[发明专利]一种缩短输电线路巡视时间的巡线路径优化方法

摘要

本发明公开了一种缩短输电线路巡视时间的巡线路径优化方法，其特征在于其包括如下步骤：（一）绘制输电线路及其周边交通道路分布图；（二）杆塔与其停车点的距离及不同停车点间距离计算；（三）输电线路巡视路径优化问题建模；（四）遗传算法求解目标函数；本发明不受巡线人员素质、水平影响，可合理规划输电线路巡视路径，缩短巡线时间，提高工作效率。

主权项

1.一种缩短输电线路巡视时间的巡线路径优化方法，其特征在于其包括如下步骤：（一）绘制输电线路及其周边交通道路分布图：根据GIS系统中杆塔和道路坐标数据，在二维坐标系下拟合某区域输电线路及其周边道路分布图，其中：G_i表示该区域第i基杆塔，i=1,2…N，N为该区域基杆塔总数；H_j表示该区域第j条公路，j=1,2…K，K为该区域公路总数；J_a‑b表示该巡视区域第a条公路H_a与第b条公路H_b交叉路口，a=1,2…K，b=1,2…K，且a≠b；T_i‑j表示巡视第i基杆塔在第j条公路上的停车点；D_i‑j表示第i基杆塔G_i与其在第j条公路上停车点T_i‑j的距离；（二）杆塔与其停车点的距离及不同停车点间距离计算：第i基杆塔G_i与其在第j条公路上的停车点T_i‑j之间为曲线连接，从停车点T_i‑j到杆塔G_i需步行，其间距离D_i‑j可通过实地测绘和GIS系统比对获得；通过GIS系统可以获得任意杆塔G_i、公路交叉路口J_a‑b、停车点T_i‑j的坐标数据，因此对二维坐标为(x_e,y_e)和(x_f,y_f)的两停车点，其间距离d可通过公式（1）求得：公式（1）中：w表示两杆塔停车点间交叉路口数量；(x_sk,y_sk)表示两停车点间第k个交叉路口的坐标，满足0≤k≤w，且为整数；（三）输电线路巡视路径优化问题建模：将输电线路巡视时间分为三部分，第一部分为从出发点乘车依次到达各杆塔停车点所用总时间t₁；第二部分为从各杆塔停车点步行至对应杆塔底部所用总时间t₂；第三部分为巡视结束后，从最后一个被巡视杆塔的停车点乘车返回起始点所用时间t₃；   （2）       （3）     （4）公式（2）、（3）、（4）中：n为需巡视杆塔总数；集合R表示一条巡视路径，其包括n+2个元素，起止点加巡视杆塔数，其中第一个元素r₀=0表示起始点，最后一个元素r_n+1=0表示结束点，中间n个元素r_z（z=1,2…n）表示该巡视路径中第z个被巡视杆塔的杆塔号；由于巡视过程中某一杆塔不可能被重复巡视，因此集合R中各元素互不相等，起止点除外；为巡视路径R中第（z‑1）个被巡视杆塔的停车点和第z个被巡视杆塔的停车点间距离；D_z为巡视路径R中第z个巡视杆塔r_z到其停车点的距离；v₁车辆行驶速度，v₂人员步行速度；公式（4）中sign（n‑1）按公式（5）取值计算，当巡视杆塔数时，取，表示该巡视组有输电线路巡视任务，当时，取，表示该巡视组无输电线路巡视任务；     （5）根据公式（2）、（3）、（4）建立如公式（6）所示的目标函数；  （6）公式（6）中，t为巡线总时间；（四）遗传算法求解目标函数：遗传算法求解优化问题的具体步骤如下：步骤1.编码：根据英国谢菲尔德大学遗传算法matlab工具箱编码要求，由一组有序数列组成的集合R为所求问题的一个解，即为一个个体；步骤2.生成初始种群：在满足集合R各种约束的前提下，随机生成L个个体构成初始种群Q₀=(R₁,R₂,……R_L)；步骤3.适应度评估：将目标函数公式（6）的倒数定义为适应度函数，将当代种群中每一个个体带入适应度函数求得对应适应度值，并保存适应度最大值及适应度最大个体;步骤4.选择个体：对当代种群的L个个体按适应度值由大到小进行排序，根据Michalewicz提出的线性排序选择概率计算公式（7）计算当代种群中L个个体被选择的概率:       （7）公式（7）中m为个体排序序号，c为排序第一的个体被选择的概率；然后用成熟的轮盘赌法选择适应能力较强的个体;步骤5.个体交叉重组：对步骤4中选择的个体进行随机配对，并在配对个体中，随机设定交叉处，交叉彼此信息，同时使其满足集合R的约束条件;步骤6.个体变异：对步骤5中产生的个体按变异率进行变异操作，变异后按集合R的约束条件进行校验，交叉变异生成的新个体组成种群;步骤7.循环：判断遗传迭代次数，若不满足，将新种群应用于步骤3，循环操作；若满足，则循环结束，此时步骤3中保存的适应度最大个体为所求问题的最优解；所述的目标函数求解通过matlab程序调用英国谢菲尔德大学遗传算法matlab工具箱实现，步骤4、5、6直接调用工具箱中选择、重组、变异子函数。