一种集输管网设计方法及装置与流程

本发明涉及地质勘探领域，特别涉及一种集输管网设计方法及装置。

背景技术：

石油和天然气作为重要能源在现代全球经济发展中起着至关重要的作用。近年来，石油和天然气需求不断增加，因此越来越多的油气田被规划和建设以确保供应。地面集输管网用于油气田生产过程中的油气输送，由井场，管道，压力设备和中央处理设施组成，其具有管网连接结构庞大而复杂的特点，这使得其建设成本占整个油气田投资的很大比例。成本的高比例凸显了优化集输拓扑结构和工艺参数的重要性，这将极大地影响油气田生产的效率和利润。以往集输管网的设计往往依赖于经验丰富的设计师，费时又费力，且不一定具有优化效果，因而大量学者开展了集输管网优化设计研究，其目的在于寻找一个具有安全的拓扑结构、最高的传输效率和最低的建设成本的集输管网。然而已有的文献常常采用分级优化策略，并不能保证得到全局最优解；此外，忽略了优化设计过程中的水力计算，仅仅考虑距离最短或者集输半径，往往造成所设计的管网与实际严重不符，甚至原油和天然气无法顺利从井口流动到中央处理站。

集输管网设计的问题复杂性，使得很多研究者试图运用分级优化的策略对油气田集输管网优化设计进行研究。其主要核心思想是将问题分解成多个子问题分阶段求解。连续空间中的星枝状管网优化设计分为了井组划分、阀组最优位置确定、树枝形管网布局优化、集气站最优位置确定和管径优化五个子问题，前四个为布局设计子问题；离散空间中的星枝状管网布局设计分解为离散空间井组划分、树枝形管网布局优化和集气站最优位置确定三个子问题；枝枝状管网布局设计分解为网络空间井组划分、树枝形管网布局优化和集气站最优位置确定三个子问题。三类管网布局设计的后两个子问题完全相同，可采用基础形态管网的布局设计方法进行求解。

采用分级优化设计策略，将离散空间星枝状管网和网络空间枝枝状管网优化设计分解为多个子问题，分阶段的实现管网优化设计，首先确定阀组数量、阀组位置以及井阀间连接关系(阶段1)，然后确定阀组间连接关系和集气站位置(阶段2)，最后确定管径等参数(阶段3)，然而，前阶段的优化质量直接影响后阶段的优化结果。因此，分级优化可以得到较优的可行设计方案，但无法获得系统最优解，在未来的研究中，应该可以考虑不同阶段的多参数联合求解，开展多级管网的多参数整体优化设计研究工作。

现有技术中，运用图论算法来开展油气田集输管网优化设计研究，优化模型构建上主要包含以下内容：1)目标函数为建设费用最低；2)井式约束：每口气井仅能隶属于一个阀组，阀组的辖井个数存在上限；3)距离约束：气井到阀组间的距离不能大于集输半径；4)阀组集气量约束：连接到阀组的气量存在上限；5)其他约束：决策变量的取值约束，阀组可设定的可行区域约束。

水力约束是管道建设和中央处理站选址的重要因素。地面集输管网是连续和封闭的水力系统，这意味着井场、管道、压力设备和中央处理站之间存在水力相互作用。由于管道摩擦阻力的存在，使得流体在流动过程中压力逐渐降低，流体与流体压力之间的非线性关系可用压降方程表示。压力装置可以安装在每个井场。当实际井口压力低于收集压力时，增压装置将需要向流体提供压力；相反，当井口压力远高于收集压力时，节流装置可用于消耗流体压力。流体只能从压力高的地方流到低压处，因此，在地面集输管网优化中必须严格考虑水力约束。然而，大多数先前的研究忽略了管道的流动特性，或者用集输半径代替了详细的水力计算。认为当气井到终端的距离小于集输半径时，整个集输系统满足水力和热力约束。这种近似可能导致管网压力的不平衡，尤其是在地形起伏条件下，使得流体不能成功地从井口输送到中央处理站，这在工程中是不可接受的。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种集输管网设计方法及装置，该方法及装置在集输管网优化设计过程中考虑了水力计算和压力设备，通过建立的milp模型，进行整体优化，能够得到优化的集输管网设计方案。

本发明一方面提供了一种集输管网设计方法，包括：

接收设计参数，所述设计参数包括目标区域的地形参数、经济参数和技术参数；

根据所述设计参数生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格；所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径；

根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断能否得到集输管网设计结果；

若是，以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立milp模型；

根据所述双层不均匀网格，对所述milp模型求解，得到集输管网设计结果。

上述集输管网设计方法中，优选的，根据所述设计参数，生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格具体包括：

确定所述目标区域的地形数据；

根据所述地形数据，将所述目标区域划分为若干子区域；

根据所述若干子区域，生成所述双层不均匀网格。

上述集输管网设计方法中，优选的，所述双层不均匀网格包括第一层网格和第二层网格；所述第一层网格用于表征集输管网的拓扑；所述第二层网格用于表征节点之间的路径。

上述集输管网设计方法中，优选的，所述集输管网的拓扑采用如下方式计算得到：

根据所述第一层网格上的节点为每个子区域建立目标函数，求解目标函数，得到集输管网的拓扑。

上述集输管网设计方法中，优选的，所述节点之间的路径采用如下方式确定得到：

根据所述第二层网格，通过蚂蚁算法计算出对应于最小长度的每个连通节点之间的路径。

上述集输管网设计方法中，优选的，所述预设规则为：

如果满足井场位于障碍区内、井场的总产量为0、总压力为0和井口背压小于中央处理站所需的压力且没有压力设备中的至少一种，则判断不能实现集输管网设计结果。

上述集输管网设计方法中，优选的，所述集输管网设计结果包括集输管网的整体拓扑结构，中央处理站的位置，压力设备的位置，管道的直径和路线以及集输管网的水力分布。

上述集输管网设计方法中，优选的，所述地形参数包括目标区域的详细地形，障碍物信息，井场位置中的至少一种；

所述经济参数包括管道单价，压力设备类型，中央处理站的固定成本中的至少一种；

所述技术参数包括每个井场的生产率和背压，中央处理站所需的压力中的至少一种。

本发明另一方面提供一种集输管网设计装置，包括：

参数接收模块，用于接收设计参数，所述设计参数包括：目标区域的地形参数、经济参数和技术参数；

网格生成模块，用于根据所述设计参数生成双层不均匀网格数据，所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径；

优化结果判断模块，用于根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断是否可实现集输管网设计结果；

milp模型建立模块，用于根据以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立milp模型；

模型求解与结果输出模块，用于根据所述双层不均匀网格对所述milp模型求解，输出得到的集输管网设计结果。

上述集输管网设计装置中，优选的，所述网格生成模块还包括：

地形数据生成子模块，用于确定目标区域的地形数据；

双层网格生成子模块，用于根据所述地形数据，将所述目标区域划分为若干子区域，根据所述若干子区域，生成所述双层不均匀网格，所述双层不均匀网格包括第一层网格和第二层网格。

上述集输管网设计装置中，优选的，所述网格生成子模块还包括：

集输管网拓扑确定模块，用于根据所述第一层网格上的节点为每个子区域建立目标函数，求解目标函数，得到集输管网的拓扑；

节点路径确定模块，用于根据所述第二层网格，通过蚂蚁算法计算出对应于最小长度的每个连通节点之间的路径。

上述集输管网设计装置中，优选的，所述优化结果判断模块判断预设规则为：

如果满足井场位于障碍区内、井场的总产量为0、总压力为0和井口背压小于中央处理站所需的压力且没有压力设备中的至少一种，则判断不能实现集输管网设计结果。

上述集输管网设计装置中，优选的，所述地形参数包括目标区域的详细地形，障碍物信息，井场位置中的至少一种；

所述经济参数包括管道单价，压力设备类型，中央处理站的固定成本中的至少一种；

所述技术参数包括每个井场的生产率和背压，中央处理站所需的压力中的至少一种。

本发明的突出效果为：

相比于已有的集输管网优化模型，本发明可以保证得到最优的集输管网设计方案，包括整体拓扑结构，中央处理站和压力设备的位置，每条管道的详细直径和路线，以及集输管网的水力分布且模型中考虑了水力计算和经济流速，更能够反映实际的集输系统实际的情况，通过地形参数、经济参数和技术参数就能得到最优的集输管网设计方案，能够指导油气田的工程建设，减本增效。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，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说明书中记载的一些实施例，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为本说明书实施例一种集输管网设计方法流程图；

图2为本说明书实施例一种集输管网设计方法及装置中，双层不均匀网格示意图；

图3为本说明书实施例一种集输管网设计装置结构示意图；

图4为本说明书实施例一种集输管网设计装置中，网格生成模块的子模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都应当属于本说明书保护的范围。

图1为本说明书实施例一种集输管网设计方法流程图，如图1所示，本实施例提供一种集输管网设计方法，应用于服务器，包括以下步骤：

s110：接收设计参数，所述设计参数包括目标区域的地形参数、经济参数和技术参数。

在一些实施例中，所述设计参数至少包括：

(1)地形参数：研究区域的详细地形，障碍物信息，井场位置。

(2)经济参数：管道单价(不同直径)，压力设备类型(容量和不同类别的相应价格)，中央处理站的固定成本。

(3)技术参数：每个井场的生产率和背压，中央处理站所需的压力。

在油气田的建设中，通常遵守两个边界条件。第一个是油藏工程师将给出井场位置，预期输出和最大井口背压，第二个是中央处理站所需的压力通常在有限范围内。优化设计的任务是在这两个边界条件下给出经济，安全的施工方案，即施工成本最低，能满足水力要求。除了上面提到的水力计算，地形和障碍物也是需要考虑的重要因素。在实践中，许多井场分布在复杂的地形上，导致管道铺设成曲线而不是直线，同时，管道还需要避开一些已经存在建筑物的区域。因此，应考虑三维距离和障碍物，同时考虑很多因素会使模型更加复杂，解决方案更加困难，但它更接近现实。

在一些实施例中，所述服务器可以采用任何方式接受设计参数。例如，用户可以直接输入设计参数，服务器可以进行接收；又如出去所述服务器以外的其它电子设备可以向服务器发送设计参数，服务器可以进行接收。

s120：根据所述设计参数，生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格；所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径。

在一些实施例中，所述服务器可以根据所述设计参数中的地形参数，确定目标区域的地形数据；可以根据所述地形数据，将所述目标区域划分为若干子区域，进而生成所述双层不均匀网格。其中，所述双层不均匀网格包括第一层网格和第二层网格；所述第一层网格用于表征集输管网的拓扑；所述第二层网格用于表征节点之间的路径。

如图2所示，第一层网格中的每个节点具有八个连接方向，并且该八节点类型模式用于为每个子区域和网格节点建立相应的约束和目标函数。假设流体从节点(xi，yj)沿其方向k流向另一个相邻节点，终端节点可以定义为(xi，yj，k)。rk是k的反方向，因此(xi，yj，rk)代表起始节点的坐标，其在方向rk处连接节点(xi，yj)。显然，(xi，yj，k)和(xi，yj，rk)是相同的节点。

对于第二层网格，通过结合蚁群算法，可以在三维地形上更精确地确定管道的实际连接路径。蚁群算法的用途是在三维地形中搜索对应于最小长度的每个连通节点之间的详细路线。受到蚂蚁寻找从巢穴到食物源的最短路径的觅食行为的启发，在觅食过程中，蚁群随机选择它们的路径，但在寻找食物时，在它们的小径上留下一种叫做信息素的化学成分。路径上留下的信息素越多，其他蚂蚁选择此路径的可能性就越大。因此，在这样的路径上的信息素浓度将更快地积累并且吸引更多的蚂蚁遵循相同的路线。最后，通过蚂蚁个体之间的信息交换和相互合作来选择最佳路径。蚁群算法具有局部搜索的优点，已广泛应用于许多工程优化问题。

在一些实施例中，所述服务器可以根据所述第一层网格上的节点为每个子区域建立目标函数，求解目标函数，得到集输管网的拓扑。例如，所述目标函数可以是管道的建设成本、中央处理站的建设成本、增压装置和节流装置的建造成本中的至少一种。

在一些实施例中，所述服务器可以根据所述双层不均匀网格中的第二层网格，通过蚂蚁算法计算出对应于最小长度的每个连通节点之间的路径，进而得到集输管网节点之间的路径。

s130：根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断能否得到集输管网设计结果。

在一下实施例中，可选的，在确定管网的拓扑和节点之间的路径后，所述服务器可以结合双层不均匀网格点上的信息，判断是否可实现集输管网设计结果，这样能够预先判断出是否能够实现集输管网设计结果，如果不能实现，则避免了后续计算步骤。

所述预设规则可以包括以下至少一种：

(1)井场位于障碍区内。

(2)井场的总产量

(3)总压力为0。

(4)井口背压小于cpf所需的压力，没有压力设备。

如果出现以上所述预设规则中的至少一种情况，则表明不能实现集输管网设计结果。

当然，本领域技术人员应当能够理解，s310并不是必须的。也就是说，所述服务器还可以在执行s120以后，直接执行s140

s140：以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立milp模型。

在一些实施例中，所述服务器再对目标区域是否可实现集输管网设计结果进行判断后，如果可以实现，则以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立milp模型。

具体地，为了提高解决效率，可以做出以下假设：

(1)在生产期间，每个井节点只能选择一个方向向其他节点输送天然气和石油，除了确认为中央处理站的节点，压力设备只能安装在井场中。

(2)为了满足约束条件，采用线性化方法将压降公式从非线性变为线性。当线性化引起的误差在允许的误差范围内时，我们假设它对管道的操作没有影响。

(3)当地形的高度差在一定范围内时，高程对水力计算和管道施工成本几乎没有影响。

所提出的模型包含许多约束，包括节点和管道，管道流量，设备，管道压力，障碍物和整体构造。结合具体的实际数据和分段线性化方法，转化为milp数学模型，其中所有约束和目标函数都是线性的。

具体的milp数学模型如下：

(1)目标函数

minf＝f1+f2+f3+f4(1)

目标函数是在每个给定约束下计算出具有最低总成本(式(1))的建设方案。f1是指管道的建设成本，f2是中央处理站的建设成本。f3和f4分别是增压装置和节流装置的建造成本。

cpd是管径为d的管道每公里建设费用，bpi,j,k,d是管道建设的二元变量。如果从节点(i,j)到其相邻节点在其方向k上建立新的管道，其直径为d，则bpi,j,k,d＝1，否则为0。管道的建设成本取决于直径和长度，应加到总成本上。上式中的li,j,k为从(i,j)沿着k方向到邻近节点的距离，可以由蚁群算法计算得到。

cc是中央处理站建设费用，bci,j是中央处理站二元变量，如果节点(i,j)是中央处理站，则bci,j＝1，否则bci,j＝0

ccv是v类型增压装置建设费用，ccu是u类型节流装置建设费用，bci,j,v和bti,j,u分别是v型增压装置和u型节流装置的二元变量，如果节点(i,j)建设类型v的增压装置，则bci,j,v＝1，如果节点(i,j)建设类型u的节流装置，则bti,j,u＝1，否则bti,j,u＝0。如果v型增压装置或u型节流装置内置在节点(i,j)中，那么式(4)和式(5)意味着压力装置的建造成本应加到总成本上。

(2)节点及管道约束

节点不可能同时是井场或者集气站：

bwi,j+bni,j+bci,j＝1i∈i,j∈j(6)

bwi,j是气井二元变量，如果节点(i,j)是气井，则bwi,j＝1，否则bwi,j＝0，bni,j是普通节点二元变量，如果节点(i,j)是普通节点，则bni,j＝1，否则bni,j＝0。

对于地面集输系统，研究区域通常只有一个中央处理站，一旦确定了位置，它就不会随时间变化，即：

若某个方向上有管道，则流动单向：

bpi,j,rk,d是管道建设二元变量，如果从节点(i,j)沿着rk方向向邻近节点建设管径为d的管道，则bpi,j,rk,d＝1，否则bpi,j,rk,d＝0。

一个节点最多可以有一条与相邻节点连接的路由，换句话说，一个节点只有一个流向。但是，中央处理站是流体流动的终点，因此它必须没有进一步向外的连接。

井场节点是流体流动的起始点，并且必须通过特定直径的管道在某个方向上进一步向外连接，即：

如果管道网络的连接结构允许串接，这意味着井场通过分支管道与最近的井场连接，则不需要特殊约束。但是，如果管网结构不允许串接，则井场只能作为向其他节点输送流体的起点：

其中，极大值m为一个可调参数，调节m值的大小使不等式(11)成立。

(3)管道流量约束

如果流体可以从节点(i,j)流向其方向k处的相邻节点，则在这两个节点之间必须存在管道。

qpi,j,k是节点(i,j)在k方向上的流量值。

任意节点的流量必须满足质量守恒，节点自身的产量加上流入产量等于节点接收流量和节点流出流量的和：

qwi,j是井场产量，如果(i,j)不是井场，则qwi,j＝0，qpi,j,rk是节点(i,j)在rk方向上的流量值，qci,j是节点(i,j)的流量接收值。

中央处理站的接收流量等于所有气井的产量和，且除了中央处理站外，其余节点接收流量为0：

qci,j≤bci,jmi∈i,j∈j(16)

当输送流体时，不同的管道对应不同的经济流量，即：

qpi,j,k≥qmin,d+(bpi,j,k,d-1)mi∈i,j∈j,k∈k,d∈d(17)

qpi,j,k≤qmax,d+(1-bpi,j,k,d)mi∈i,j∈j,k∈k,d∈d(18)

qmin,d是直径为d的管道经济流量下限，qmax,d是直径为d的管道经济流量上限。

(4)压力设备约束

我们可以在节点设置增压装置或者减压装置来调节压力，但是对于同一个节点，只能安装增压装置或者只能安装减压装置，两者不能同时存在：

压力设备只能安装在井场：

压力设备有不同类别，并且由于其容量限制，应根据实际流量确定相应的设备：

qmin,v是v型增压装置的流量下限，qmax,v是v型增压装置的流量上限，qmin,u是u型节流装置的流量下限，qmax,u是u型节流装置的流量上限。

(5)压力约束

任意的加点压力应满足压力守恒，井口背压和增压装置提供的压力之和等于最终压力和节流装置消耗的压力之和。具体的逻辑关系表示如下：

pwi,j是井口回压，如果(i,j)不是井场，则pwi,j＝0，δpv是v型增压装置增加压力值，δpu是u型节流装置消耗压力值，pi,j是节点(i,j)的压力值。

整个集输管网的压力应限制在安全范围内，既不超过管道的最大工作压力也不低于最小工作压力。

pi,j≥ppmini∈i,j∈j(27)

pi,j≤ppmaxi∈i,j∈j(28)

ppmin是集输管网最小运行压力，ppmax是集输管网最大运行压力。

如果节点是中央处理站，则此节点的压力应在指定范围内：

pi,j≥ppmincpf+(bci,j-1)mi∈i,j∈j(29)

pi,j≤ppmaxcpf+(1-bci,j)mi∈i,j∈j(30)

ppmincpf是集气站最小进站压力，ppmaxcpf集气站最大进站压力。

由于管道的摩擦阻力，流体的压力在流动过程中逐渐减小。管道的压降方程可以简化如下：

pqi,j^m1-pzi,j^m1-fdli,j,kqpi,j,k^m2＝0i∈i,j∈j,k∈k,d∈d(31)

pqi,j是(i，j)节点沿着k方向的管道的起点压力，pzi,j是是(i，j)节点沿着k方向的管道的终点压力，m1和m2为压降方程中的参数，fd为压降方程中管径为d时所对应的阻力系数。

利用分段线性化方法对压力和流量进行计算：

qpi,j,k≥qmin,a+(bqpi,j,k,a-1)mi∈i,j∈j,k∈k,a∈a(32)

qpi,j,k≤qmax,a+(1-bqpi,j,k,a)mi∈i,j∈j,k∈k,a∈a(33)

pi,j≥pmin,e+(bpi,j,e-1)mi∈i,j∈j,e∈e(36)

pi,j≤pmax,e+(1-bpi,j,e)mi∈i,j∈j,e∈e(37)

qmin,a是当线性压降方程时，流量间隔a的最小流量，qmax,a是当线性压降方程时，流量间隔a的最大流量，bqpi,j,k,a是流量区间二元变量，如果节点(i,j)的流量在区间a，则bqpi,j,k,a＝1，否则bqpi,j,k,a＝0，qapi,j,k是压降方程线性化时，节点(i,j)在k方向上的流量线性化值，δa是压降方程线性化时区间a的流量值，pmin,e是压降方程线性化时压力区间e的最小压力，pmax,e是压降方程线性化时压力区间e的最大压力，bpi,j,e是压力区间二元变量，如果节点(i,j)的压力在区间e，则bpi,j,e＝1，否则bpi,j,e＝0，pai,j是压降方程线性化时，δe是节点(i,j)的压力线性化值，压降方程线性化时区间e的压力值。

(6)障碍约束

在管网施工过程中，某些地方的地形过于起伏或存在其他设施，因此这些地方被视为障碍物。中央处理站和管道不能在有障碍的区域建造：

bci,j≤1-opi,j,ki∈i,j∈j,k∈k(40)

opi,j,k是障碍二元变量，如果节点(i,j)沿着k方向到邻近节点存在障碍，则opi,j,k＝1，否则opi,j,k＝0。

(7)初始状态约束

如果某节点已有中央处理站，管道和设备，则相应的二元变量需要设置为相应的值：

bci',j'＝1i'∈i,j'∈j(42)

bpi',j',k',d'＝1i'∈i,j'∈j,k'∈k,d'∈d(43)

bci',j',k',v'＝1i'∈i,j'∈j,k'∈k,v'∈v(44)

bti',j',k',u'＝1i'∈i,j'∈j,k'∈k,u'∈u(45)

在上述式子中，a∈a为分段线性化中压力变量分段数集合，d∈d为管径集合，e∈e为分段线性化中流量变量分段数集合，i∈i,j∈j为节点坐标集合，rk,k∈k为点方向集合，u∈u为减压装置类型集合，v∈v为增压装置类型集合。

s150：根据所述双层不均匀网格，对所述milp模型求解，得到集输管网设计结果。

对上述milp模型，可以通过基于分枝定界算法的milp求解器gurobi求解该模型，得到集输管网设计结果，其中，集输管网设计结果包括最优拓扑、中央处理站和压力设施的位置、管道的大小和路线以及管网的水力计算结果中的至少一种。

上述实施例公开的集输管网优化设计方法，相比于已有的集输管网优化模型，本发明可以保证得到最优的集输管网施工方案，包括整体拓扑结构，中央处理站和压力设备的位置，每条管道的详细直径和路线，以及集输管网的水力分布，且模型中考虑了水力计算和经济流速，更能够反映实际的集输系统实际的情况，通过地形参数、经济参数和技术参数就能得到最优的集输管网设计结果，能够指导油气田的工程建设，减本增效。

本说明书实施方式中还提供了一种集输管网设计装置，如下面的实施方式所述。由于一种集输管网设计装置解决问题的原理与一种集输管网设计方法相似，因此一种集输管网设计装置的实施可以参见一种集输管网设计方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

如图3所示，本实施例提供一种集输管网设计装置，包括：

参数接收模块310，用于接收设计参数，所述设计参数包括：目标区域的地形参数、经济参数和技术参数；

网格生成模块320，用于根据所述设计参数，生成双层不均匀网格数据，所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径；

优化结果判断模块330，用于根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断是否可实现集输管网设计结果；

milp模型建立模块340，用于根据以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立milp模型；

模型求解与结果输出模块350，用于根据所述双层不均匀网格对所述milp模型求解，输出得到的集输管网设计结果。

在另一个实施方式中，如图4所示，网格生成模块320包括地形数据生成子模块321和双层网格生成子模块322，双层网格生成子模块322还包括管网拓扑确定模块3221和节点路径确定模块3222。

其中，地形数据生成子模块321，用于根据所述地形参数，获得目标区域的地形数据。

双层网格生成子模块322用于生成双层不均匀网格，根据所述地形数据，将所述目标区域划分为若干子区域，生成所述双层不均匀网格数据，所述双层不均匀网格包括第一层网格和第二层网格。

管网拓扑确定模块3221，用于根据用于根据所述第一层网格上的节点为每个子区域建立目标函数，求解目标函数，得到集输管网的拓扑，具体的，如图2所示，第一层网格中的每个节点具有八个连接方向，并且该八节点类型模式用于为每个子区域和网格节点建立相应的约束和目标函数。假设流体从节点(xi，yj)沿其方向k流向另一个相邻节点，终端节点可以定义为(xi，yj，k)。rk是k的反方向，因此(xi，yj，rk)代表起始节点的坐标，其在方向rk处连接节点(xi，yj)。显然，(xi，yj，k)和(xi，yj，rk)是相同的节点。

节点路径确定模块3222，用于根据所述第二层网格，通过蚂蚁算法计算出对应于最小长度的每个连通节点之间的路径。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(programmablelogicdevice,pld)(例如现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片pld上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片2。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logiccompiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(hardwaredescriptionlanguage，hdl)，而hdl也并非仅有一种，而是有许多种，如abel(advancedbooleanexpressionlanguage)、ahdl(alterahardwaredescriptionlanguage)、confluence、cupl(cornelluniversityprogramminglanguage)、hdcal、jhdl(javahardwaredescriptionlanguage)、lava、lola、myhdl、palasm、rhdl(rubyhardwaredescriptionlanguage)等，目前最普遍使用的是vhdl(very-high-speedintegratedcircuithardwaredescriptionlanguage)与verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。