基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法

本发明涉及路径规划，特别涉及一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法。

背景技术：

1、随着核电技术的快速发展与运用，核安全与辐射防护问题受到广大关注，为了减少工作人员在核设施环境中进行维修工作时受到的核辐射危害，合理规划出一条维修路径至关重要。目前对于核岛环境下路径规划方法的研究多采用基于搜索的a*算法，一般只以核辐射剂量作为路径权值，而基于a*算法的路径规划研究大多集中在自主移动机器人领域，在行人路径规划方面研究较少。本文提出了一种基于层次分析法优化的dijkstra算法在核辐射环境下的维修路径规划方法，综合考虑了核辐射剂量、路径长度、路径拥挤程度三种因素，更具有理论意义和实用价值。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，综合考虑核辐射剂量、路径长度、路径拥挤程度三种因素，相比传统路径规划算法只考虑路径长度更具有实用价值，提出的简化辐射剂量估算方式，便于计算，实用性强。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，包括如下步骤：

3、步骤一、构建核岛路网，定义参数；获取核电站道路网络数据并得到网络图g＝(v，e，w)，其中v是节点集合，表示通道交叉口；e是边的集合，表示交叉口之间的路段集合；w是各边的权值的集合，表示交叉口之间路段的综合权值集合；

4、步骤二、建立层次评价指标模型，层次评价指标模型的结构包括目标层和准则层，其中，准则层包括核辐射剂量、路径长度以及路径拥挤程度，综合考虑这三种指标作为核岛路网的边的权值；

5、步骤三、将准则层的三种指标按影响程度两两相互比较，构造判断矩阵，计算判断矩阵的最大特征根和经过归一化处理后的特征向量，并对判断矩阵进行一致性检验，若判断矩阵符合一致性检验，取归一化后的特征向量值作为对应三种指标的权值；

6、步骤四、无量纲化处理三个影响指标并进行加权处理得到各边的综合权值，用综合权值来代替dijkstra路径规划算法中边的权值，获取一条总的综合权值最小的维修路径。

7、优选的方案中，所述步骤一中，将核电站通道设置为边，包括内部走廊或梯道，将通道的交叉口设置为节点，其中所述边定义为该通道宽度方向上的中心线；

8、优选的方案中，所述步骤二中，对于同一个放射源产生的核辐射影响，其周围核辐射剂量率与距离近似成平方反比的关系，即其中，r1、r2为测量点与放射源之间的距离；d1和d2分别为距离放射点源r1、r2处的核辐射剂量率，以通道上核辐射剂率的累加作为该边上核辐射剂量的值，人员在路线上吸收的辐射剂量计算如下：

9、

10、其中，l为路径的长度，v为人员移动速度，θ为路径方向与放射源的夹角，t为通过长度l的边所需要的时间。

11、优选的方案中，所述步骤二中，路径拥挤程度是用来综合评价通道可通行程度的概念性数值，按0～10取值，数值越大表示通道越拥挤，可通行度越低。

12、优选的方案中，所述步骤三中，通过两两对比各影响因素的重要程度，并构造相应的判断矩阵，所述判断矩阵为：

13、a＝(aij)n×n

14、其中，aij表示因素i与因素j数量化的相对权重，n表示影响因素的个数。

15、优选的方案中，所述步骤三中，所述一致性检验的检验参数中，一致性指标为：

16、

17、检验系数为：

18、

19、其中，λmax为判断矩阵最大的特征值，ri为随机一致性指标，n为判断矩阵的阶数，当cr≤0.1时，判断矩阵的一致性是可接受的；当cr＞0.1时，需要对判断矩阵进行修正使得最终构造的判断矩阵满足一致性检验。

20、优选的方案中，所述步骤四中，无量纲化处理方法采用规范化处理方法，用公式表示如下：

21、

22、其中m为边的总数，fk为第k条边的初始值，fk'为第k条边无量纲化后的值。

23、优选的方案中，所述步骤四中，综合权值的计算公式如下：

24、

25、式中，wij表示边eij的综合权值，n表示影响因素的总个数，fijk表示边eij的第k指标的无量纲化值，ωk为第k个评价指标的权重。

26、本发明提供的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，具有以下有益效果：

27、1、本发明步骤一将核电站内部结构抽象为图的形式，通过在网络图上运用图论算法，可以更方便进行路径规划。

28、2、步骤二所提出了一种核辐射剂量估算方式，便于计算，实用性强。

29、3、本发明步骤二、三、四所提出的基于层次分析法优化的路径规划方法综合考虑了核辐射剂量、路径长度、路径拥堵程度三种因素，相比传统路径规划方法只考虑路径长度更具有实用价值。

技术特征：

1.一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，所述步骤一中，将核电站通道设置为边，包括内部走廊或梯道，将通道的交叉口设置为节点，其中所述边定义为该通道宽度方向上的中心线。

3.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，所述步骤二中，对于同一个放射源产生的核辐射影响，其周围核辐射剂量率与距离近似成平方反比的关系，即其中，r1、r2为测量点与放射源之间的距离；d1和d2分别为距离放射点源r1、r2处的核辐射剂量率，以通道上核辐射剂率的累加作为该边上核辐射剂量的值，人员在路线上吸收的辐射剂量计算如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，所述步骤二中，路径拥挤程度是用来综合评价通道可通行程度的概念性数值，按0～10取值，数值越大表示通道越拥挤，可通行度越低。

5.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，所述步骤三中，通过两两对比各影响因素的重要程度，并构造相应的判断矩阵，所述判断矩阵为：

6.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，所述步骤三中，所述一致性检验的检验参数中，一致性指标为：

7.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，所述步骤四中，无量纲化处理方法采用规范化处理方法，用公式表示如下：

8.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，其特征在于，所述步骤四中，综合权值的计算公式如下：

技术总结
本发明提供一种基于层次分析法优化的核辐射环境下的维修路径规划方法，包括如下步骤：步骤一、构建核岛路网，定义参数；步骤二、建立层次评价指标模型，层次评价指标模型的结构包括目标层和准则层，准则层包括核辐射剂量、路径长度以及路径拥挤程度；步骤三、将准则层的三种指标按影响程度两两相互比较，构造判断矩阵，并对判断矩阵进行一致性检验；步骤四、无量纲化处理三个影响指标并进行加权处理得到各边的综合权值，用综合权值来代替Dijkstra路径规划算法中边的权值，获取一条总的综合权值最小的维修路径。该方法综合考虑核辐射剂量、路径长度、路径拥挤程度三种因素，提出的简化辐射剂量估算方式，便于计算，实用性强。

技术研发人员：刘闻溪
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25