单避雷针系统优化布局的建模方法及终端设备技术方案

本发明专利技术适用于建筑物和户外设施防雷设计技术领域，提供了一种单避雷针系统优化布局的建模方法及终端设备，该方法包括：建立三维空间坐标系，设置防护对象上所有点均处于避雷针的保护范围内，确定防护对象上所有点的集合为第一集合；根据建模原则，确定目标函数，建模原则为在所述第一集合中的不同子集下，避雷针的高度最大值为所述避雷针的架设位置对所述第一集合内的所有点都防护所需的最低高度；根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，所述优化建模原则为使所述避雷针的高度最低的原则，采用该方法建立的模型得到的避雷针的架设位置及高度可以完全满足防护要求，并且在实际工程运用过程中操作过程简单、工作量小、效率高。

Modeling Method and Terminal Equipment for Optimal Layout of Single Lightning Arrester System

The invention is applicable to the technical field of lightning protection design for buildings and outdoor facilities, and provides a modeling method and terminal equipment for optimizing the layout of a single lightning rod system. The method includes: establishing a three-dimensional space coordinate system, setting all points on the protection object within the protection scope of the lightning rod, determining that all points on the protection object are the first set; and determining according to the modeling principle, the first set is the set of points on the protection object. Object function, the principle of modeling is that under different subsets of the first set, the maximum height of the lightning rod is the minimum height required for the protection of all points in the first set by the setting position of the lightning rod. According to the objective function and the principle of optimum modeling, the optimum model is determined. The principle of optimum modeling is the principle of minimizing the height of the lightning rod. The erection position and height of lightning rod obtained by the model established by this method can fully meet the protection requirements, and the operation process is simple, the workload is small, and the efficiency is high in the practical engineering application process.

【技术实现步骤摘要】
单避雷针系统优化布局的建模方法及终端设备
本专利技术属于建筑物和户外设施防雷设计
，尤其涉及一种单避雷针系统优化布局的建模方法及终端设备。
技术介绍
防雷，是指通过组成、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或者雷电电磁脉冲对建筑物本身或者其内部设备造成损害的防护技术。雷电保护，就是提供和造就一种手段使雷闪放电能进入或者离开大地，而不致破坏被保护的财产，雷电保护系统能起到两个作用，一是把雷闪放电在它尚未集中被保护对象时截住；二是把雷闪电流无害地释放至大地，这就要求建筑物安装避雷器，把电流引至大地。关于避雷针的布局优化设计问题，核心是确定避雷针的高度和安装位置，现有技术中主要是根据经验法或反复尝试绘图的方法来确定避雷针的高度和安装位置，导致在实际工程运用中存在操作过程繁琐、工作量大、效率低等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种单避雷针系统优化布局的建模方法及终端设备，采用该方法建立的模型得到的避雷针的架设位置及高度可以完全满足防护要求，并且在实际工程运用过程中操作过程简单、工作量小、效率高。本专利技术实施例的第一方面提供了一种单避雷针系统优化布局的建模方法，包括：建立三维空间坐标系，设置防护对象上所有点均处于避雷针的保护范围内，确定所述防护对象上所有点的集合为第一集合；根据建模原则，确定目标函数，所述建模原则为在所述第一集合中的不同子集下，所述避雷针的高度最大值为所述避雷针的架设位置对所述第一集合内的所有点都防护所需的最低高度；根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，所述优化建模原则为使所述避雷针的高度最低的原则。在一实施例中，所述根据建模原则，确定目标函数，包括：根据确定目标函数；其中，所述(xr,yr)表示所述避雷针的架设位置，所述hr表示所述避雷针的高度，所述(xpi,ypi,zpi)表示所述防护对象上任一点，所述Ω表示所述第一集合。在一实施例中，所述根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，包括：根据确定优化模型；其中，[X1,X2]T为模型的决策变量，分别表示所述避雷针的架设位置的xr和yr的坐标值；所述ai表示变量Xi的解空间的上界值，所述bi表示变量Xi的解空间的下界值。在一实施例中，所述根据建模原则，确定目标函数，还包括：根据确定目标函数。在一实施例中，所述根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，包括：根据确定优化模型；其中，[Y1,Y2,Y3]T为模型的决策变量，分别表示所述第一集合的xpi、ypi、zpi的坐标值；所述ci表示量Yi解空间的上界值，所述di表示量Yi解空间的下界值。在一实施例中，在所述根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型之后，还包括：将初始化模型参数和所述避雷针的初始架设位置坐标输入所述优化模型，输出目标函数值，所述目标函数值为所述避雷针的高度；判断所述目标函数值是否满足预设条件，当所述目标函数值满足预设条件时，输出所述避雷针的架设位置坐标最优解；当所述目标函数值不满足预设条件时，更新所述避雷针的初始架设位置坐标，以重新输出目标函数值。在一实施例中，所述单避雷针系统优化布局的建模方法，还包括:采用滚球法对根据上述权利要求1至权利要求5限定的单避雷针系统优化布局的建模方法构建的模型进行验证，包括：采用确定目标函数；根据，确定优化模型；其中，所述rc为滚球半径。在一实施例中，所述单避雷针系统优化布局的建模方法，还包括:采用折线法对根据上述权利要求1至权利要求6限定的单避雷针系统优化布局的建模方法构建的模型进行验证，包括：采用确定目标函数；根据确定优化模型，其中，所述表示所述避雷针的高度。本专利技术实施例的第二方面提供了一种单避雷针系统优化布局的建模装置，包括：建立模块，用于建立三维空间坐标系，设置防护对象上所有点均处于避雷针的保护范围内，确定所述防护对象上所有点的集合为第一集合；第一确定模块，用于根据建模原则，确定目标函数，所述建模原则为在所述第一集合中的不同子集下，所述避雷针的高度最大值为所述避雷针的架设位置对所述第一集合内的所有点都防护所需的最低高度；第二确定模块，用于根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，所述优化建模原则为使所述避雷针的高度最低的原则。本专利技术实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述单避雷针系统优化布局的建模方法所述的步骤。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术实施例通过建立三维空间坐标系，设置防护对象上所有点均处于避雷针的保护范围内，确定所述防护对象上所有点的集合为第一集合，根据在所述第一集合中的不同子集下，所述避雷针的高度最大值为所述避雷针的架设位置对所述第一集合内的所有点都防护所需的最低高度的原则，确定目标函数，再根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，所述优化建模原则为使所述避雷针的高度最低的原则，采用该方法建立的模型得到的避雷针的架设位置及高度可以完全满足防护要求，并且在实际工程运用过程中操作过程简单、工作量小、效率高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种单避雷针系统优化布局的建模方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的单避雷针系统的优化布局的建模验证的几何设置(滚球法)示意图；图3是本专利技术实施例提供的单避雷针系统的优化布局的建模验证的几何设置(折线法)示意图；图4(a)是本专利技术实施例提供的一种采用滚球法得到的最优解与平均值的收敛曲线示例图；图4(b)是本专利技术实施例提供的一种采用滚球法得到的最优解在12米高度的横切面示例图；图4(c)是本专利技术实施例提供的一种采用滚球法得到的最优解在对角线1所处的纵切面示例图；图4(d)是本专利技术实施例提供的一种采用滚球法得到的最优解在对角线2所处的纵切面示例图；图5(a)是本专利技术实施例提供的一种采用折线法得到的最优解与平均值的收敛曲线示例图；图5(b)是本专利技术实施例提供的一种采用折线法得到的最优解在12米高度的横切面示例图；图5(c)是本专利技术实施例提供的一种采用折线法得到的最优解在对角线1所处的纵切面示例图；图5(d)是本专利技术实施例提供的一种采用折线法得到的最优解在对角线2所处的纵切面示例图；图6是本专利技术实施例提供的实例一中防护对象在直角坐标系的布局示例图；图7(a)是本专利技术实施例提供的实例一中采用滚球法得到的最优解与平均值的收敛曲线示例图；图7(b)是本专利技术实施例提供的实例一中采用滚球法得到的最优解在不同高度的横切面示例图；图8(a)是本专利技术实施例提供的实例一中采用折线法得到的最优解与平均值的收敛曲线示例图；图8(b)是本专利技术实施例提供的实例一中采用折线法得到的最优解在不同高度的横切面示例图；图9是本专利技术实施例提供的实例二中防护对象在直角坐标系的布局示例图；图10(a)是本专利技术实施例提供的实例二中采用滚球法得到的最优解与平均值的收敛曲线示例图；图10(b)是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单避雷针系统优化布局的建模方法，其特征在于，包括：建立三维空间坐标系，设置防护对象上所有点均处于避雷针的保护范围内，确定所述防护对象上所有点的集合为第一集合；根据建模原则，确定目标函数，所述建模原则为在所述第一集合中的不同子集下，所述避雷针的高度最大值为所述避雷针的架设位置对所述第一集合内的所有点都防护所需的最低高度；根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，所述优化建模原则为使所述避雷针的高度最低的原则。

【技术特征摘要】
1.一种单避雷针系统优化布局的建模方法，其特征在于，包括：建立三维空间坐标系，设置防护对象上所有点均处于避雷针的保护范围内，确定所述防护对象上所有点的集合为第一集合；根据建模原则，确定目标函数，所述建模原则为在所述第一集合中的不同子集下，所述避雷针的高度最大值为所述避雷针的架设位置对所述第一集合内的所有点都防护所需的最低高度；根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，所述优化建模原则为使所述避雷针的高度最低的原则。2.如权利要求1所述的单避雷针系统优化布局的建模方法，其特征在于，所述根据建模原则，确定目标函数，包括：根据确定目标函数；其中，所述(xr,yr)表示所述避雷针的架设位置，所述hr表示所述避雷针的高度，所述(xpi,ypi,zpi)表示所述防护对象上任一点，所述Ω表示所述第一集合。3.如权利要求2所述的单避雷针系统优化布局的建模方法，其特征在于，所述根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，包括：根据确定优化模型；其中，[X1,X2]T为模型的决策变量，分别表示所述避雷针的架设位置的xr和yr的坐标值；所述ai表示变量Xi的解空间的上界值，所述bi表示变量Xi的解空间的下界值。4.如权利要求2所述的单避雷针系统优化布局的建模方法，其特征在于，所述根据建模原则，确定目标函数，还包括：根据确定目标函数。5.如权利要求4所述的单避雷针系统优化布局的建模方法，其特征在于，所述根据所述目标函数以及优化建模原则，确定优化模型，包括：根据确定优化模型；其中，[Y1,Y2,Y3]T为模型的决策变量，分别表示所述第一集合的xpi、ypi、zpi的坐标值；所述ci表示量Yi解空间的上界值，所述di表示量Yi解空间的下界值。6.如权利要求1-5中任一项所述的单避雷针系统优化布局的建模方法，其特征在于，在所述根据所述目标函数以及优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：万浩江，魏光辉，陈亚洲，潘晓东，卢新福，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13