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1、自动敷设中压的电缆的软件工具 E T r r e n g o v e . B D w o l a l z k y . A S Me y e r( 南非 摘要大规模供电计划目前正在南非实施， 平均每天有 1 0 0 0 ri居民受电. 但是实施这个计划的费用ti mi rp , : I 的要高正因为如此. Wi c w a , e r , - a大学开发 r一 组软件 目的是将设计人员从重复性的和费时的土作中解放 出来， 使他们有更多的时间完善其设i 十 。 本文介绍的是正在升发的电缆铺设路径自动化软件不具 其功能是用于 自动安排连接城市中所有变压器的电缆路径 基于智能化作图技术， 该软件采用了
2、试探解祛 在汁算机埔助设计 ( C A D ) 城市地图上寻找连接变压器的最短路径。 就这样一个软件工具而言， 若使用它比人1设计要快. 讨设汁人 员来说才是有用的。最初的结果表明确实如此。 1 前言 在 1 5 9 0年初， 约占南非人口三分之二的人家里没有电 力:A应 当政府在 1 9 9 1 年更换后. 新总统纳尔逊 曼德拉 领导的新政府， 制定了一项优先政策. 向不发达社区提供水 c 电力服务. 在这种情.兄卜。 南非电力公司E , k - 着手进行大规模 的供电工程， 从 1 9 9 1 年至今， 每年约有留过 4 0万户居民受 电 换句话说 侮天接人电网的居民要超过 l o o n
3、 户。 然而。 大规模的供电工程的费用比最初预计的要多得 多. 这是由于两个原因: 每户成本比顶期的要高得多: 一在农村地区， 每户每天的用电量仍然比顶计的要低. 影响了Ek - 的投资回收 很据预测. 实际供电成本比预i i 供电成本高R 4 8 0 。 万广 生、 约 C S D 7 1 ，万: ， 所以最重要的是要寻找减少每户联网 成本方法. 以保证有尽可能多的家庭联网。南非 Wc n v a t e r , c a r d大学的S E D小组正在开发一组软件产品. 目标是将 没汁人员从重复性和费时的工作中摆脱出来， 以减少每户 联网成本本文介绍这工作的一部分， 也就是在C A D环境
4、下. Iq动敷设电缆路径的一个软件 2 利用智能地图技术安排电缆路径 在敷设城市变压器间中压电缆时. 肯定会碰到一定的 约束. 也就是说 电缆可以沿着道路或沿着亚立建筑的边缘 敷设， 但不能穿过亚立的建筑。 因此任何地图都可以分成二 部分区域: 不能架设电缆的障碍物或可架设的自由区域 在以计算机为基础的二进制布线软件上， 已开发 P许 多算法. 它们用于印刷电路板和集成电路的设计 二进制的 布线软件只能识别无法越过的障碍物和 自由空间， 但不能 将 自由空间分成有一定标度的区域， 起初看来应能采用现 成的二进制架设算法在C A D上连接变压器 迷宫布线软件是仅有的一种普遏使用的二进制布线软 件
5、. 其确保能找到两点之间的最短距离。 在所有的迷宫布线 软件中. 最常用的基准点顺序迷宫架设算法要数 L e 。氏算 I 6 C 一 法 L e 。氏算法非常慢 而对任何 一 种算法， 只食它能比人 工计算要快， 自动电缆布线软件才是有用的因此， 讨斗有 好几台变压器的大城市区而言 迷官竹法似 不是一个可 行的方案 另一个则是本文提出的利用智能地理信息技术， 在 C A D地图上， 自动附设中压电缆的方案。这种力法比迷宫 布线软件要快得多， 因而比迷宫布线软件更实用 C A D地图本身没有任何智能功能， 这f . 味着在C A D 系统中没有任何功能来解释地图上氛和线的a . 义IN如在 看地
6、图时， 我们能认出一组平行的短划线hh 代表的是道路; 但对C A D文件而言， 亡只有二很短划线. 没有任r , r k义， 智 能地理图是由与非图形数据库相连的C A D文件组成， 在这 个数据库中包含了地图上地形特征的信息 自动电缆布线软件必须有一些智能功能. 已咙能将盛 立的建筑物识别为障碍物 这坦假定， 盗立的进筑群为A 碍 物 并在此不作可穿越建筑群的规定. 布线软件必须能识别 街区的各个端点. 并能绕过建筑物从端点到端点架设电缆 由S E O组先前所作研究表明， 所开发的智能地图软件 能识别街区 一个待区被定义为包围连续建筑群的外围 软 件工具对每个街区生成一列端点 表而端点 则
7、定 义为 一个 拐角或街区外围线的转折点 智能作图架设技术能分解成下列几点， 每一步将在S 面详细地讨论 首先， 用直线将所有的变压器连成一个网络， 片优化网 络尽可能缩短 e的连接长度- 然后， 将直线网络转换成 C A D地图. 并R i 着漳碍物布 置直线 3 直线网络的生成 首先在C A D城市地图上生成变压器直线网络图 两台 变压器之间的直线距离与连接变压器的电缆长度相比大致 为一个常数 这是在 1 9 9 1 年南非 Wi t w a t e r s r a n c大学的 丁 s im a g ia n n is 和H . M o r a r 在实验 室所 作的 研究得d的 这 个
8、实验结果是 B S c E l e c E n g 学位工作的一部分 在分别对三种使用 5 一3 C个变压器的地图的试验结果 表明. 直线距离大致为 7 0 月的架设电缆长度。上面的表格 给出的试验结果是用架设距离的百分比表示的平均直线距 离 因此、 直线网络是可用于寻找连接一定数量变压器路 径鱿最经济的方法由干变压器与变压 器之间采用最劫直 线距离一 旦电缆沿着障碍物架设， 已们之间的即离是最近 P S 4 沿着地图的障碍物重新敷设电缆 在实际应用中。 常常会发生两个变压器的直线距离让 往要穿越一个或多个的， 因此电缆的连接必须按许可的敷 设路径重新装 置， 如下圈所示: 表 . 试验结果表
9、明直线距离与架设距离 之比大致为一比例常数 众1 111 耳 L 】 ,Z, It 1 G? 0 11 一 架 设 W 1% 占 、 线 距 离 的 。 分 。 、 I 一 7 1 . 9 1 .了I . I 乙 一7 1 L I 乡川 2 扮7 口 l 一 图 I A线连接和变压器敷没连接之 P i ti 差别 对于这项工作. 我们假设已具有 C A T)城市地图1 地图 被分成若于个变 t 器区域. 甸个区域安置一台变压器。 所有 变寸 、 器的座标都能在连到C A D文件的数据库中对应找到 在一个网络中寻找连接两 个以上变压器最经济距离的 步骤如下 : ; I 1 变压器的座标可用来计转
10、每台变压器和其他所有 变5器之间的直线距离。它们之间的直线距离和两端变压 器鱿名称是按列表方法记录， 并以从最短到最长距离的方 法排序的 ! ? 7从直线距离表中选抒最短距离输 人 到网络清单 中. 对已连到网络的两端变压器在变压器清单上作标记， 指 a l 们已被连人网络。对下 一个变压器间直线距离的寻找 重复这一步骤， 在每次连接成功写人到网络清单时， 必须对 F F有的变压器间直线距离的寻找重复这一步骤， 在每次连 接成功写人到网络清单时， 必须对所有的变压器是否己成 功的连入网络进行一次检查 1 3 i 在图论中 树的遍历算法被开发用于测试网络的 连贯性一 旦第 2步检查结果表明， 每
11、台变压器至少在网络 中用过一次t 连贯性测试就通过 厂; 否则、 可能会发生每台 变压器是 与另一台变压器相连， 但所形成的是二个独立的 网络， 而 不是一个网络 ( 1 % 若仍有二个或二个以上的网络而不是一个单 一 的 网络 必须再次检查直线距离清单 寻找连接这些网络变压 器间的最短距离 在汗发这个软件工具时 刊电缆路径自幼敷没作以下 假定 : 中压电缆是沿 着城 市的道路 沿 着盗 之的建筑 外:m 架设的。不允许穿越压立建筑。因此自动敏设软件 L 具必须能沿着障碍物重新设汁 不作在街区中穿行的规定 假定通过智能地理地图技术。 己获得 丁变压器位置 的列表和街区端点的座标 对每对要连接的
12、变压器应遵守 卜 列步碑 : 二 为厂方便斜 释， 两台变压器编号为T . U I 和 P x a 2 ) n 每台变压器对应与某个街区 日柞 I x :x : ; 所在街区 的每个端点 图2 所示的。 ， b ，d 1 到 I x : 2 之间的距离。 电 缆从变压器 I x U l 沿着街区的外围架设. 杯图2t 的栩x I 划 线. 直到最靠近变压器 丁 x C -2 所在街区端点 ，i 1图上的端 点 b ) _ I洲 / 二子 引,/ 息步 桩 少- , , I, 少 八o f , / 图 2 自动敷设电缆的第一步 ( 2 ) 接着必须寻找与先前街区具有相同x轴座标或 Y 轴座标端点
13、的街区， 并将电缆连到那个最接近 目标变压器 T x 0 2的端点 这样可防止电缆对角穿越马路 ( 3 、 按照C 1 ) 所叙说的步骤， 沿着下一个街区敷设电 缆。对每个街区重复这一步骤， 直到最终连到目标变压器 一 1 6 7 一 这样一个典型计算例子己经完成， 试验结果表明， 运用 软件工其在 1 5秒内能设计连接 2 0个变压器。正如丁 s i m o g u a n n s 和M o r a r 的工作一样. 它可以在2 0 秒内连接 3 0 台变压器。 人们发砚这种自动敷设软件比人工方法更快， 更 准 确 、 S 结论 软件工具的成功取决与是否它能优于人工设计， 至少 只要能和人工
14、设计方法一样 由于使用它要比人工设计快， 因此该软件工具是成功的 听做的试验已经证明， 这个典型计算例子所化的时间 短， 计算准确 与人工设计相比是十分成功的， 因此我们有 理由阳信 : 它将是一个潜在的成功产品 对这个软件是否能溶人到地理信息系统( G I S ) 目前正 在进一步的调查a GI s能从不同的数据源取数， 转换分析数 据 并以地形图的形式显示数据。 利用GI s能对地图上的地 形特征进行处理， 同时G I s也可提供街区座标的瑞点， 这样 可进一步加速自动揪设安排过程 对这个软件工具 可在下面几个方面进行完I: 允许用户选择电缆的尺寸， 然后进行电压降计算， 确认所选的电缆能满足供电部门的标准 这里为 E s k o m标准) _ 允许变压器以 T“ 形接法连到网络， 而不是严格限 制用变压器到变压器的接法。 可对穿越街区作出规定 所有上述的完善化工作 目前正在调查之 中 1 6 8 一 第二分册 去子记 I 6 9 7公
