基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设方法及系统与流程
本发明涉及排水管网技术领域，尤其是涉及一种基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设方法及系统。
背景技术：
排水管网是保障城市正常运行的重要基础设施,加强排水管网的监控，对保护排水设施、健全城市排水信息化管理具有重要意义。开展排水管网监测，一方面及时掌握城市污水管网排污情况，发现水质污染隐患，提高城市水质污染的预报预警能力，保护水资源生态环境；另一方面，监控雨水管网，掌握雨水管道排放能力，对管网运行情况进行评估，优化雨水管网资源配置，有利于加强城市雨洪管理，提高城市抵御内涝灾害的能力。
在排水管网监测方面，除了建立在线监测系统，解决实现排水管网信息化技术方面的问题，另一个关键点在于监控点位的优化与布置，由于人力、物力、财力等都有所限制，监控点的布置目标是利用尽可能少的监控点，能全面反映被监测对象的相关信息，随着现代物联网技术、以及移动互联及大数据云计算技术的发展，城市排水管网监测布点成为了近些年研究的热点问题。但目前排水管网监控点优化布置的研究思路偏向于理论，缺乏实际应用；此外，采用人工分析布点的方式，很难做到布点均衡，科学监控，对评估城市排水管网运行情况，提高城市排洪防涝能力具有一定的主观性，目前比较主流的优化布置方法是利用统计学方法对节点进行聚类分析，虽然该类方法设置了聚类原则，但仍然有很大程度依赖于人为的判断，相关性的识别仅为辅助作用，更多依赖于人工对管网拓扑结构的分析与认识，监测点最终布置结果受人为因素影响较大，很难做到布点均衡，科学监控，对评估城市排水管网运行情况，提高城市排洪防涝能力具有一定的局限性。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设方法及系统，解决了传统方法无法大面积对城市排水管网监控点优化与布置问题，可快速生成城市排水管网的监控点布点位置，提高监控点布点效率，降低了人工成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设方法，包括：
s1：构建矢量城市排水管网数据空间模型，确定主干管网节点、分支末梢节点、监控点的布点数量n和最优容差系数x；
s2：获取每个主干管网节点的上游分支末梢节点总量endcount和模型中的末梢节点总量sum(endcount)，计算每个监控点的监测数量perjcdcount，计算公式为：
s3：按上游节点数从小到大的顺序遍历每个主干管网节点，判断该主干管网节点是否满足endcount≥perjcdcount，若是则该主干管网节点被选中，否则继续判断
进一步地，所述的监控点的布点数量n根据布设成本确定。
进一步地，所述的x的计算过程为：
在0～1之间枚举备选容差系数xi，枚举范围如下：
当步骤s3最终选取的监控点数量等于n或最接近n时，对应的xi作为x。
进一步地，所述的矢量城市排水管网数据空间模型包括主干管线和支干网线，所述的主干管网节点设置于主干管线上，所述的分支末梢节点设置于支干网线上，所述的主干管网节点上设有检查井，所述的主干管线汇至排放口和污水处理厂。
一种基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设系统，包括：
模型构建模块，用于构建矢量城市排水管网数据空间模型；
模型分析模块，用于分析矢量城市排水管网数据空间模型并确定主干管网节点、分支末梢节点、监控点的布点数量n和最优容差系数x；
监测设计模块，用于在矢量城市排水管网数据空间模型上布设监控点，具体过程为：
按上游节点数从小到大的顺序遍历主干管网节点，获取每个主干管网节点的上游分支末梢节点总量endcount和模型中的上游末梢节点总量sum(endcount)，计算每个监控点的监测数量perjcdcount，计算公式为：
判断endcount≥perjcdcount是否成立，若是则该主干管网节点被选中，否则继续判断
进一步地，所述的监控点的布点数量n根据布设成本确定。
进一步地，所述的x的计算过程为：
在0～1之间枚举备选容差系数xi，枚举范围如下：
当步骤s3最终选取的监控点数量等于n或最接近n时，对应的xi作为x。
进一步地，所述的矢量城市排水管网数据空间模型包括主干管线和支干网线，所述的主干管网节点设置于主干管线上，所述的分支末梢节点设置于支干网线上，所述的主干管网节点上设有检查井，所述的主干管线汇至排放口和污水处理厂。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
(1)本发明通过构建矢量城市排水管网数据空间模型，确定主干管网节点、分支末梢节点、监控点的布点数量和最优容差系数，运用空间数据分析方法和便捷的计算公式，考虑模型中的所有主干管网和分支管网的数量，先确定每个监控点所需监测的管网分支数量，然后引入最优容差系数，保证每个监控点的监测范围相近，平均分配，最大化利用监控点，且计算方法客观，主观因素少，能够客观地实现监测点的均匀分布，同时监控节点的选取和布局具有可扩展性，可以应用到排水管网多种类型的监测点布点选址，如排水管网压力监测点、井室液位监测点、水质监测点；
(2)本发明引进了最优容差系数，在0～1之间枚举备选容差系数，最终选取的监控点数量等于或最接近监控点的布点数量n时，对应的备选容差系数作为最优容差系数，保证了每个监控点能够尽可能平均分配监控范围，最大化利用监控点，节约成本；
(3)本发明将主干管网节点设置于主干管线上，分支末梢节点设置于支干网线上，所述的主干管网节点上设有检查井，将监控点设置在检查井内，使得监控点的监控范围最大，监控点的利用率高，节约布设成本。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为监测点布点分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
一种基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设方法，如图1，包括：
s1：构建矢量城市排水管网数据空间模型，确定主干管网节点、分支末梢节点、监控点的布点数量n和最优容差系数x，监控点的布点数量n为初始定量，根据预算拟定，所述的最优容差系数x根据经验设定；
s2：获取每个主干管网节点的上游分支末梢节点总量endcount和模型中的末梢节点总量sum(endcount)，计算每个监控点的监测数量perjcdcount，计算公式为：
s3：按上游节点数从小到大的顺序遍历每个主干管网节点，判断该主干管网节点是否满足endcount≥perjcdcount，若是则该主干管网节点被选中，否则继续判断
矢量城市排水管网数据空间模型包括主干管线和支干网线，主干管网节点设置于主干管线上，分支末梢节点设置于支干网线上，主干管网节点上设有检查井，主干管线汇至排放口和污水处理厂。
实施例二
本实施例中最优容差系数x的计算过程为：
在0～1之间枚举备选容差系数xi，枚举范围如下：
将各个备选容差系数xi代入实施例一中的步骤s1～s3，当步骤s3最终选取的监控点数量等于n或最接近n时，对应的xi最合理，作为最终的x，再将计算获得的x代入实施例一中的步骤s1～s3选择监控点。
其余与实施例一相同。
实施例三
本实施例提出与实施例一对应的一种基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设系统，包括：
模型构建模块，用于构建矢量城市排水管网数据空间模型；
模型分析模块，用于分析矢量城市排水管网数据空间模型并确定主干管网节点、分支末梢节点、监控点的布点数量n和最优容差系数x；
监测设计模块，用于在矢量城市排水管网数据空间模型上布设监控点，具体过程为：
按上游节点数从小到大的顺序遍历主干管网节点，获取每个主干管网节点的上游分支末梢节点总量endcount和模型中的上游末梢节点总量sum(endcount)，计算每个监控点的监测数量perjcdcount，计算公式为：
判断endcount≥perjcdcount是否成立，若是则该主干管网节点被选中，否则继续判断
监控点的布点数量n为初始定量，根据预算拟定。
所述的x的计算过程为：
在0～1之间枚举备选容差系数xi，枚举范围如下：
当步骤s3最终选取的监控点数量等于n或最接近n时，对应的xi作为x。
矢量城市排水管网数据空间模型包括主干管线和支干网线，主干管网节点设置于主干管线上，分支末梢节点设置于支干网线上，主干管网节点上设有检查井，主干管线汇至排放口和污水处理厂。
实施例一、实施例二和实施例三提出了一种基于空间数据模型的城市排水管网监控点布设方法及系统，通过建立矢量数据空间分析模型，运用空间数据分析方法和便捷的计算公式，监控节点的选取和布局具有可扩展性，可以适用不同的监控点布点选址，解决了传统方法无法大面积对城市排水管网监控点优化与布置问题，提高监控点布点效率降低了人工成本。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
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