一种货运索道的路径规划方法及装置与流程

1.本发明涉及输电线路工程技术领域，具体涉及一种货运索道的路径规划方法及装置。


背景技术：

2.作为一种理想的山区物料运输工具，货运索道在输电线路施工、景区建设、森林资源开采等行业应用广泛，而货运索道的路径规划一直是困扰索道设计人员的难题。在现阶段，输电线路货运索道主要依靠人工进行路径规划，技术人员需要多次前往施工现场进行勘测，获取待架设索道的区域的地形数据，再凭经验规划索道运输路径。这种方法规划周期长、劳动强度大，并且路径规划问题是涉及工程、环境、经济等多方面的空间多目标决策问题，依靠人工经验难以规划出最优路径。
3.在货运索道路径自动规划时，首先需要获取规划索道的区域的地理信息数据，地理信息数据通常可以从全国地理信息资源目录服务系统等网站下载或通过航空摄影等方式现场采集。在货运索道路径自动规划时，需要在索道的起点和终点附近分别选择合适的上料点和下料点，具体选择方法可以参考专利《一种输电线路货运索道上、下料点筛选方法、装置和设备》；然后再根据上料点和下料点之间的地形曲线信息，结合索道的路径规划要求，选择合适的索道中间支架架设位置，具体架设方法可参考专利《一种基于地形自适应构建输电线路货运索道的方法及系统》、《基于干涉点搜索输电线路货运索道支架设置方法及系统》、《基于地形搜索的输电线路货运索道支架设置方法及系统》。这些索道中间支架位置架设位置选取方法虽然能够实现索道运输路径的自动规划，可以在一定程度上降低索道路径规划工作的时长、减少路径规划工作人员的劳动强度、避免经验式的路径规划。但是这些方法并不是最优路径搜索算法，所规划出的索道路径不是最优的。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本发明提出了一种货运索道的路径规划方法及装置。
5.第一方面，提供一种货运索道的路径规划方法，所述货运索道的路径规划方法包括：
6.基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵；
7.基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径。
8.优选的，所述基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵，包括：
9.将待安装货运索道区域的地形曲线上的凸点记为节点i，待安装货运索道区域的地形曲线的起点记为节点0，终点记为节点n 1，其中，i∈[1,n]，n为地形曲线上的凸点总数；
[0010]
基于各节点之间的水平距离确定各节点间的评估系数；
[0011]
利用各节点间的评估系数确定货运索道路径节点间的邻接矩阵。
[0012]
进一步的，所述基于各节点之间的水平距离确定各节点间的评估系数，包括：
[0013]
当节点i与节点j满足|x
i-xj|＝0时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝0，其中，xi为节点i在地形曲线上的横坐标值，xj为节点j在地形曲线上的横坐标值；
[0014]
当节点i与节点j满足0《|x
i-xj|≤α时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞，α为允许的节点间最小距离；
[0015]
当节点i与节点j满足|x
i-xj|≥β时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞，β为允许的节点间最大距离；
[0016]
当节点i与节点j满足α《|x
i-xj|《β时，基于节点i与节点j之间的承载索曲线与地形曲线的最小距离确定节点i与节点j之间的评估系数。
[0017]
进一步的，所述基于节点i与节点j之间的承载索曲线与地形曲线的最小距离确定节点i与节点j之间的评估系数，包括：
[0018]
获取节点i与节点j之间的地形曲线f(x)；
[0019]
获取节点i与节点j之间的承载索曲线g(x)；
[0020]
当g(x)满足min[g(x)-f(x)]≤d时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞；
[0021]
当g(x)满足min[g(x)-f(x)]》d时，按下式确定节点i与节点j之间的评估系数a
ij
：
[0022][0023]
其中，d为预设安全距离，
△
为承载索的跨中垂度，f(xj)为节点j的高度，f(xi)为节点i的高度。
[0024]
进一步的，所述承载索的跨中垂度的取值范围为0.05～0.08。
[0025]
优选的，所述货运索道路径节点间的邻接矩阵a的计算式如下：
[0026][0027]
上式中，a
ij
为节点i与节点j之间的评估系数，i，j∈[0,n 1]，n为地形曲线上的凸点总数。
[0028]
进一步的，所述基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径，包括：
[0029]
基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵，采用迪克斯特拉算法获取待安装货运索道区域的最短货运索道路径。
[0030]
进一步的，所述基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵，采用迪克斯特拉算法获取待安装货运索道区域的最短货运索道路径，包括：
[0031]
步骤1.构建中间向量b＝[b
1 b2ꢀ…ꢀbk
ꢀ…ꢀb(n 1)
]，其中，bk为中间向量中第k个元
素，bk＝a
0k
,k＝0,1,
…
,n 1；
[0032]
步骤2.获取所述中间向量中评估系数最小的非标记节点l，从邻接矩阵提取从节点l出发到达节点k的评估系数ck＝a
lk
,k＝l 1,l 2,
…
,n 1，并对节点l进行标记；
[0033]
步骤3.在起点到各节点的路径上插入节点l并重新计算节点k的评估系数dk＝b
l
ck,k＝l 1,l 2,
…
,n 1，若dk小于bk，则在已有路径上插入节点l，并更新所述中间向量中的bk＝dk，否则，保持原路径和bk不变；
[0034]
步骤4.判断是否存在未标记的节点，若是，则完成路径规划，并输出从节点0至节点n 1间的最短路径；否则，返回步骤2。
[0035]
第二方面，提供一种货运索道的路径规划装置，所述货运索道的路径规划装置包括：
[0036]
第一确定模块，用于基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵；
[0037]
第二确定模块，用于基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径。
[0038]
第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的货运索道的路径规划方法。
[0039]
第四方面，提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的货运索道的路径规划方法。
[0040]
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
[0041]
本发明提供了一种货运索道的路径规划方法及装置，包括：基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵；基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径。本发明提供的技术方案能够基于货运索道路径节点间的邻接矩阵自动规划出最优索道路径，大幅度降低货运索道路径规划工作的时间和人力成本，为索道路径规划的自动化提供理论依据和技术支撑。
附图说明
[0042]
图1是本发明实施例的货运索道的路径规划方法的主要步骤流程示意图；
[0043]
图2是本发明实施例的地形曲线示意图；
[0044]
图3是本发明实施例的索道路径节点示意图；
[0045]
图4是本发明实施例的最短索长路径规划算例曲线图；
[0046]
图5是本发明实施例的货运索道的路径规划装置的主要结构框图。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0048]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的货运索道的路径规划方法的主要步骤流
程示意图。如图1所示，本发明实施例中的货运索道的路径规划方法主要包括以下步骤：
[0050]
步骤s101：基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵；
[0051]
步骤s102：基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径。
[0052]
其中，所述待安装货运索道区域的地形曲线如图2所示，本发明提供的方法能够在如图1所示的地形曲线的索道上料点和下料点之间自动规划出满足架设限制条件的最优索道运输路径。图中的地形线可以用公式z＝f(x)表达，其中，x为地形曲线的水平坐标，z为地形曲线的高度坐标。
[0053]
具体的，索道支架只能架设在地形曲线z＝f(x)的凸包的最高点处即地形曲线的凸点位置，曲线凸点的数学表达形式为曲线上满足一阶导数等于零且二阶导数小于零的点，可用如下表达式表示：
[0054][0055]
如图3所示，在进行索道路径规划之前，选出地形曲线上所有的凸点作为索道路径节点，节点总数量记为n。
[0056]
基于此，本实施例中，所述基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵，具体包括：
[0057]
将待安装货运索道区域的地形曲线上的凸点记为节点i，待安装货运索道区域的地形曲线的起点记为节点0，终点记为节点n 1，其中，i∈[1,n]，n为地形曲线上的凸点总数；
[0058]
基于各节点之间的水平距离确定各节点间的评估系数；
[0059]
利用各节点间的评估系数确定货运索道路径节点间的邻接矩阵。
[0060]
在一个实施方式中，所述基于各节点之间的水平距离确定各节点间的评估系数，包括：
[0061]
当节点i与节点j满足|x
i-xj|＝0时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝0，其中，xi为节点i在地形曲线上的横坐标值，xj为节点j在地形曲线上的横坐标值；
[0062]
当节点i与节点j满足0《|x
i-xj|≤α时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞，α为允许的节点间最小距离；
[0063]
当节点i与节点j满足|x
i-xj|≥β时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞，β为允许的节点间最大距离；
[0064]
当节点i与节点j满足α《|x
i-xj|《β时，基于节点i与节点j之间的承载索曲线与地形曲线的最小距离确定节点i与节点j之间的评估系数。
[0065]
在一个实施方式中，所述基于节点i与节点j之间的承载索曲线与地形曲线的最小距离确定节点i与节点j之间的评估系数，包括：
[0066]
获取节点i与节点j之间的承载索曲线g(x)；
[0067]
获取节点i与节点j之间的地形曲线f(x)；
[0068]
其中，
[0069]
当g(x)满足min[g(x)-f(x)]≤d时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞；
[0070]
当g(x)满足min[g(x)-f(x)]》d时，按下式确定节点i与节点j之间的评估系数a
ij
：
[0071][0072]
其中，d为预设安全距离，
△
为承载索的跨中垂度，f(xj)为节点j的高度，f(xi)为节点i的高度。所述承载索的跨中垂度的取值范围为0.05～0.08。
[0073]
本实施例中，所述货运索道路径节点间的邻接矩阵a的计算式如下：
[0074][0075]
上式中，a
ij
为节点i与节点j之间的评估系数，i，j∈[0,n 1]，n为地形曲线上的凸点总数。
[0076]
进一步的，所述基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径，包括：
[0077]
基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵，采用迪克斯特拉算法获取待安装货运索道区域的最短货运索道路径。
[0078]
迪克斯特拉算法能够根据邻接矩阵对从索道起点到所有节点(包括终点)的最佳路径进行规划，通过不断尝试在现有路径上插入已知的估值函数值最小的节点来优化现有路径和规划前往原本不可抵达的节点的路径。该方法的主要流程如下所示：
[0079]
步骤1.构建中间向量b＝[b
1 b2ꢀ…ꢀbk
ꢀ…ꢀb(n 1)
]，其中，bk为中间向量中第k个元素，bk＝a
0k
,k＝0,1,
…
,n 1；
[0080]
步骤2.获取所述中间向量中评估系数最小的非标记节点l，从邻接矩阵提取从节点l出发到达节点k的评估系数ck＝a
lk
,k＝l 1,l 2,
…
,n 1，并对节点l进行标记；
[0081]
步骤3.在起点到各节点的路径上插入节点l并重新计算节点k的评估系数dk＝b
l
ck,k＝l 1,l 2,
…
,n 1，若dk小于bk，则在已有路径上插入节点l，并更新所述中间向量中的bk＝dk，否则，保持原路径和bk不变；
[0082]
步骤4.判断是否存在未标记的节点，若是，则完成路径规划，并输出从节点0至节点n 1间的最短路径；否则，返回步骤2。
[0083]
在一个具体的实施方式中，本发明以最短索长为目标函数，对如图4所示的二维曲线进行路径规划(曲线左端点为路径起点，右端点为路径终点)，经过路径节点筛选、邻接矩阵构建和迪克斯特拉算法最优路径搜索，分别得到索长最短的索道路径。
[0084]
基于同一发明构思，本发明提供一种货运索道的路径规划装置，如图5所示，所述货运索道的路径规划装置包括：
[0085]
第一确定模块，用于基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵；
[0086]
第二确定模块，用于基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径。
[0087]
优选的，所述基于待安装货运索道区域的地形曲线确定货运索道路径节点间的邻接矩阵，包括：
[0088]
将待安装货运索道区域的地形曲线上的凸点记为节点i，待安装货运索道区域的地形曲线的起点记为节点0，终点记为节点n 1，其中，i∈[1,n]，n为地形曲线上的凸点总数；
[0089]
基于各节点之间的水平距离确定各节点间的评估系数；
[0090]
利用各节点间的评估系数确定货运索道路径节点间的邻接矩阵。
[0091]
进一步的，所述基于各节点之间的水平距离确定各节点间的评估系数，包括：
[0092]
当节点i与节点j满足|x
i-xj|＝0时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝0，其中，xi为节点i在地形曲线上的横坐标值，xj为节点j在地形曲线上的横坐标值；
[0093]
当节点i与节点j满足0《|x
i-xj|≤α时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞，α为允许的节点间最小距离；
[0094]
当节点i与节点j满足|x
i-xj|≥β时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞，β为允许的节点间最大距离；
[0095]
当节点i与节点j满足α《|x
i-xj|《β时，基于节点i与节点j之间的承载索曲线与地形曲线的最小距离确定节点i与节点j之间的评估系数。
[0096]
进一步的，所述基于节点i与节点j之间的承载索曲线与地形曲线的最小距离确定节点i与节点j之间的评估系数，包括：
[0097]
获取节点i与节点j之间的地形曲线f(x)；
[0098]
获取节点i与节点j之间的承载索曲线g(x)；
[0099]
当g(x)满足min[g(x)-f(x)]≤d时，节点i与节点j之间的评估系数a
ij
＝∞；
[0100]
当g(x)满足min[g(x)-f(x)]》d时，按下式确定节点i与节点j之间的评估系数a
ij
：
[0101][0102]
其中，d为预设安全距离，
△
为承载索的跨中垂度，f(xj)为节点j的高度，f(xi)为节点i的高度。
[0103]
进一步的，所述承载索的跨中垂度的取值范围为0.05～0.08。
[0104]
优选的，所述货运索道路径节点间的邻接矩阵a的计算式如下：
[0105][0106]
上式中，a
ij
为节点i与节点j之间的评估系数，i，j∈[0,n 1]，n为地形曲线上的凸点总数。
[0107]
进一步的，所述基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵确定待安装货运索道区域的货运索道路径，包括：
[0108]
基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵，采用迪克斯特拉算法获取待安装货运索道区域的最短货运索道路径。
[0109]
进一步的，所述基于所述货运索道路径节点间的邻接矩阵，采用迪克斯特拉算法获取待安装货运索道区域的最短货运索道路径，包括：
[0110]
步骤1.构建中间向量b＝[b
1 b2ꢀ…ꢀbk
ꢀ…ꢀb(n 1)
]，其中，bk为中间向量中第k个元素，bk＝a
0k
,k＝0,1,
…
,n 1；
[0111]
步骤2.获取所述中间向量中评估系数最小的非标记节点l，从邻接矩阵提取从节点l出发到达节点k的评估系数ck＝a
lk
,k＝l 1,l 2,
…
,n 1，并对节点l进行标记；
[0112]
步骤3.在起点到各节点的路径上插入节点l并重新计算节点k的评估系数dk＝b
l
ck,k＝l 1,l 2,
…
,n 1，若dk小于bk，则在已有路径上插入节点l，并更新所述中间向量中的bk＝dk，否则，保持原路径和bk不变；
[0113]
步骤4.判断是否存在未标记的节点，若是，则完成路径规划，并输出从节点0至节点n 1间的最短路径；否则，返回步骤2。
[0114]
进一步的，本发明提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的货运索道的路径规划方法。
[0115]
进一步的，本发明提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的货运索道的路径规划方法。
[0116]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
[0117]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
[0118]
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。
[0119]
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。
[0120]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。