[发明专利]一种船舶分支管路路径规划方法

摘要

一种船舶分支管路路径规划方法：在对设备和管路模型简化的基础上，参考移动机器人路径规划中可见图法构建两点间网络图；设定包含N个连接点的分支管路，实现N个连接点间每两点间网络图的构建，组合更新数据信息得到总的N个点间网络图；构建基于斯坦纳点遗传算法的种群，设置遗传算法参数后开始迭代寻优；确定管路当量长度，赋予不同管路的不同权重系数；利用距离启发式算法评价每条染色体的适应值；判断是否达到设定的迭代次数；最优路径输出，路径规划结束，更新储存文档中管路编码信息，结合三维设计软件，实现船舶分支管路的三维可视化。本发明具有很高的搜索效率，解决了分支管路的布局问题，能更好的满足船舶管路路径规划的实际需要。

主权项

1.一种船舶分支管路路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在对设备和管路模型简化的基础上，参考移动机器人路径规划中可见图法构建两点间网络图，包括生成遇到障碍的各个节点，确定各节点间的边长度，并存储在图G＝(V,E)中，其中V储存各节点信息，E储存边的信息；2)设定包含n个连接点的分支管路，依据各连接点的坐标值，构建包含n个连接点的集合，忽略空间障碍，利用连接点位置信息，基于图论中最小生成树算法确定n个连接点的连接顺序，然后实现n个连接点间每两点间网络图的构建，组合更新数据信息得到总的n个点间网络图；3)构建基于斯坦纳点遗传算法的种群，确定步骤2)所述的总的n个点间网络图中使各连接点之间管路长度最短的斯坦纳点的位置和数目，设置遗传算法参数后开始迭代寻优；包括：(1)构建基于斯坦纳点遗传算法的种群采用引入斯坦纳点的染色体编码方法，首先对于n个连接点最多存在n‑2个斯坦纳点，设定v是总的n个点间网络图所有点集合，用R＝v‑N表示所有非管路连接点集合，r表示集合R中点的个数，采用定长度编码方式，一条染色体编码为：{(Node₀,0),(Node₁,1),...(Node_m,1),...(Node_r‑1,0)}             (2)其中{(Node₁,1),...,(Node_m,1)}表示斯坦纳点，{(Node₀,0),...,(Node_r‑1,0)}表示潜在的斯坦纳点，意味着随着迭代过程有可能成为斯坦纳点，对于n点连接，斯坦纳点的个数0≤m≤n‑2，所以种群初始化时，斯坦纳点的个数不能超过n‑2，随着迭代过程，对染色体需要进行过滤过程，删除不满足要求的染色体；(2)采用遗传算法中随机联赛选择和精英保留机制的方法进行选择操作，具体包括：首先利用随机联赛选择方法从种群中随机选择M个个体进行适应度大小比较，将其中适应度最高的一个个体遗传到下一代种群中，重复上述选择过程l次，便增加l个个体到下一代种群中，直到达到设定的下一代种群中的大小；然后利用精英保留机制的方法引入最优个体保留策略，在不失下一代种群多样性的同时保证了最优个体的优先权；(3)利用遗传算法单点交叉方法产生新的子代个体：随机从第(2)步生成的下一代种群中选择两个父代个体P1和P2，然后生成一个随机数k₁，如果k₁≤c₁，c₁为交叉概率，两个父代染色体需要重新组合产生新的子代个体，如果k₁＞c₁，子代直接复制父代染色体得到子代个体；将两种方法得到的子代个体组合成新的种群；(4)利用遗传算法中二进制位变异和倒转变异方法得到多样性的种群：二进制位变异具体是：随机在第(3)步中得到的种群中选择一条染色体，然后生成一个随机数k₂，如果k₂≤c₂，c₂为变异概率，则随机将该染色体的一个潜在斯坦纳点变成斯坦纳点，即二进制由0转化为1，同时将一个斯坦纳点变为潜在斯坦纳点，将改变后的染色体放入下一代种群中，如果k₂＞c₂，直接复制该染色体到下一代种群中；倒转变异具体是：随机在一条染色体上选择两个位置，将这两个位置之间的二进制位数倒转得到新的染色体，放入下一代种群中；4)确定管路当量长度，根据管路粗细、直径和靠近不同障碍面的距离赋予不同的权重系数；5)根据步骤3)中确定的新的染色体的斯坦纳点的位置和数目，利用距离启发式算法评价每条染色体的适应值；6)判断是否达到设定的迭代次数，如果达到设定的迭代次数，则转到步骤7)，输出最优解，否则转到步骤3)；7)最优路径输出，路径规划结束，更新储存文档中管路编码信息，结合三维设计软件，实现船舶分支管路的三维可视化。