[發(fā)明專利]一種基于協(xié)同優(yōu)化的帶分支管道布局方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210531130.2
• 申請(qǐng)日: 2022-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN115130255B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦娜;呂緯航;黃德青;苗怡然;袁鵬;趙欣宇;郝軍凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué);中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
• 主分類號(hào): G06F30/18
• 分類號(hào): G06F30/18;G06N3/126
• 代理公司: 成都東恒知盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 李英

1.一種基于協(xié)同優(yōu)化的帶分支管道布局方法，其特征在于：包括以下步驟：

一、改進(jìn)自適應(yīng)A*算法；

步驟一中，在自適應(yīng)A*算法中添加一種反向二次布局機(jī)制，具體步驟如下：

(1)在自適應(yīng)A*算法尋路時(shí)，記錄每個(gè)拐點(diǎn)的位置；

(1.1)初始化open表與close表；

(1.2)根據(jù)目前點(diǎn)B尋找落腳點(diǎn)集合；

(1.3)計(jì)算落腳點(diǎn)集合中的點(diǎn)的帶價(jià)值，并根據(jù)環(huán)境選擇一個(gè)點(diǎn)前進(jìn)，到達(dá)新的目前點(diǎn)B；

(1.4)重復(fù)(1.2)-(1.3)，直到尋找到終點(diǎn)位置；

判斷是否發(fā)生了違規(guī)拐點(diǎn)現(xiàn)象，記錄每段違規(guī)拐點(diǎn)路段的起始位置與終止位置作為中間輔助點(diǎn){(Q₁₁,Q₁₂),(Q₂₁,Q₂₂),...,(Q_n1,Q_n2)}；

(2)結(jié)合記錄的拐點(diǎn)位置，將一段管道劃分為2N+1段管道；

(3)使用自適應(yīng)A*算法對(duì)違規(guī)路段進(jìn)行二次尋路，尋路方向?yàn)檫`規(guī)拐點(diǎn)路段的終止位置至起始位置，最終得到新的N段合規(guī)的管道；

(4)拼接2N+1段管道，形成完整的一條管道；

二、協(xié)同優(yōu)化策略；

步驟二中，協(xié)同優(yōu)化策略的具體流程如下：

1)根據(jù)每根管道的起點(diǎn)、終點(diǎn)信息構(gòu)建立方體；

2)由于管道布局時(shí)有可能會(huì)跳出該立方體區(qū)域，因此在立方體的每個(gè)方向擴(kuò)展三個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)度；

3)分別計(jì)算每根管道種群與其他種群的解空間交疊量，將結(jié)果記錄保存；

4)判斷兩兩立方體是否存在交疊：將兩個(gè)立方體從X，Y，Z方向進(jìn)行投影，只要在一個(gè)軸向的投影不存在重疊，則判定位兩立方體不存在交疊，跳轉(zhuǎn)7)，否則判定存在交疊,跳轉(zhuǎn)5)；

5)判斷交疊部分是否全部為障礙物所在區(qū)域，若是，則跳轉(zhuǎn)7)，否則，跳轉(zhuǎn)6)；

6)判定兩管道種群存在解空間交疊，互為有效協(xié)同，返回3)；

7)判定兩管道種群不存在解空間交疊，互為無(wú)效協(xié)同，返回3)；

三、改進(jìn)的自適應(yīng)A*算法與協(xié)同進(jìn)化遺傳算法相結(jié)合，進(jìn)行分支管道優(yōu)化布局；

步驟三中，具體流程如下：

步驟1、初始化N個(gè)種群，即N個(gè)管道；

步驟2、每個(gè)種群?jiǎn)为?dú)進(jìn)化k代；

步驟3、挑選每個(gè)種群中的最優(yōu)個(gè)體，組成當(dāng)前最優(yōu)集合P_best；

步驟4、計(jì)算每個(gè)種群對(duì)應(yīng)的有效協(xié)同種群；

步驟5、判斷進(jìn)化次數(shù)m是否小于最大進(jìn)化代數(shù)；若是，進(jìn)行下一步，若否，輸出P_best并結(jié)束；

步驟6、對(duì)每個(gè)種群分別進(jìn)行選擇、交叉、變異操作產(chǎn)生新的種群，環(huán)境為原始環(huán)境與有效協(xié)同種群最優(yōu)個(gè)體共同組成；

步驟7、挑選每個(gè)新種群的最優(yōu)個(gè)體，替換在P_best對(duì)應(yīng)的管道，計(jì)算整體適應(yīng)度值，若表現(xiàn)更優(yōu)則保留此次更新，然后返回步驟5；

步驟1和步驟2中，對(duì)于一個(gè)帶有N對(duì)起止點(diǎn)的帶分支管道，對(duì)每根管道單獨(dú)初始化；對(duì)于一個(gè)種群中每個(gè)個(gè)體，在起點(diǎn)與終點(diǎn)為頂點(diǎn)組成的立方體空間中隨機(jī)選擇m個(gè)中間連接點(diǎn)，然后將這些點(diǎn)根據(jù)距離終點(diǎn)的曼哈頓距離的遠(yuǎn)近依次使用改進(jìn)的自適應(yīng)A*算法連接，組成一條完整的管道，并以此方式循環(huán)k次。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同優(yōu)化的帶分支管道布局方法，其特征在于：在協(xié)同之前，每個(gè)種群?jiǎn)为?dú)進(jìn)化一定代數(shù)，進(jìn)一步提升種群中個(gè)體的質(zhì)量；在一個(gè)種群進(jìn)化時(shí)，其進(jìn)化環(huán)境包括兩個(gè)部分，一個(gè)是原始布局環(huán)境，包括空間與障礙物信息，另一個(gè)是由其他種群的最優(yōu)個(gè)體組成的環(huán)境，用來(lái)評(píng)價(jià)協(xié)同程度。