一种油气管道路由规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种油气管道路由规划方法及系统，先根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定拟建设油气管道的铺设区域，能够有效压缩铺设区域的数字地形的数据规模，使得管道路由规划仅在小规模铺设区域所对应的分治地形中进行，有效避免了冗余计算，解决了数字地形数据量庞大，油气管道路由规划计算复杂高的问题。然后利用改进的混合蛙跳算法在铺设区域内进行迭代求解，计算最佳管道路由方案，进而避免人工经验的不确定性所导致路由规划方案工程量大、建设费用高、方案制定周期长等问题，实现油气管道路由方案的高效、高质量设计。

【技术实现步骤摘要】
一种油气管道路由规划方法及系统
本专利技术涉及油气管道路由规划
，特别是涉及一种数字地形下的油气管道路由高效规划方法及系统。
技术介绍
在起伏地形条件下进行油气管道铺设的过程中，需要考虑三维地形对于管道路由的影响，管道路由是指管线的起点到目的地之间的路径，即管线的走向位置。无论是对于新疆、长庆、四川等地油气田的建设者，还是中俄莫-大线等长输油气管道的管理者，进行起伏地形下的管道路由规划设计都存在巨大难度。由于三维地形随机性强、数字地形数据规模大、管道建设要满足各类设计规范等制约因素，导致现阶段的管道路由规划方案大多采用人工决策方式获得，而由于人工经验的不确定性，易导致路由规划工程量大、建设费用高、方案制定周期长等问题，这些问题已经严重阻碍油气企业的经济可持续发展，急需创新相关技术予以解决。因此，亟需一种能够提高管道路由规划质量和效率的油气管道路由规划方法及系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种油气管道路由规划方法及系统，适用于起伏地形下油气田集输管道的路由规划设计和长输油气管道在起伏地形下的管道路由规划设计，能够辅助油气管道管理者(决策者)进行受地形限制的管道路由方案的高效、高质量减资增效优化设计。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种油气管道路由规划方法，所述规划方法包括如下步骤：根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定所述拟建设油气管道的铺设区域；利用改进的混合蛙跳算法在所述铺设区域内进行迭代求解，计算最佳管道路由方案。一种油气管道路由规划系统，所述规划系统包括：铺设区域确定模块，用于根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定所述拟建设油气管道的铺设区域；最佳管道路由方案计算模块，用于利用改进的混合蛙跳算法在所述铺设区域内进行迭代求解，计算最佳管道路由方案。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术所提供的一种油气管道路由规划方法及系统，先根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定拟建设油气管道的铺设区域，相较于常规以拟建设油气管道所在起伏地形直接作为铺设区域的方式，能够有效压缩铺设区域的数字地形的数据规模，使得管道路由规划仅在小规模铺设区域所对应的分治地形中进行，有效避免了冗余计算，解决了数字地形数据量庞大，油气管道路由规划计算复杂度高的问题。然后利用改进的混合蛙跳算法在铺设区域内进行迭代求解，计算最佳管道路由方案，进而避免人工经验的不确定性所导致的路由规划方案工程量大、建设费用高、方案制定周期长等问题，实现油气管道路由方案的高效、高质量设计。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1所提供的规划方法的方法流程图。图2为本专利技术实施例1所提供的确定铺设区域的方法流程图。图3为本专利技术实施例1所提供的改进的混合蛙跳算法的方法流程图。图4为本专利技术实施例1所提供的执行环形拓扑小生境算子的方法流程图。图5为本专利技术实施例1所提供的传统混合蛙跳算法与改进的混合蛙跳算法的路由拓扑结构对比图。图6为本专利技术实施例1所提供的传统混合蛙跳算法与改进的混合蛙跳算法的效果对比图。图7为本专利技术实施例2所提供的规划系统的系统框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种油气管道路由规划方法及系统，适用于起伏地形下油气田集输管道的路由规划设计和长输油气管道在起伏地形下的管道路由规划设计，能够辅助油气管道管理者(决策者)进行受地形限制的管道路由方案的高效、高质量减资增效优化设计。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：本实施例用于提供一种油气管道路由规划方法，如图1所示，所述规划方法包括如下步骤：S1：根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定所述拟建设油气管道的铺设区域；现有技术中，在确定拟建设油气管道的铺设区域时，所确定的铺设区域很大，进而铺设区域所对应的数字地形的数据规模很大，故针对铺设区域所对应数字地形数据量庞大的问题，本实施例提出了分治搜索空间简化策略，将铺设区域所对应数字地形的数据规模进行有效压缩。具体而言，如图2所示，确定铺设区域的方法可以为：S11：根据拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，确定所述起始点和所述终止点的连线在xoy平面上的投影线，所述投影线记为潜在投影；以潜在投影为对角线的矩形区域即为油气管道路由的潜在搜索区域。S12：根据所述拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据，确定障碍物在xoy平面上的投影轮廓的最小外接矩形；所述障碍物为阻碍所述拟建设油气管道沿直线铺设的山体、湖泊及动植物保护区等；拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据包括拟建设油气管道的数字地形边界和数字地形数据点，一般为DEM模型数据或DTM模型数据。考虑到起伏地形下油气管道一般需要绕着山体等障碍物铺设，为保证对管道路由方案这一解的覆盖，需要将潜在搜索区域进行适当放大，本实施例基于障碍物来对潜在搜索区域进行放大。若有多个障碍物，则确定这多个障碍物组成的区域在xoy平面上的投影轮廓的最小外接矩形。S13：根据所述最小外接矩形的对角线长度调节所述潜在投影的长度，得到分治投影；所述分治投影的中心与所述潜在投影的中心重合，且所述分治投影与所述潜在投影平行；以所述分治投影为对角线的矩形区域即为所述拟建设油气管道的铺设区域。根据最小外接矩形的对角线长度调节潜在投影的长度可以包括：根据最小外接矩形的对角线长度计算潜在投影的放大倍数，然后以潜在投影的中点为中心点，沿着潜在投影的投影方向对潜在投影进行放大，得到分治投影，以分治投影为对角线的矩形区域即为拟建设油气管道的铺设区域，记该铺设区域对应的数字地形数据为分治地形。本实施例所用的潜在投影的放大倍数的计算公式为：式1中，βdc为潜在投影的放大倍数；L0为最小外接矩形的对角线长度；xs，ys和zs为油气管道起始点的坐标；xe，ye和ze为油气管道终止点的坐标；αdc为分治简化控制因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油气管道路由规划方法，其特征在于，所述规划方法包括如下步骤：/n根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定所述拟建设油气管道的铺设区域；/n利用改进的混合蛙跳算法在所述铺设区域内进行迭代求解，计算最佳管道路由方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种油气管道路由规划方法，其特征在于，所述规划方法包括如下步骤：
根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定所述拟建设油气管道的铺设区域；
利用改进的混合蛙跳算法在所述铺设区域内进行迭代求解，计算最佳管道路由方案。


2.如权利要求1所述的一种油气管道路由规划方法，其特征在于，所述根据拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据以及拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，采用分治搜索空间简化策略确定所述拟建设油气管道的铺设区域具体包括：
根据拟建设油气管道的起始点坐标和终止点坐标，确定所述起始点和所述终止点的连线在xoy平面上的投影线，所述投影线记为潜在投影；
根据所述拟建设油气管道所在起伏地形的数字地形数据，确定障碍物在xoy平面上的投影轮廓的最小外接矩形；所述障碍物为阻碍所述拟建设油气管道沿直线铺设的山体；
根据所述最小外接矩形的对角线长度调节所述潜在投影的长度，得到分治投影；所述分治投影的中心与所述潜在投影的中心重合，且所述分治投影与所述潜在投影平行；以所述分治投影为对角线的矩形区域即为所述拟建设油气管道的铺设区域。


3.如权利要求1所述的一种油气管道路由规划方法，其特征在于，所述利用改进的混合蛙跳算法在所述铺设区域内进行迭代求解，计算最佳管道路由方案具体包括：
利用改进的混合蛙跳算法在所述铺设区域内随机生成初始蛙群；所述初始蛙群中的每只青蛙均代表一种管道路由方案；
根据路由方案评估模型计算所述初始蛙群中每只青蛙所代表的管道路由方案的质量评估值，根据所述质量评估值确定最优蛙，并将所述初始蛙群分为多个模因组；
在每一所述模因组中随机选取Ts只青蛙执行环形拓扑小生境算子；
在每一所述模因组中未执行所述环形拓扑小生境算子的剩余青蛙中随机选取Sb只青蛙执行活跃蛙跳算子，得到更新后的蛙群；
根据所述路由方案评估模型计算所述更新后的蛙群中每只青蛙所代表的管道路由方案的质量评估值，确定所述更新后的蛙群中的最优蛙，并判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数；若是，则输出所述更新后的蛙群中的最优蛙，若否，则以所述更新后的蛙群作为初始蛙群，返回“根据路由方案评估模型计算所述初始蛙群中每只青蛙所代表的管道路由方案的质量评估值”的步骤，直至当前迭代次数达到预设迭代次数。


4.如权利要求3所述的一种油气管道路由规划方法，其特征在于，所述路由方案评估模型为：



其中，Fp为管道路由方案的质量评估值；fp，1为油气管道总长度评估值；为油气管道总长度评估值对应的第一预设权重；fp，2为油气管道转向角评估值；为油气管道转向角评估值对应的第二预设权重；fp，3为油气管道与起伏地形贴合程度评估值；为油气管道与起伏地形贴合程度评估值对应的第三预设权重；fp，4为油气管...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈双庆，刘扬，官兵，王志华，赵健，卜凡熙，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23