[发明专利]一种基于步进环栅的输电线路的多目标优化路径选择方法

权利要求书

1.一种基于步进环栅的输电线路的多目标优化路径选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：选取相关影响因素并融合GIS数据，构造特征因素指标集；

步骤2：根据区域性质将可建造电塔的半环域划分为多类，将多个种类构造成区域特征集，具体为：

将可建造环形区域划分为：可行区、可穿越区、可跨越区和不可行区4类，区域特征集表示为D＝{d_m,m＝1,2,3,4}，其中d_m表示区域标识；

步骤3：构造分类算法，根据特征因素指标集和区域特征集，对多个可建造电塔的半环域进行分类，具体为：

步骤3.1：特征因素指标集表示为其中i＜N₁，i∈Z；N₁表示特征因素指标的数量，f_i表示选取的特征因素指标，构造子特征因素集R₁,R₂,其中R₁∪R₂＝F；R₁包含k个子元素，R₂包含q个子元素，k+q＝N₁，即R₁＝{r_i⁽¹⁾,i＝1,2,...,k}为决策辅集，有将其进行成本估算权重赋值，r_i⁽¹⁾∈(0,1)，为决策主集，将其进行决策赋值其中0表示不可建造点，1表示可建造点；

步骤3.2：各个决策辅集所共有的并运算为S_cale表示占据比，各个决策主集所共有的交运算子空间R_u和R_I都是逻辑运算结果，则有R＝R_u∧R_I，其中，运算为1，则可确定为建造可行点，0为不可行点；

步骤4：以起点、终点、居住群落中间区域或者必经点为拓扑节点，生成虚拟拓扑路径网络，构造虚拟拓扑地图，根据虚拟拓扑地图对路径进行总体规划；

步骤5：根据分类算法对拓扑节点进行分类，并将拓扑节点间的距离作为拓扑节点的权值，选择虚拟拓扑地图中的最优拓扑总体路径，具体为：

根据分类算法对拓扑节点进行分类，排除不可行区，将起点到终点间的拓扑节点的距离权重构造成权重向量ω_T＝(ω₁,ω₂,...,ω_n)^T，其中n表示拓扑结构的边数；由起点到终点的拓扑节点集合表示为O_T＝(O₁,O₂,...,O_n)^T，则根据拓扑目标方程选择最短路径，作为最优拓扑总体路径；

步骤6：在最优拓扑总体路径的相邻拓扑节点间构造局域步进环栅地图，将可建造电塔的区域构成半环域，将相邻拓扑节点间的半环域划分成多个栅格，并对栅格进行编号，具体为：

步骤6.1：以拓扑节点为坐标原点，纵坐标轴取两相邻拓扑节点的连线方向为正方向，构造直角坐标系；

步骤6.2：对总体拓扑地图进行坐标变换，转化为统一坐标系，利用坐标变化降低计算量，使塔基落点只会在第I象限和第II象限内；

步骤6.3：根据输配电工程要求及现场工况确定塔基间距离l∈[m,n]，其中m为塔基距离最小值，n为塔基距离最大值，建造电塔的坐标为其中S_j表示第j个电塔；以S_j为圆点，分别以m和n为半径构造同心圆，S_j+1选址满足下列方程：

所构造的区域为半环域，定义半环域为

步骤6.4：对所构造半环域进行栅格切割，构造近似正方形的栅格，所有的经栅格切割后的半环域构成步进环栅地图；

步骤6.5：对栅格进行编号，便于寻优计算；

步骤7：读取GIS数据，根据不可建造区域的海拔因素对可建造电塔的半环域的栅格进行筛选，对筛选出的可行栅格和不可行栅格进行标识，将可行栅格构成预选区域；

步骤8：根据基尼系数判断预选区域内每个可行栅格的复杂程度，基尼系数表达式为：

其中，设定半环域中可建造塔基概率为p₁(S₀,S₁),不可建造塔基区域为概率p₂(S₀,S₁)，可建造面积为S₁和不可建造区域为S₀，p_k表示第k个类别发生的概率，基于上述基尼系数判断所选区域的复杂程度；

步骤9：对可建造区域内的可行栅格进行参数配置，根据配置的参数中的经、纬度属性、电塔高度构造距离函数，具体为：

对每个栅格进行参数配置，其栅格参数包括成本c_in、经度J_inN_i、纬度W_inN_i、海拔数据H_inN_i，表示为：其中n表示第i个半环域内栅格标号，即栅格点的经纬度坐标为N_in＝(J_inN_i,W_inN_i)；S_j塔基的经纬度坐标S_j＝(J_jS_j,W_jS_j)，则有建造塔杆间电线距离：

l_j＝(R+H_inN_i+h)arccos(cos(W_inN_i)cos(W_jS_j)cos(J_inN_i-J_jS_j)+sin(W_jS_j)sin(W_inN_i))

其中，上述是在假设地球以海平面到地心距离为半径R的一个规则的圆球；

步骤10：根据步进环栅地图，构造成本目标函数如下：

其中C表示总成本；c_l表示单位长度电线的成本；μ为功率传输系数，根据输电的类型，三相电传输或直流电传输过程采用电线路数不同，由功率传输系数表示几路传输；n和N分别表示虚拟拓扑地图分类数及建造塔基总数以；表示成本系数，f_k(F)表示根据现场工况第k段所需的建造成本估算；u_s表示运输成本系数，G_k(F)表示现场根据具体状况第k段所需的运输成本估算；ψ_k表示第k段塔杆成本；τ_k表示第k段人工成本；设定：c_in＝c_sf_k(F)+u_sG_k(F)+ψ_k+τ_k即对可行第k段栅格粒进行属性赋值；

步骤11：根据相邻电塔间的转角，构造转角目标函数，具体为：

设定规划路径起点为虚拟拓扑节点即起点为O₁，终点为O_N；设定电塔基点为S_j，为路径总偏转角度函数，电塔基点间向量设定为则根据偏转角最小化求解，则有下述函数：

其中，设定即在步进环栅半环域内相邻半环域和半环域所选的塔基点为S_j与塔基点S_j+1及塔基点S_j+2所构造的偏转夹角；

步骤12：根据距离函数、成本目标函数和转角目标函数，构造多目标优化函数，对输电线路路径进行协同优化；

多目标优化函数为：

其可行域为步进式环栅所构造的半环域则有X＝(S₁,S₂,...,S_N)^T为优化问题的一个解。