[發(fā)明專利]一種基于二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法的鋼筋混凝土構(gòu)件交叉區(qū)域鋼筋自動(dòng)避障排布方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010961737.5
• 申請(qǐng)日: 2020-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112231793B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍洲;劉界鵬;馮亮;李盛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/27;G06N3/006;G06F111/06
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

1.一種基于二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法的鋼筋混凝土構(gòu)件交叉區(qū)域鋼筋自動(dòng)避障排布方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙建立三維空間軸網(wǎng)，并將建筑物梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋與構(gòu)件離散化表示；其中，所述鋼筋包括x軸方向的梁鋼筋、y軸方向的梁鋼筋和z軸方向的柱內(nèi)縱筋；所述構(gòu)件包括預(yù)埋件、型鋼和連接板；x軸方向表示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中的橫向軸線方向，y軸方向表示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中的縱向軸線方向，z軸方向表示豎直方向；橫向軸中的A軸與縱向軸中的1軸的交點(diǎn)作為全局坐標(biāo)的原點(diǎn)；規(guī)定節(jié)點(diǎn)區(qū)的一點(diǎn)為局部坐標(biāo)系原點(diǎn)；局部坐標(biāo)系原點(diǎn)的全局坐標(biāo)為(x_origin，y_origin，z_origin)；

2)根據(jù)離散化表示結(jié)果，將柱內(nèi)縱筋及構(gòu)件視為障礙物，使用二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行x軸方向鋼筋智能排布；使用二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法將鋼筋的排布表示為鋼筋智能體的路徑規(guī)劃；鋼筋智能體的路徑坐標(biāo)信息記為鋼筋的中心線坐標(biāo)；其中，鋼筋智能體的位置坐標(biāo)表示為：

式中，x_before表示建模得到的三維空間的x軸方向的全局坐標(biāo)；y_before表示建模得到的y軸方向的全局坐標(biāo)；z_before表示建模得到的z方向的全局坐標(biāo)；x_after表示離散化得到的x軸方向的局部坐標(biāo)；y_after表示離散化得到的y軸方向的局部坐標(biāo)；z_after表示離散化得到的在z方向的局部坐標(biāo)；d表示建模時(shí)使用的基本單位；

步驟2)具體包括以下子步驟：

2.1)初始化pop行N列的矩陣；其中，pop為種群中個(gè)體數(shù)目；N為一次優(yōu)化的步數(shù)；矩陣元素有0，1，-1，2，-2，3；將x方向梁中所有的鋼筋智能體分別置于各自的起點(diǎn)(x_st、y_st、z_st)；鋼筋智能體的可執(zhí)行動(dòng)作為右、前、后、上、下和靜止；可執(zhí)行動(dòng)作右、前、后、上、下和靜止分別對(duì)應(yīng)于x值增加5、y值增加5、y值減小5、z值增加5、z值減小5和坐標(biāo)不變6類事件，對(duì)應(yīng)的元素分別為3，1，-1，2，-2，0；

2.2)根據(jù)鋼筋智能體所處的三維坐標(biāo)(x_st、y_st、z_st)，移動(dòng)N步后，計(jì)算出種群pop中每個(gè)個(gè)體的終點(diǎn)(x_end、y_end、z_end)；求解終點(diǎn)(x_end、y_end、z_end)與鋼筋智能體終點(diǎn)的距離d_end，并判斷路徑中是否與障礙物發(fā)生碰撞；其中，若發(fā)生碰撞，則自適應(yīng)函數(shù)值取無(wú)窮大；若不發(fā)生碰撞則自適應(yīng)函數(shù)值取0；計(jì)算d_end和自適應(yīng)函數(shù)值的和值，從種群pop中選擇出和值最小的個(gè)體作為最優(yōu)路徑；

2.3)依據(jù)當(dāng)前的pop行N列的矩陣，對(duì)矩陣元素0，1，-1，2，-2，3進(jìn)行二進(jìn)制編碼得到pop行3*N列的矩陣；其中，編碼方式為：0對(duì)應(yīng)于0，0，0；1對(duì)應(yīng)于0，0，1；-1對(duì)應(yīng)于0，1，0；2對(duì)應(yīng)于0，1，1；-2對(duì)應(yīng)于1，0，0；3對(duì)應(yīng)于1，0，1；針對(duì)pop行3*N列的矩陣的元素進(jìn)行0/1變異，得到新的pop行3*N列的矩陣，再依據(jù)編碼方式將新的pop行3*N列的矩陣解碼為新的pop行N列的矩陣；

2.4)根據(jù)步驟2.2)選擇出新種群pop中和值最小的個(gè)體，再?gòu)姆N群pop的最優(yōu)個(gè)體和新種群pop的最優(yōu)個(gè)體中選擇出和值最小的個(gè)體作為最優(yōu)個(gè)體；

2.5)根據(jù)求得的最優(yōu)個(gè)體，得到N步的執(zhí)行動(dòng)作，執(zhí)行選定動(dòng)作，移動(dòng)到下一個(gè)路徑規(guī)劃點(diǎn)(x_n、y_n、z_n)；

2.6)循環(huán)執(zhí)行以下2.2)～2.5)，直至每個(gè)鋼筋智能體都到達(dá)各自的終點(diǎn)橫坐標(biāo)所在的平面；

2.7)保留滿足終止條件的路徑作為x方向梁中的鋼筋排布輸出結(jié)果；

3)將x軸方向鋼筋的排布結(jié)果、柱內(nèi)縱筋與原有構(gòu)件視為障礙物，使用二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行y軸方向鋼筋的智能排布；

4)將步驟2)和步驟3)所得的兩個(gè)方向梁鋼筋排布結(jié)果保存為鋼筋中心線坐標(biāo)；

5)基于設(shè)計(jì)規(guī)范和工程實(shí)際對(duì)鋼筋中心線坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整；步驟5)具體包括以下子步驟：

5.1)對(duì)x軸方向鋼筋每根鋼筋的中心線坐標(biāo)，循環(huán)如下：若鋼筋中心線坐標(biāo)的相鄰a，b兩個(gè)點(diǎn)的y坐標(biāo)值相等，則兩點(diǎn)坐標(biāo)不變，若不相等，則選擇與起點(diǎn)的y坐標(biāo)值相差更大的值作為此鋼筋所有中心線坐標(biāo)的y坐標(biāo)值；循環(huán)完成后，鋼筋位置被調(diào)整且不發(fā)生彎折；

5.2)對(duì)y軸方向鋼筋的中心線坐標(biāo)進(jìn)行下述操作：對(duì)于每根梁頂部鋼筋的軌跡坐標(biāo)，循環(huán)如下：若鋼筋中心線坐標(biāo)的相鄰a，b兩個(gè)點(diǎn)的x坐標(biāo)值相等，則兩點(diǎn)x坐標(biāo)不變，若不相等，則選擇與起點(diǎn)的x坐標(biāo)值相差更大的值作為此鋼筋所有中心線坐標(biāo)的x坐標(biāo)值；再比較兩個(gè)點(diǎn)的z坐標(biāo)值，若相等，則兩點(diǎn)z坐標(biāo)不變，若不相等，則選擇與起點(diǎn)的z坐標(biāo)值相差更大的值作為此鋼筋所有中心線坐標(biāo)的z坐標(biāo)值；循環(huán)完成后，鋼筋位置被調(diào)整且不發(fā)生彎折；對(duì)于每根梁底部鋼筋的軌跡坐標(biāo)，循環(huán)如下：若鋼筋中心線坐標(biāo)的相鄰a，b兩個(gè)點(diǎn)的x坐標(biāo)值相等，則兩點(diǎn)x坐標(biāo)不變，若不相等，則選擇與起點(diǎn)的x坐標(biāo)值相差更大的值作為此鋼筋所有中心線坐標(biāo)的x坐標(biāo)值；對(duì)于新的鋼筋中心線坐標(biāo)，若相鄰a，b，c三個(gè)點(diǎn)不在同一直線上，且b點(diǎn)是鋼筋的彎折點(diǎn)，找出鋼筋的第一個(gè)彎折點(diǎn)，找到與起點(diǎn)的z坐標(biāo)值相差最大的點(diǎn)e，將b和e連線，將直線內(nèi)的坐標(biāo)按照規(guī)范給出的角度進(jìn)行調(diào)整，將發(fā)生彎折的底部鋼筋進(jìn)行關(guān)于節(jié)點(diǎn)中心線的對(duì)稱調(diào)整；循環(huán)完成后，鋼筋位置不變且鋼筋只在節(jié)點(diǎn)區(qū)發(fā)生符合規(guī)范的對(duì)稱彎折；

5.3)描畫(huà)鋼筋軌跡圖像，將鋼筋中心線坐標(biāo)保留，等待輸出；

6)輸出調(diào)整后的鋼筋中心線坐標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法的鋼筋混凝土構(gòu)件交叉區(qū)域鋼筋自動(dòng)避障排布方法，其特征在于：將單個(gè)節(jié)點(diǎn)的柱底部中心點(diǎn)坐標(biāo)作為局部坐標(biāo)的原點(diǎn)，此點(diǎn)的全局坐標(biāo)為(x_origin，y_origin，z_origin)；根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，建立三維模型，并將三維模型離散化為以基本單位表示的坐標(biāo)。