一种基于多气根榕树结构的排水管网数据模型构建方法与流程

1.本发明属于地理信息、互联网技术领域，具体涉及一种基于多气根榕树结构的排水管网数据模型构建方法。


背景技术：

2.城市排水管网是城市生命线的重要组成部分，其安全运行对于城市的经济社会健康发展意义重大，目前全国大多数城市均通过地下管线普查建立了城市级的综合地下管线数据库，部分省份甚至建立了省级的综合地下管线数据库。排水管线作为综合地下管线数据库中的重要组成部分，也是唯一重力流的具有流向的管线，但是排水管线并不是只沿着一个路径铺设，而是像一张网纵横交错的铺设。海量排水管网数据的集中管理，不仅要考虑数据的存储形式，更要注重数据的内部逻辑。
3.在城市管理中，规划设计、防涝减灾、应急救援以及排水溯源等多方面，都对排水管网数据信息资源共享提出更高要求，而排水管网数据库建设面临以下亟需解决的问题：1、如何对排水管网设施进行统一按规则编号，确保编号唯一且简洁、直观、方便识别、溯源，是排水管网信息化的基础；2、如何快速区分主干管和支管，方便规划设计人员了解整个排水系统中管道的总体走向、汇水方向以及各个子系统（小流域）的覆盖范围；3、如何快速溯源，在海量排水管网数据中任意选择一个排水井，都可以快速提取到该井归属的子系统（小流域）、对应的排水出口以及排水户（用户排入排水系统的第一个井）；4、如何让管网巡查人员通过管井盖标识可以更快的获取到下游井的数量，亦可粗略估算管井至排水口的距离，方便管网的日常管理和养护；5、如何快速获取单个排水系统的所有支管汇入点，对于应急救援具有重要意义。
4.综上，需要对城市排水管网进行分析，建立适用于智慧城市管理的数据模型。城市排水管网设施主要分为管点和管线，管线存储起始管点和终止管点，形成城市排水管网，数据结构就是一个有向树图的结构：大部分管网数据是只有一个出水口，这个就是一个单主根的树结构；有些管网数据存在多个出水口，这个类似榕树，存在多气根；还有些管网数据由于数据生产或实际修建问题出现环形管网问题，这些数据需要检查出来，及时进行现场确认修改或标记出异常；还有一些可能没有出水口，但也是一个单主根的树或多气根榕树结构。因此我们将排水管网数据模型构建成基于多气根榕树结构的数据模型。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于多气根榕树结构的排水管网数据模型构建方法，解决了地理信息系统对整个排水数据集合提出的对象唯一性要求、标识具备可读性（通过编号直接读取某些信息）要求以及主干管/支干管快速区分的要求。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于多气根榕树结构的排水管网数
据模型构建方法，将城市排水管网设施分为管点和管线，形成城市排水管网数据，城市排水管网数据的结构是一个单主根的树结构或多气根榕树结构，从单主根的树结构或多气根榕树结构中选取一条最长的链设为枢轴链，沿枢轴链逆水流顺序划分子树集合，每个子树集合仅包括一个枢轴管点，根据枢轴链逆水流顺序对子树进行定序建模，即可快速完成整个城市排水管网数据模型的构建。该方法具体实现如下：s01、从任意管点出发，按终点到起点的水流逆流循序将所有管点搜索集合，如果管点在城市排水管网的任一管线上均非终点，则标记为叶子管点，如果管点在城市排水管网的任一管线上均非起点，则标记为根管点，其他管点为径管点，并为每个对应的管点赋值，一个管网只有一个根管点的是单主根树结构，有多个根管点的是多气根榕树结构；s02、从单主根的树结构或多气根榕树结构中选取一条最长的链设为枢轴链子树，枢轴链子树规则为：对于单主根的树结构或多气根榕树结构中的任一管点，选取以该管点为初始管点的子树结构，对子树结构中子管点及级联子管点的数量进行累加并标注为上游管点数，以累加结果作为初始管点的权重，同时记录初始管点的入口管数和出口管数；枢轴链子树上的根管点，即主根管点，若为多气根榕树结构，则多气根榕树结构中有其他根管点，即气根管点；s03、从主根管点沿枢轴链子树排序，划分主根树子树集合，枢轴链子树标记为主干管，其他子树标记为支干管，每个支干管仅包含一个枢轴链子树上的管点即枢轴管点；s04、根据枢轴链子树逆流循序对主根树子树进行定序建模：对枢轴链子树按从根管点到叶子管点水流逆向顺序进行排号建立数据模型，实现编号的有向递增，即从出水口到排水户依次递增；枢轴链子树完成定序建模后，对主根树其他子树定序建模；s05、所有主根树子树定序建模完成后，有气根管点的划分气根树子树集合，并对气根树子树进行定序建模，在主根树子树定序建模中已经建模的管点不参与气根树子树的建模。
7.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明将城市排水管网设施通过多气根榕树结构进行定序建模，将城市排水系统划分为一个个独立的子排水系统,每个子排水系统独立进行建模,先将管点分类为根管点、径管点和叶子管点；再通过枢轴链确定主根管点、气根管点，划分管网的主干和支干，同时记录每个管点的入水管数、出水管数以及上游的管点数；然后根据水流逆向顺序逐步建立主干枢轴链模型、支干枢轴链子模型、气根链模型。
8.本发明优点如下：1、通过多气根榕树结构数据定序建模，为管网数据的获取、加工、建库、更新以及基于管网数据上的城市治理等信息化应用奠定了坚实的基础。解决了地理信息系统对整个排水数据集合提出的对象唯一性要求、标识具备可读性（通过编号直接读取某些信息）要求以及主干管/支干管快速区分的要求。
9.2、将管点的编号、主干管/支干管信息、管点的入水管数、出水管数以及上游的管点数等信息增加到井盖铭牌上增强了管网巡查过程中井盖的辨识度，集成于专题数据库中，提高了数据库的可扩展性以及使用效率。
10.3、通过排水数据集合中的任意一个管井的铭牌都可以快速的找下游对应的排水口、上游关联的所有排水户以及上下游所有的支管汇入点，同时可以快速计算出井到排水
口或排水户的管段（两井之间为一段）数量，为防涝减灾、应急救援提供数据支撑。
附图说明
11.图1为本发明方法步骤流程图。
12.图2为确定树结构示意图。
13.图3为选取枢轴链示意图。
14.图4为划分子树集合示意图。
15.图5为枢轴链定序建模示意图。
16.图6为子树定序建模示意图。
17.图7为气根定序建模示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
19.本发明一种基于多气根榕树结构的排水管网数据模型构建方法，将城市排水管网设施分为管点和管线，形成城市排水管网数据，城市排水管网数据的结构是一个单主根的树结构或多气根榕树结构，从单主根的树结构或多气根榕树结构中选取一条最长的链设为枢轴链，沿枢轴链逆水流顺序划分子树集合，每个子树集合仅包括一个枢轴管点，根据枢轴链逆水流顺序对子树进行定序建模，即可快速完成整个城市排水管网数据模型的构建，本发明方法流程图如图1所示，具体步骤如下：s01、如图2所示，从出水口管点或任意管点出发，按终点、起点的水流逆流循序将所有管点搜索集合，如果管点没有作为终点在城市排水管网上，即标记为叶子管点，如果管点没有作为起点在城市排水管网上，即标记为根管点，其他管点为径管点，一个管网只有一个根管点的是单主根树结构，有多个根管点的是多气根榕树结构。
20.通过此方法获得的集合称之为子排水系统（小流域），对子排水系统进行命名，赋值给集合内所有的对象，则集合内每个对象拥有对应子排水系统属性；并且将管点划分为根管点、叶子管点，径管点，为每个对应的管点赋值，叶子管点为排水户，根管点为排水口，为实现海量排水管网数据集合中的排水最终汇集点（排水出口）以及排水入管起点（排水户）的快速标记与定位提供索引。
21.s02、如图3所示，从该树图结构中选取一条最长链的设为枢轴链，枢轴链子树规则包括：对于该树图结构中的任一管点，选取以该管点为初始管点的子树结构，对该子树结构中子管点及级联子管点的数量进行累加并标注为上游管点数，以累加结果作为该管点的权重，同时记录该管点的入口管数和出口管数。枢轴链上的根管点，是该管网的主根管点，若有其他根管点，即为气根管点。
22.一个子排水系统拥有多个排水出口是客观存在的普遍现象，传统的排水管网数学模型基本为理想模型，即一个子排水系统只拥有一个排水出口，难以解决现实问题。通过枢轴链可以将排水出口的主次的自动区分，即上游排水井数量多（权重大）的为主排水口（主根），上游排水井数量少的为次排水口（气根），为数据分析提供模型基础。
23.s03、如图4所示，从主根管点沿枢轴链排序，划分子树集合，枢轴链标记为主干管，其他子树标记为支干管，每个支干管仅包括一个枢轴管点，根据枢轴链逆流循序对子树进
行定序建模。这样即可快速区分主干管与支管，在应急救援、防水排涝以及规划设计等诸多方面举足轻重的作用，在数据分析时，可依据该标记快速提取或关闭指定的数据，从而解决了海量排水管网数据集合中各独立排水系统的主干管与支管难以自动区分的问题。
24.s04、如图5所示，根据树图结构模型，对枢轴链按从根管点到叶子管点水流逆向顺序进行排号建立数据模型，实现了编号的有向递增（从出水口到排水户依次递增）。
25.s05、如图6所示，根据树图结构模型，枢轴链子树排号初始是该管网已经排号的最大号，排号的定序类似枢轴链、枢轴链子树排号顺序。
26.s06、如图7所示，主根树数据模型建立完成后，有气根的继续进行定序建模，已经建模的管点不参与气根树子树的建模，排号的初始是该管网已经排号的最大号。
27.以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。