一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法
【专利摘要】本发明涉及一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法。解决现有技术中模拟连线在复杂情况下容易交叉碰撞的问题。本发明首先通过XY轴动态规避策略朝某一方向探索出一条路线，并对该路线的优先级系数进行记录，然后通过回溯搜索得到其他路线，同时将回溯搜索得到的路线同记录的路线进行优先级系数比较，不断将记录的路线替换为优先级系数最小的路线，最终得到最优化的路线。本发明的优点是减少了功能模块之间的连线与连线的交叉重叠，连线与功能模块之间的碰撞，使得图形化界面更加清晰明了。能够实现动态智能调整策略，有效提高用户配置效率，增加了灵活性，又提高了连线的清晰和可阅读性。
【专利说明】一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污水处理模拟【技术领域】，尤其是涉及一种交叉碰撞少、界面清晰的污水处理仿真软件连线绘图优化方法。
【背景技术】
[0002]在城市处理污水的过程中，由于污水厂的进水水质各不相同，甚至相差巨大，进水的负荷也随时间动态变化，污水厂的规模、设计参数、运行状态也千差万别等原因。不少污水厂运行效果不佳、出水水质难以达标，因此污水厂有对污水处理进行工艺改造的强烈需求。而为了改造工艺，需要深入研究进水水质、工艺流程控制、出水水质三者自己的关系，通过改进工艺、调整控制参数，从而改善水质，减少曝气能耗。
[0003]污水处理工艺涉及多个过程，工艺非常复杂。调整工艺随需的周期长，并且存在一定的风险。因此通过软件的方式来模拟污水厂的运行过程，有着重要的现实意义。
[0004]在各种污水厂模拟软件中，Bioffin模拟软件于20世纪90年代由加拿EnviiOsim联合公司研制。在北美和澳大利亚等地得到了广泛的应用。该软件的连线采用一次简单连接的方法。基本的策略就是求解两个连接点之间的最短路径，算法非常简单，两个连接点之间增加一个转折点。这种方法的实现非常简单，但这种方法并没有考虑求解连线路径时周围模拟单元和已有连线的影响，因此当功能块比较多时，连线与连线之间有较多的交叉或重叠，连线对周围模拟单元的穿越也比较多，连线与连线之间会产生重叠，造成无法清晰的判断模拟单元之间的联系。虽然BioWin支持手动调节连线，但存在3个缺点:1.连线的可调节度不高。基本上连线只有其中的一段允许水平或上线调节。2.当曝气模拟单元较多，连线较复杂的情况下，手动调节的工作量较大，影响配置的效率。3.因为该软件连线一般只有一个转折点，即一条连线可分为3段折线。因此允许手动调整连线段只有其中一段，有一定局限性。当连线非常复杂的情况下，该软件提供的手动调节也无能为力。
【发明内容】
[0005]本发明主要是解决现有技术中模拟连线在复杂情况下容易交叉碰撞的问题，提供了一种交叉碰撞少、界面清晰的污水处理仿真软件连线绘图优化方法。
[0006]本发明还解决了现有技术中模拟连线调整困难受限制的问题，提供了一种方便动态调整的污水处理仿真软件连线绘图优化方法。
[0007]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法，用于功能模块之间的连线，包括以下步骤:
步骤一，在确定出发点和目的点后，连线由出发点出发沿X轴方向前进，若未与功能模块碰撞，直至到达与目的点位于同一垂线上的点时，设定该点为转折点，并由该转折点出发沿Y轴方向前进至目的点；
若连线在前进过程中遇到功能模块，则连线采用XY轴动态规避策略进行处理，朝一个方向探索出一条初始路线，并对初始路线因素进行记录，计算出优先级系数，XY轴动态规避策略包括X轴规避策略和Y轴规避策略，
X轴规避策略:在X轴方向前进时，若发生和功能模块的碰撞，则生成转折点然后向Y轴方向进行前进；
Y轴规避策略:沿Y轴方向前进，直到连线超过功能模块上端或下端，则生成转折点然后沿X轴方向前进；
步骤二，进行路径回溯仲裁计算，然后对该初始路线进行回溯搜索，根据XY轴动态规避策略探索出其他的路线，记录这些路线的因素，并计算出优先级系数，同时通过比较，找出最小优先级系数的路线，确定该路线为最优化路线，并在软件界面上绘制。本发明首先通过XY轴动态规避策略朝某一方向探索出一条路线，并对该路线的优先级系数进行记录，然后通过回溯搜索得到其他路线，同时将回溯搜索得到的路线同记录的路线进行优先级系数比较，不断将记录的路线替换为优先级系数最小的路线，最终得到最优化的路线。本发明相比现有软件连线使得功能模块之间的连线与连线尽量减少交叉重叠，连线与功能模块之间尽量减少穿越碰撞，使得图形化界面更加清晰明了。
[0008]作为一种优选方案，所述回溯搜索的过程为:
A.由初始连线的目的点回溯到上一个转折点，
B.判断该转折点是否与目的点位于同一垂线上，若是则继续回溯当前转折点的前一个转折点，进入步骤C，若否则进入步骤C ；
C.判断该转折点是否为出发点，若是则搜索结束，若否则进入步骤D;
D.判断通过该转折点后连线是否在Y轴上前进，若否则继续回溯当前转折点的前一个转折点，重复步骤C，若是则进入步骤E ;
E.朝着通过当前转折点后连线前进方向的相反的方向前进，根据XY轴动态规避策略，朝一个方向探索出一条路线；
F.若当前转折点Y轴上下方向全部探索完毕，则继续回溯到上一个转折点，进入步骤
C。通过回溯搜索，探索出其他路径，用于优先级系数比较，以找出最优路线。
[0009]作为一种优选方案，在X轴规避策略中，在与功能模块发生碰撞情况时，设定常量
a,连线在距离功能模块a距离处设定转折点，然后沿Y轴方向前进；在Y轴规避策略中，设定常量a，连线超过功能模块上端或下端a距离处设定转折点，然后沿X轴方向前进；所述常量a为预先设定的距离值。设定常量a，数值根据需要进行调整。该常量a为连线与路径上的功能模块保持的距离。
[0010]作为一种优选方案，所述连线的因素包括连线的长度J，转折点数量K，优先级系数的算法为S=J*m+(K+l)*n,其中m、n为预先设定好的O到I之间的小数。m、n通过多次试验后确定，在公式中为设定好的数值。该优先级系数表明m相对越大，则连线长度的影响较大，即连线倾向于距离比较短的路线，反之，η越大，则转折点的影响越大，即连线倾向于转折点较少的路线。
[0011]作为一种优选方案，方法还包括动态智能调整策略，该动态智能调整策略为:
当选中一个功能模块连接点作为输出进行连线时，以该连接点为出发点，以鼠标移动所在当前点为目的点，通过步骤一到步骤二得到最优化路径，并在软件界面上绘制；当鼠标位置发生变化后，重复步骤一到到步骤二，重新计算最优化路径，并重新在软件界面上绘制； 当选中一个功能模块的连接点作为输出进行连线时，鼠标在非连接点区域点击，鼠标点击处增加一个转折点，以该转折点为目的点，通过步骤一到步骤二，在作为输出的连接点与转折点之间得到最优化路径并绘制，若鼠标继续增加多个转折点，则以前一个转折点为出发点，后一个转折点为目的点，在两个转折点之间得到最优化路径并绘制，直至鼠标最终点击功能模块连接点作为输入，在最后一个转折点与作为输入的连接点之间通过步骤一和步骤二得到最优化路径并绘制。通过步骤一和步骤二实现了功能模块之间连线的自动调整，简化了操作人员的工作量，但依然存在不足，当功能模块分布复杂，连线较多，此时通过步骤一和步骤二得到的连线依然有可能较为复杂，需要通过动态智能调整策略来进行优化。本发明中在简单是通过步骤一和二进行自动连线，有效提高用户配置效率，当配置复杂时，可以进行动态智能策略进行调整，既增加了灵活性，又提高了连线的清晰和可阅读性。
[0012]因此，本发明的优点是:1.减少了功能模块之间的连线与连线的交叉重叠，连线与功能模块之间的碰撞，使得图形化界面更加清晰明了。2.能够实现动态智能调整策略，有效提高用户配置效率，增加了灵活性，又提高了连线的清晰和可阅读性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]附图1是本发明一种流程示意图；
附图2是本发明中回溯搜索的一种流程示意图；
附图3是本发明的例子中连线连接的一种示意图；
附图4上本发明的例子中连线连接的另一种示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0015]实施例:
本实施例一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法，用于模拟功能模块之间的连线，设定好常量a，系数m、η的数值。如图1所示，确定一个功能模块输出连接点作为出发点，另一个功能模块输入连接点作为目的点，出发点和目的点之间路线制定的包括以下步骤:步骤1，由出发点出发沿X轴方向前进；判断是否有与功能模块发生碰撞，若否，则一直前进直至到达与目的点位于同一垂线上的点时，设定该点为转折点，并由该转折点出发沿Y轴方向前进至目的点；若是，则根据XY轴动态规避策略进行处理。
[0016]步骤2，根据X轴规避策略，在距离功能模块a距离处设定转折点，然后沿Y轴一端方向前进。
[0017]步骤3，再根据Y轴规避策略，在超过功能模块上端或下端a距离处设定转折点，然后沿X轴方向前进。
[0018]步骤4，若在X轴方向前进过程中继续遇到功能模块，则根据XY轴动态规避策略重复进行，直至到达与目的点位于同一垂线上的点时，设定该点为转折点，并由该转折点出发沿Y轴方向前进至目的点。
[0019]步骤5，探索到一条初始路线，记录初始路线的长度J和转折点数量K，并计算出初始路线的优先级系数S(0)=J*m+ (K+l)*n。
[0020]步骤6，对得到的初始路线进行回溯搜索，如图2所示，由目的点开始回溯到上一个转折点。
[0021]步骤7，判断当前转折点是否与目的点位于同一垂线上，是则继续回溯到当前转折的前一个转折点，然后进入步骤8 ;若否进入步骤9。
[0022]步骤8，判断该转折点是否为出发点，若是则搜索结束，若否进入步骤9。
[0023]步骤9，判断经过该转折点后连线是否沿Y轴方向前进，若否，则回溯到当前转折点的上一个转折点，回到步骤8;若是，朝着通过当前转折点后连线前进方向的相反的方向前进，执行步骤I至4的操作，探索出一条路线。
[0024]步骤10，记录该路线的长度J和转折点数量K，并计算出初始路线的优先级系数S (I)，根据优先级仲裁策略，将S (O)与S(I)进行比较，若S(O)小于S(I)，表面当前探索出来的路线没有达到要求，若S(O)大于S(I)，替换优先级系数记录为S(I)，同时将优先级系数为S(I)的路线替换初始路线。
[0025]步骤11，若当前所在转折点Y轴上下方向全部搜索完毕，则继续回溯到上一个转折点，重复步骤8至10的操作。
[0026]步骤12，直至回溯到出发点，回溯搜索结束，得到优先级系数最小的路线，确定该路线为最优化路线，并在软件界面上绘制。
[0027]另外为了在复杂情况下能够更灵活对连线进行动态调整，本发明还制定了动态智能调整策略，包括:
当选中一个功能模块连接点作为输出进行连线时，以该连接点为出发点，以鼠标移动所在当前点为目的点，通过上面步骤I到步骤12得到最优化路径，并在软件界面上绘制；当鼠标位置发生变化后，重复步骤I到到步骤12，重新计算最优化路径，并重新在软件界面上绘制；
当选中一个功能模块的连接点作为输出进行连线时，鼠标在非连接点区域点击，鼠标点击处增加一个转折点，以该转折点为目的点，通过步骤I到步骤12，在作为输出的连接点与转折点之间得到最优化路径并绘制，若鼠标继续增加多个转折点，则以前一个转折点为出发点，后一个转折点为目的点，在两个转折点之间得到最优化路径并绘制，直至鼠标最终点击功能模块连接点作为输入，在最后一个转折点与作为输入的连接点之间通过步骤I和步骤12得到最优化路径并绘制。
[0028]下面以具体例子进行说明，如图3所示，假设具有5个功能模块，当要连接功能模块I输出连接点到功能模块5输入连接点之间的连线，根据XY轴动态规避策略，连线在X轴前进过程中碰撞到功能模块2，则在功能模块2前a距离设定转折点，然后向上沿Y轴方向前进，到达功能模块2上部a距离后再设定一个转折点，然后继续沿X轴方向前进。在前进过程中又遇到功能模块4，继续按照XY轴动态规避策略进行操作，设定转折点然后沿向上沿Y轴方向前进，到达功能模块4上部a距离设定转折点，然后沿X轴方向前进，到达一个点，该点与功能模块5输入连接点位于同一垂线上，则由该点设定转折点，向下与功能模块5输入连接点连接，这样得到初始路线。记录初始路线长度和转折点数，计算出优先级系数 S (O)。
[0029]进行回溯搜索，如2中所示，先回溯到转折点a，该转折点a为与目的点位于同一垂线上，则继续回溯到上一转折点b，经过转折点b后连线不是在Y轴方向上，在继续回溯到上一转折点c,转折点c满足条件,则选择与之前连线相反的方向朝下沿Y轴方向前进,然后根据XY轴动态规避策略，如图4所示，探索出一条路线，记为路线1，记录路，I长度和转折点数，计算出路线I优先级系数S(I)。将S(I)与S(O)相比较，S(I)较小，则用S(I)代替S(O)，用路线I代替初始路线。转折点C探索完毕，继续回溯到前一转折点d，重复前面的步骤，直至回溯到出发点，回溯搜索结束。最后得到优先级系数最小的路线，如图4中的路线，设定该路线为最优化路线，最后在软件界面上绘制。
[0030]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0031]尽管本文较多地使用了功能模块、转折点、出发点、目的点等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【权利要求】
1.一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法，用于功能模块之间的连线，包括以下步骤: 步骤一，在确定出发点和目的点后，连线由出发点出发沿X轴方向前进，若未与功能模块碰撞，则直至到达与目的点位于同一垂线上的点时，设定该点为转折点，并由该转折点出发沿Y轴方向前进至目的点； 若连线在前进过程中遇到功能模块，则连线采用XY轴动态规避策略进行处理，朝一个方向探索出一条初始路线，并对初始路线因素进行记录，计算出优先级系数，XY轴动态规避策略包括X轴规避策略和Y轴规避策略， X轴规避策略:在X轴方向前进时，若发生和功能模块的碰撞，则生成转折点然后向Y轴方向进行前进； Y轴规避策略:沿Y轴方向前进，直到连线超过功能模块上端或下端，则生成转折点然后沿X轴方向前进； 步骤二，进行路径回溯仲裁计算，然后对该初始路线进行回溯搜索，根据XY轴动态规避策略探索出其他的路线，记录这些路线的因素，并计算出优先级系数，采用优先级仲裁策略，通过比较，找出最小优先级系数的路线，确定该路线为最优化路线，并在软件界面上绘制。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法，其特征是所述回溯搜索的过程为: A.由初始连线的目的点回溯到上一个转折点， B.判断该转折点是否与目的点位于同一垂线上，若是则继续回溯当前转折点的前一个转折点，进入步骤C，若否则进入步骤C ； C.判断该转折点是否为出发点，若是则搜索结束，若否则进入步骤D; D.判断通过该转折点后连线是否在Y轴上前进，若否则继续回溯当前转折点的前一个转折点，重复步骤C，若是则进入步骤E ; E.朝着通过当前转折点后连线前进方向的相反的方向前进，根据XY轴动态规避策略，朝一个方向探索出一条路线； F.若当前转折点Y轴上下方向全部探索完毕，则继续回溯到上一个转折点，进入步骤C。
3.根据权利要求1或2所述的一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法，其特征是在X轴规避策略中，在与功能模块发生碰撞情况时，设定常量a，连线在距离功能模块a距离处设定转折点，然后沿Y轴方向前进；在Y轴规避策略中，设定常量a，连线超过功能模块上端或下端a距离处设定转折点，然后沿X轴方向前进；所述常量a为预先设定的距离值。
4.根据权利要求1或2所述的一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法，其特征是所述连线的因素包括连线的长度J，转折点数量K，优先级系数的算法为S=J*m+(K+l)*n，其中m、n为预先设定好的O到1之间的小数。
5.根据权利要求1或2所述的一种污水处理仿真软件连线绘图优化方法，其特征是方法还包括动态智能调整策略,该动态智能调整策略为: 当选中一个功能模块连接点作为输出进行连线时，以该连接点为出发点，以鼠标移动所在当前点为目的点，通过步骤一到步骤二得到最优化路径，并在软件界面上绘制；当鼠标位置发生变化后，重复步骤一到到步骤二，重新计算最优化路径，并重新在软件界面上绘制； 当选中一个功能模块的连接点作为输出进行连线时，鼠标在非连接点区域点击，鼠标点击处增加一个转折点，以该转折点为目的点，通过步骤一到步骤二，在作为输出的连接点与转折点之间得到最优化路径并绘制，若鼠标继续增加多个转折点，则以前一个转折点为出发点，后一个转折点为目的点，在两个转折点之间得到最优化路径并绘制，直至鼠标最终点击功能模块连接点作为输入 ，在最后一个转折点与作为输入的连接点之间通过步骤一和步骤二得到最优化路径并绘制。
【文档编号】G06F17/50GK103778277SQ201310752389
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】何琦枫, 张伟, 汪月林, 张伯立, 曹辉, 孙福林, 俞林斌 申请人:浙江浙大中控信息技术有限公司