことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載のルート探索装置。