电网路径规划方法及系统与流程

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1.本发明属于电网路径规划技术领域，尤其涉及一种电网路径规划方法及系统。

背景技术：

2.输电线路的路径选择是电网建设的前提，其设计的合理性影响着线路投资运行成本的大小与运行的可靠性。输电线路的选择要求选线人员要综合考虑地形、地貌、地质、交通、环境以及各地、各部门的政策法规等多方面的因素。为了降低选线的难度，减轻选线人员的工作量,节省选线的时间及成本,利用算法选择输电线路成为电力设计人员和相关研究学者关注的目标。
3.murata较早研究了输电线路的选线问题，他将影响选线的因素分为自然、社会、技术三类，评估了各类因素对电力选线的相对重要程度。monteiro,et al.利用动态规划算法来生成包含累积成本的路径，然后对其分别依据输电线建设成本和其它经济因素进行选择。该方法将地形对选线的影响进行了双重考虑，即同时考虑了顾及方向的平均地形成本和顾及方向的局域地形成本，另外它还考虑了转角塔位对输电线路成本值的影响。eroglu,et al利用遗传算法对输电线路进行路径优化，为线路设计人员提供备选方案。ahmadi,et al.认为将路径的成本值或阻抗值作为评价路径好坏的标准并不可取，因为路径长度和各影响因素的成本值之间并没有依赖关系，成本值最小的路径长度可能却很长，将这样的路径作为最优路径往往并不合理，特别对于造价昂贵的输电线路长度应越短越好，因此它提出一种最小平均算法，将路径的长度作为一个单独的因素进行考虑，从而在成本值较低的同时路径较短。shu,et al为解决空间电力网格规划提出了一个基于栅格gis环境的方法来进行输电线路路径规划和电网评估。
4.然而，monteiro,et al.与eroglu,et al使用动态规划或遗传算法在较大求解空间上，运行时间过长且遗传算法严重依赖于目标函数及其参数的设置，否则容易陷入局部最优解。另外，murata与ahmadi,et al.对多约束的处理缺乏一种更为合理的标准。

技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种电网路径规划方法，能够快速对电网路径进行最优的规划。
6.本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
7.第一方面，提供了一种电网路径规划方法，包括：
8.将待规划区域依照地块类型分类转化为栅格图；
9.根据栅格图地块类型以及规划因素给各栅格图赋予相应的权重；
10.根据约束条件在赋予了权重的栅格图上进行路径规划；
11.采用层次分析法从规划路径中出最优路径。
12.结合第一方面，进一步的，所述栅格图表示为式(1)
13.m＝{gk|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀ
(1)
14.其中，m为待规划区域，gk为第k个栅格，m、n分别表示在区域内横向和纵向上栅格的个数。
15.结合第一方面，进一步的，给各栅格图赋予相应的权重采用层次分析法，将权重通过式(2)表示
16.w＝{wk|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀ
(2)
17.其中，wk为第k个栅格的权重。
18.结合第一方面，进一步的，所述路径规划模块执行的操作包括：
19.对于赋予了权重的栅格图的每个栅格，使用不同的随机种子在约束条件下运行a*跳步寻路算法计算待规划路径中栅格gk到起点g
origin
的综合成本；
20.根据式(3)得到规划路径中的栅格到起点的成本，选取成本最少的路径作为待选规划路径；
21.f(g
origin
,gk)＝g(g
origin
,gk)+h(gk,g
end
)
ꢀꢀ
(3)
22.其中，f(g
origin
,gk)为起点g
origin
到第k个栅格gk的综合成本，g(g
origin
,gk)表示栅格gk距离起点g
origin
的实际成本值，该成本值将会在迭代过程中不断更新，h(gk,g
end
)表示栅格gk距离终点栅格g
end
的预计成本。
23.结合第一方面，进一步的，所述采用层次分析法从规划路径中出最优路径包括：
24.采用式(7)根据评价因素x＝{x1,x2,...,xn}构建比较矩阵a
[0025][0026]
其中，xn表示第n个评价因素；a
ij
表示第i个评价因素相对于第j个评价因素的比较结果；
[0027]
通过式(8)得到一致性指标ci
[0028][0029]
其中，λ
max
为对比矩阵的最大特征值；
[0030]
根据一致性指标ci判断比较矩阵a是否合理，若不合理，则调整比较矩阵a直到合理，若合理，则将比较矩阵a的特征向量w作为评价因素的影响权重，w＝(w1,w2,...,wn)
t
，w1,w2,...,wn泛指所有线路的规划约束；
[0031]
对w＝(w1,w2,...,wn)
t
进行归一化，将归一化后的向量作为评价因素的权系数，将权系数加权分数最高的待选规划路径作为最优路径。
[0032]
第二方面，提供了一种电网路径规划系统，包括：
[0033]
栅格划分模块，用于将待规划区域依照地块类型分类转化为栅格图；
[0034]
权重赋予模块，用于根据栅格图地块类型以及规划因素给各栅格图赋予相应的权重；
[0035]
路径规划模块，用于根据约束条件在赋予了权重的栅格图上进行路径规划；
[0036]
最优路径确定模块，用于采用层次分析法从规划路径中出最优路径。
[0037]
结合第二方面，进一步的，所述栅格划分模块执行的操作包括：所述栅格图表示为
式(1)
[0038]
m＝{gk|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀ
(1)
[0039]
其中，m为待规划区域，gk为第k个栅格，m、n分别表示在区域内横向和纵向上栅格的个数。
[0040]
结合第二方面，进一步的，所述权重赋予模块执行的操作包括：给各栅格图赋予相应的权重采用层次分析法，将权重通过式(2)表示
[0041]
w＝{wk|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀ
(2)
[0042]
其中，wk为第k个栅格的权重。
[0043]
结合第二方面，进一步的，所述路径规划模块执行的操作包括：
[0044]
对于赋予了权重的栅格图的每个栅格，使用不同的随机种子在约束条件下运行a*跳步寻路算法计算待规划路径中栅格gk到起点g
origin
的综合成本；
[0045]
根据式(3)得到规划路径中的栅格到起点的成本，选取成本最少的路径作为待选规划路径；
[0046]
f(g
origin
,gk)＝g(g
origin
,gk)+h(gk,g
end
)
ꢀꢀ
(3)
[0047]
其中，f(g
origin
,gk)为起点g
origin
到第k个栅格gk的综合成本，g(g
origin
,gk)表示栅格gk距离起点g
origin
的实际成本值，该成本值将会在迭代过程中不断更新，h(gk,g
end
)表示栅格gk距离终点栅格g
end
的预计成本。
[0048]
结合第二方面，进一步的，所述最优路径确定模块执行的操作包括：
[0049]
采用式(7)根据评价因素x＝{x1,x2,...,xn}构建比较矩阵a
[0050][0051]
其中，xn表示第n个评价因素；a
ij
表示第i个评价因素相对于第j个评价因素的比较结果；通过式(8)得到一致性指标ci
[0052][0053]
其中，λ
max
为对比矩阵的最大特征值；
[0054]
根据一致性指标ci判断比较矩阵a是否合理，若不合理，则调整比较矩阵a直到合理，若合理，则将比较矩阵a的特征向量w作为评价因素的影响权重，w＝(w1,w2,...,wn)
t
，w1,w2,...,wn泛指所有线路的规划约束；
[0055]
对w＝(w1,w2,...,wn)
t
进行归一化，将归一化后的向量作为评价因素的权系数，将权系数加权分数最高的待选规划路径作为最优路径。
[0056]
本发明有益效果：本发明提供的电网路径规划方法及系统，通过将待规划区域依照地块类型栅格化并分别赋予权重，进而利用a*跳步寻路算法进行路径规划得到待选线路，最后通过层次分析法对待选线路进行综合评得到最优路径，能够在较短的时间内出最优的电网规划路径，极大提升规划工作的效率，有着很强的优越性。
附图说明
[0057]
图1为本发明方法的流程图；
[0058]
图2为本发明栅格权重赋予示意图。
具体实施方式
[0059]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
[0060]
实施例1
[0061]
如图1-图2所示，本发明所提供的电网路径规划方法包括以下步骤：
[0062]
步骤一、栅格图转化
[0063]
将待规划区域依照地块类型分类转化为带标签的栅格图，并从中提取交通线、通讯线等矢量信息；
[0064]
在操作中，我们主要将地块类型分为四大类，一类大部分为农田等区域，可以立塔，二类为水系等区域，可跨越，在一般情况下尽量不立塔；三类为居民区、道路等区域，可跨越，不可立塔。四类为规划禁止区域，不可跨越且立塔。该项工作主要目的就是为了细分出不同地物的特征属性，控制权值，制定路径搜索标准及限制条件，符合一般线路路径选线的规范要求及准则。
[0065]
我们将划分的栅格图通过下式来表示
[0066]
m＝{gk|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀ
(1)
[0067]
其中，m表示被划分的规划区域，gk为第k个栅格，m、n分别表示被划分区域在横向和纵向上的栅格个数。
[0068]
步骤二、栅格图赋权重
[0069]
将栅格图依照其所属地块的类别(标签类别)以及考虑规划因素赋予各栅格地块不同权重，规划因素包括社会、经济、自然等因素。对于四种不同类型的地块我们根据经验大致按照表1进行权重赋值
[0070]
表1(权重赋值表)
[0071][0072]
同时依照约束条件，根据经验对临近村庄、交通线等特殊场地调整地块权重，使用均值滤波对图形权重进行平滑处理。
[0073]
约束主要包括：
[0074]
1)路径转角个数最少原则；
[0075]
2)线路路径最短原则；
[0076]
3)线路路径交叉跨越最小原则；
[0077]
4)路径档距(杆塔与杆塔之间的距离)应保证与输电线路的电压等级相对应；
[0078]
表1档距分类
[0079][0080]
5)与铁路和高速公路等重要线状地物跨越接近垂直；与通讯线等弱电线路交叉跨越时，跨越一级弱电线路交叉角大于等于45度，跨越二级弱电线路交叉角大于等于30度；
[0081]
6)路径转角不产生钝角，如图2所示，图中a为线路转角，a的值不能为钝角，即不越过粗黑线，且转角度数尽可能小：
[0082]
7)在技术可行、造价合理的前提下，线路路径宜“沿河、沿路、沿线”及省、市、县分界地区选择，以节约土地资源，减少对环境的影响；
[0083]
8)尽量避让较大的村庄、集中居住区以及房屋相对密集的地区，减少跨越民房数量；
[0084]
9)避让不良地形、地质区段，结合林区、重冰区、舞动区、微地形、微气象区等因素优化调整路径；
[0085]
10)避让军事设施、城镇规划区、大型工矿企业、重要通信设施、油井、风机、易燃易爆和危险品仓库等重要障碍物，减小对地方经济发展的影响，并提高线路自身的安全性；
[0086]
综合协调本线路与沿线已建、在建、规划的输电线路、公路、铁路及其它设施间的矛盾，满足交叉角及平行间距。
[0087]
给各栅格图赋予相应的权重采用层次分析法，将权重通过式(2)表示
[0088]
w＝{wk|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀ
(2)
[0089]
其中，wk为第k个格栅的权重。
[0090]
步骤三、路径规划
[0091]
在权重赋值后的栅格图上，在每个栅格上，我们使用不同的随机种子，在约束条件下运行a*跳步寻路算法，在算法中，我们计算规划路径中的栅格gk到起点g
origin
的综合成本，即f(g
origin
,gk)，并迭代的选取成本最少的节点形成待选规划路径。其中，综合成本值f的计算式如下：
[0092]
f(g
origin
,gk)＝g(g
origin
,gk)+h(gk,g
end
)
ꢀꢀ
(3)
[0093]
其中，g(g
origin
,gk)为第k个栅格gk到起点g
origin
的实际成本，h(gk,g
end
)为栅格gk到
起点g
origin
的预计成本。其中，g(g
origin
,gk)会在迭代过程中不断更新，其计算式为：
[0094]
g(g
origin
,gk)＝g(g
origin
,g
k-1
)+g(g
k-1
,gk)
ꢀꢀ
(4)
[0095]
g(g
k-1
,gk)＝d(g
k-1
,gk)+∑{wm|gm在g
k-1
与gk的直线路径之中},gk∈nfꢀꢀ
(5)
[0096]
此处g(g
k-1
,gk)为栅格g
k-1
到其相邻栅格gk间的成本增量，d(g
k-1
,gk)为栅格g
k-1
到栅格gk之间的欧式距离，∑{wm|gm在g
k-1
与gk的直线路径之中}为栅格g
k-1
到栅格gk直线连接中的栅格的权重之和，即路径成本的增量为路径长度与地块权重累加的和。
[0097][0098]
其中，c为塔基间的最大档距，nf表示经过滤后的g
k-1
的邻居栅格，n表示与栅格g
k-1
距离不超过c的所有栅格序号。
[0099]
步骤四、出最优路径
[0100]
采用层次分析法对步骤三中得到待选规划路径进行综合评价，从中选取最优路径。
[0101]
首先，将评价因素x＝{x1,x2,...,xn}构建成对比较矩阵a，评价因素根据经验从约束条件分析得出；其中，xn表示第n个评价因素；用a
ij
表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，成对比较矩阵a如下式所示：
[0102][0103]
根据一致性指标ci判断比较矩阵a是否合理，若不合理，则调整比较矩阵a直到合理，若合理，则将比较矩阵a的特征向量w作为评价因素的影响权重，w＝(w1,w2,...,wn)
t
，w1,w2,...,wn泛指所有线路的规划约束；
[0104]
对w＝(w1,w2,...,wn)
t
进行归一化，将归一化后的向量作为评价因素的权系数，将权系数加权分数最高的待选规划路径作为最优路径。
[0105]
实施例2
[0106]
本发明还提供了提供了一种电网路径规划系统，包括：
[0107]
栅格划分模块，用于将待规划区域依照地块类型分类转化为栅格图；
[0108]
权重赋予模块，用于根据栅格图地块类型以及规划因素给各栅格图赋予相应的权重；
[0109]
路径规划模块，用于根据约束条件在赋予了权重的栅格图上进行路径规划；
[0110]
最优路径确定模块，用于采用层次分析法从规划路径中出最优路径。
[0111]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0112]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0113]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0114]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

技术特征：

1.一种电网路径规划方法，其特征在于，包括：将待规划区域依照地块类型分类转化为栅格图；根据栅格图地块类型以及规划因素给各栅格图赋予相应的权重；根据约束条件在赋予了权重的栅格图上进行路径规划；采用层次分析法从规划路径中出最优路径。2.根据权利要求1所述的一种电网路径规划方法，其特征在于，所述栅格图表示为式(1)m＝{g
k
|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀ
(1)其中，m为待规划区域，g
k
为第k个栅格，m、n分别表示在区域内横向和纵向上栅格的个数。3.根据权利要求2所述的一种电网路径规划方法，其特征在于，给各栅格图赋予相应的权重采用层次分析法，将权重通过式(2)表示w＝{w
k
|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀꢀ
(2)其中，w
k
为第k个栅格的权重。4.根据权利要求1所述的一种电网路径规划方法，其特征在于，所述路径规划包括：对于赋予了权重的栅格图的每个栅格，使用不同的随机种子在约束条件下运行a*跳步寻路算法计算待规划路径中栅格g
k
到起点g
origin
的综合成本；根据式(3)得到规划路径中的栅格到起点的成本，选取成本最少的路径作为待选规划路径；f(g
origin
,g
k
)＝g(g
origin
,g
k
)+h(g
k
,g
end
)
ꢀꢀ
(3)其中，f(g
origin
,g
k
)为起点g
origin
到第k个栅格g
k
的综合成本，g(g
origin
,g
k
)表示栅格g
k
距离起点g
origin
的实际成本值，该成本值将会在迭代过程中不断更新，h(g
k
,g
end
)表示栅格g
k
距离终点栅格g
end
的预计成本。5.根据权利要4所述的一种电网路径规划方法，其特征在于，所述采用层次分析法从规划路径中出最优路径包括：采用式(7)根据评价因素x＝{x1,x2,...,x
n
}构建比较矩阵a其中，x
n
表示第n个评价因素；a
ij
表示第i个评价因素相对于第j个评价因素的比较结果；通过式(8)得到一致性指标ci其中，λ
max
为对比矩阵的最大特征值；根据一致性指标ci判断比较矩阵a是否合理，若不合理，则调整比较矩阵a直到合理，若合理，则将比较矩阵a的特征向量w作为评价因素的影响权重，w＝(w1,w2,...,w
n
)
t
，w1,
w2,...,w
n
泛指所有线路的规划约束；对w＝(w1,w2,...,w
n
)
t
进行归一化，将归一化后的向量作为评价因素的权系数，将权系数加权分数最高的待选规划路径作为最优路径。6.一种电网路径规划系统，其特征在于，包括：栅格划分模块，用于将待规划区域依照地块类型分类转化为栅格图；权重赋予模块，用于根据栅格图地块类型以及规划因素给各栅格图赋予相应的权重；路径规划模块，用于根据约束条件在赋予了权重的栅格图上进行路径规划；最优路径确定模块，用于采用层次分析法从规划路径中出最优路径。7.根据权利要6所述的一种电网路径规划系统，其特征在于，所述栅格划分模块执行的操作包括：所述栅格图表示为式(1)m＝{g
k
|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀꢀ
(1)其中，m为待规划区域，g
k
为第k个栅格，m、n分别表示在区域内横向和纵向上栅格的个数。8.根据权利要6所述的一种电网路径规划系统，其特征在于，所述权重赋予模块执行的操作包括：给各栅格图赋予相应的权重采用层次分析法，将权重通过式(2)表示w＝{w
k
|k∈{0,1,...,m
×
n}}
ꢀꢀꢀ
(2)其中，w
k
为第k个栅格的权重。9.根据权利要6所述的一种电网路径规划方法，其特征在于，所述路径规划模块执行的操作包括：对于赋予了权重的栅格图的每个栅格，使用不同的随机种子在约束条件下运行a*跳步寻路算法计算待规划路径中栅格g
k
到起点g
origin
的综合成本；根据式(3)得到规划路径中的栅格到起点的成本，选取成本最少的路径作为待选规划路径；f(g
origin
,g
k
)＝g(g
origin
,g
k
)+h(g
k
,g
end
)
ꢀꢀ
(3)其中，f(g
origin
,g
k
)为起点g
origin
到第k个栅格g
k
的综合成本，g(g
origin
,g
k
)表示栅格g
k
距离起点g
origin
的实际成本值，该成本值将会在迭代过程中不断更新，h(g
k
,g
end
)表示栅格g
k
距离终点栅格g
end
的预计成本。10.根据权利要6所述的一种电网路径规划方法，其特征在于，所述最优路径确定模块执行的操作包括：采用式(7)根据评价因素x＝{x1,x2,...,x
n
}构建比较矩阵a其中，x
n
表示第n个评价因素；a
ij
表示第i个评价因素相对于第j个评价因素的比较结果；通过式(8)得到一致性指标ci
其中，λ
max
为对比矩阵的最大特征值；根据一致性指标ci判断比较矩阵a是否合理，若不合理，则调整比较矩阵a直到合理，若合理，则将比较矩阵a的特征向量w作为评价因素的影响权重，w＝(w1,w2,...,w
n
)
t
，w1,w2,...,w
n
泛指所有线路的规划约束；对w＝(w1,w2,...,w
n
)
t
进行归一化，将归一化后的向量作为评价因素的权系数，将权系数加权分数最高的待选规划路径作为最优路径。

技术总结

本发明公开了一种电网路径规划方法，其特征在于，包括：将待规划区域依照地块类型分类转化为栅格图；根据栅格图地块类型以及规划因素给各栅格图赋予相应的权重；根据约束条件在赋予了权重的栅格图上进行路径规划，采用层次分析法从规划路径中出最优路径，本发明提供的电网路径规划方法及系统，通过将待规划区域依照地块类型栅格化并分别赋予权重，进而利用A*跳步寻路算法进行路径规划得到待选线路，最后通过层次分析法对待选线路进行综合评得到最优路径，能够在较短的时间内出最优的电网规划路径，极大提升规划工作的效率，有着很强的优越性。的优越性。的优越性。