The ubiquitous expansion and transformation of the energy supply system involves large-scale power infrastructure construction projects. In the view of investments of more than a million dollars per kilometre, planning authorities aim to minimise the resistances posed by multiple stakeholders. Mathematical optimisation research offers efficient algorithms to compute globally optimal routes based on geographic input data. We propose a framework that utilizes a graph model where vertices represent possible locations of transmission towers, and edges are placed according to the feasible distance between neighbouring towers. In order to cope with the specific challenges arising in linear infrastructure layout, we first introduce a variant of the Bellman-Ford algorithm that efficiently computes the minimal-angle shortest path. Secondly, an iterative procedure is proposed that yields a locally optimal path at considerably lower memory requirements and runtime. Third, we discuss and analyse methods to output k diverse path alternatives. Experiments on real data show that compared to previous work, our approach reduces the resistances by more than 10% in feasible time, while at the same time offering much more flexibility and functionality. Our methods are demonstrated in a simple and intuitive graphical user interface, and an open-source package (LION) is available at https://pypi.org/project/lion-sp.


翻译:能源供应系统的无处不在的扩展和改造涉及大规模电力基础设施建设项目。考虑到每公里投资100万美元以上,规划当局的目标是最大限度地减少多个利益攸关方的阻力。数学优化研究提供了高效的算法,根据地理输入数据计算全球最佳路线。我们提议了一个框架,利用一个图形模型,使顶点代表传输塔的可能位置,边缘根据相邻塔之间的可行距离排列。为了应对线性基础设施布局中出现的具体挑战,我们首先引入了贝尔曼-福德算法的变式,有效计算最小角的最短路径。第二,提议了一个迭代程序,在大大降低记忆要求和运行时间的情况下产生一种本地最佳路径。第三,我们讨论和分析输出 k 不同路径替代方法的方法。对真实数据的实验表明,与以往工作相比,我们的方法在可行时间里降低了10%以上的阻力,同时提供了更多的灵活性和功能。我们的方法在一个简单和直观的图形用户界面/开放源软件包中展示了我们的方法。

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