杆塔组立软件智能化设计

1、 杆塔组立软件智能化设计邢瑞军,任光胜（重庆大学机械工程学院 重庆 400044）摘要:本课题研究了35500kv高压输电杆塔组立软件的智能化设计。将施工的信息用知识表达，存储入相应的数据库中。系统以求得最优的杆塔起立数据为目标，设计具体的推理搜索算法。软件系统根据此算法得出最优的结果，最终生成组立方案所需的工器具清单、杆塔组立施工人员配备表和安全作业技术规范，并且动态模拟现场施工的实况。关键词:杆塔组立；搜索；知识；数据库中图分类号: TP311.1 文献标识码:AResearch on Intelligent Software Design of Transmission Tower Er

2、ection XING Ruijun REN Guangsheng （College of Mechanical Engineering ,Chongqing University,Chognqing 400044 ）Abstract: This paper has studied intelligence design of software on high voltage transmission tower erection from 35kv to 500kv.Construction information is turned into knowledge and put into

3、database.To achieve the target of optimal tower erection data ,the system designs specific reasoning and search algorithm. Moreover,according to the results which come from the specialized calculation method,we can obtain the tool lists, the team staffing tables,the work specifications of security a

4、bout a plan for transmission tower erection .And then the system simulates the process of transmission tower erection by using animation.Keywords: Transmission Tower Erection; Searching; Knowledge; Database1 引言高压架空输电杆塔组立施工是输电线路整个施工过程中的一项重要工作。杆塔施工大部分在崎岖的山区作业，路途行动不方便。并且施工用的工具种类繁多，又十分沉重，工具的搬运十分困难，路途运输耗

5、费大量工作。因此选择合适的工具就能减少因误选工具带来的不便，显的十分必要。然而,仅仅依靠传统的方法和经验不能很好的解决这个问题。在施工时间、质量要求较高时，依靠施工人员的经验进行施工，就会由于经验的不足因素，造成施工时人力、物力、财力的浪费，有时甚至造成安全事故。传统的施工方式已成为制约施工的瓶颈。智能化杆塔组立及模拟仿真系统就是为解决这个问题而设计的。2 系统功能智能化杆塔组立及模拟仿真系统正是针对35500kv高压输电杆塔组立施工经验不足和数据处理复杂的问题，利用计算机精确和高效的计算能力，将杆塔组立进行智能化设计并对其计算方法进行个性化处理，编制成软件进行设计计算。并运用三维动画动态的模

6、拟杆塔施工的全过程，使杆塔组立施工更加清晰、高效和科学。3 系统的实现原理3.1 系统流程综述本软件针对35500kv高压输电杆塔组立施工，突破传统的软件算法和设计方法，将人工智能知识应用到杆塔组立软件之中，用于解决传统施工中工作人员施工经验不足的问题。此软件只需要选择杆塔类型和施工条件，之后软件系统会根据现有的工具系统、知识推理机制和搜索方法来决定一种最优的起吊方式和施工方案。3.2 知识表示本系统使用产生式知识表示。产生式规则的基本形式 PQP为规则激活使用的条件，Q指规则激活时应该执行的动作。本系统的规则是条件动作型和条件结论型相结合的，即将规则的结论和动作不加区分的统称为规则的右部。产

7、生式系统的组成由：规则库、综合数据库和控制系统。其结构如图一所示：控制系统规则库综合数据库 图一.产生式系统表示规则库是产生式规则的集合，用于描述应用领域的常识和启发式知识，规则库就是产生式系统的知识库。控制系统是产生式系统的推理机驱动和控制整个系统的运行，在此系统中当有激活规则的条件实现时，则执行此激活规则右部指定的操作。综合数据库是表示知识字典和中间推理状态的存储区，存放产生式系统的基本元素和中间推理的一些事实。图二.搜索树3.3 搜索算法整个搜索的过程就是施工的起吊过程的解答，目的是找到一种施工成本最低的一种施工方法。每种杆塔起吊方式有多种施工方案布置。整个搜索树如图二所示。比较所有可能

8、的起吊方式的施工布置方案来获得最佳搜索的结果。这样的标准是由起吊方式的效率、所使用工具的总重量、和人员的配备这三种量化数据的加权平均数决定的，这些数据都是由施工经验得来的。由于系统搜索空间小，运用盲目空间搜索而不会产生组合爆炸问题。运用深度搜索和宽度搜索策略两者相结合的搜索方法。其搜索算法如下：把用户选择起立的杆塔和施工的条件放入事实库中作为搜索的起始条件。1、 从事实库中取出已知的条件。2、 根据已知的条件从知识库中选择规则得出最优起吊方案表。表从上到下为依次为最优、次优的起吊方案布置。并依次生成施工布置方案排序表，推理结果数据表。3、 若最优起吊方案表不为空，选择第一条记录作为当前的起吊方

9、式。若为空则输出次杆塔施工失败。4、 根据当前起吊方案，得出多种施工方案布置。将各种施工布置方案方入表内。5、 若施工布置方案排序表不为空，则表中取出第一记录作为当前施工布置方案。若为空，则转8。6、 对5中的施工布置方案进行计算，若能够成功起立，则得出所用的各种工具的受力极限数据。若不能起立成功则回到5，并删除施工布置方案排序表中的当前记录。7、 根据6中所得出的数据进行工具的选择。并对此种方案进行综合的评估（评估标准为杆塔重量、施工效率和人员配备的加权平均数，越小越优），将得出的数据放入推理结果数据表中。之后删除施工布置方案排序表中的第一条记录，回到5。8、 若推理结果数据表不空，则对以上

10、得出的几种施工布置的综合评估进行比较，得出综合数据最小的作为最优的起吊方案，并转到9。否则，删除最优起吊方案表中的当前的记录，回到2。9、 输出工具表单、人员配备表和施工注意事项。此系统的工作过程如示：1、选择施工用杆塔类型；2、选择施工场地的描述，之后由系统产生事实库；3、系统根据专家系统规则决定使用哪种起吊方式。 图三.总流程图 4 软件设计4.1系统软件的总体结构：用户需求分析结果就是要解决施工工具的选择问题，以达到施工成本的最小化。本系统分为专家模块和普通用户模块。1、专家用户模块主要是为维护和及时更新系统而设计的，其用户拥有一定专业知识和经验，熟知本系统的数据存储结构和知识结构。2、

11、普通用户是指现场施工人员。系统会通过专家系统推理、搜索，得出最优的起吊方式，进而得出最优起吊方式所用的施工工具清单、现场施工人员配备和安全作业注意事项。本软件总流程图如图三所示：4.2系统数据存储：本系统采用程序和数据分离的方法，使数据独立于程序。来使系统更容易升级和数据变更灵活，使庞大的杆塔和施工数据变的易于处理。本系统建立有专用的四个主要数据库，它们分别为：1、系统用户数据库，用于存储系统用户的数据。2、工具数据库，用于存储施工用的所有工具的数据。3、杆塔数据库，用于存储所有的杆塔的数据。4、综合数据库，存储知识和中间的推理结果。4.3专家用户模块：首先要专家用户先登录专家用户界面。程序有

12、一个统一的数据库更新操作界面，其中有对各相关数据库表操作的约束，以保证用户对数据库操作时数据库的完整性。专家用户通过程序对数据库进行访问和编辑，完成对各个数据库更新、维护操作。系统还为专家用户配有相应的数据库操作规范，操作人员只需遵守这些操作规范，即可完成对数据库数据的正确操作。 专家系统是一个开放的系统，能够更新知识和推理规则，专家系统的应用可以有效的防止因拥有专业知识的人才的流动而造成知识、经验的流失,减少了在专业知识方面对专家们在时间和空间上的依赖。系统数据库具有通用性，能随着高压架空输电线路施工的发展而改进。4.4普通用户模块：施工用户经过用户验证之后进入系统的普通用户界面。主要是实施

13、杆塔施工的技术人员为分析杆塔组立之用。此模块实现了本软件的主要功能。用户首先要从杆塔库选择施工所用的杆塔。杆塔选择通过点击组合框选择相应的杆塔编号来选择组立所用的杆塔。选定杆塔之后，进入施工条件选择界面，依次通过选择施工条件，得出施工的条件组合。点击确定之后系统会根据上面介绍的推理搜索算法得出施工用的所有数据。4.5杆塔施工的动画实现：在系统存储和输出得出的工具表单之后，最终是杆塔施工过程的动画演示。根据不同的起吊数据，系统从动画库中调出相应的模拟动画播放。效果如图四所示：图四. 动画效果图4.5系统实现的工具：本系统开发使用的工具如下所示：1、Visual C+6.0面向对象的可视化软件开发

14、工具。其功能强大，支持多种多样的数据库访问技术。2、数据库使用Access是关系型数据库小型数据库使用友好、简洁、方便。3、动画制作采用OpenGL。这是SGI公司开发的一个性能卓越的三维图形标准，按照计算机图形学原理设计而成，符合光学和视觉原理，非常适合可视化仿真系统。5 结论本文对35550kv杆塔组立进行了信息化、智能化设计。是人工智能在电力自动化领域的应用。运用具体推理搜索的算法模拟人的思维，减少了在时间和空间上对人类专家的依赖。解决了杆塔起立的工具选择问题，施工人员因经验不足的问题，降低了施工成本，使施工更加安全、准确和高效。利用计算机图形学和动画制作功能的表达手法使杆塔组立变得可视

15、化，易于理解。 参考文献：1李光辉,张萍.云南,高压架空输电线路施工,1996.92李博之,第二版,北京,高压架空输电线路施工技术手册,2002,13鞍山铁塔制造总厂, 鞍山,铁塔通用设计型表,1978,64潘雪荣.高压架空输电线路施工,1984.105陈祥和,田启华.输电杆塔设计,2000.106廉师友.西安.C+面向对象程序设计教程1999.77George Shepherd,David Kruglinski 著,潘爱民 译.VisualC+.NET技术内幕,2004.78 陈元琰. 北京,VisualC+.NET MFC类库应用详解,2004.29刘钢,程克明. 北京,Access数据库程序设计教程,2005.210和平鸽工作室. 北京,OpenGL高级编程与可视化系统开发(系统开发篇),2003.111和平鸽工作室.北京,OpenGL高级编程与