基于三维动态可视化排水管网模拟和结果分析方法及装置与流程

本发明涉及一种排水领域数字化技术，尤其是涉及一种基于三维动态可视化排水管网模拟和结果分析方法及装置。

背景技术：

排水管网模型是用数值计算的方式，模拟和预测排水管网系统的运行状态，模拟排水系统的运行状态，被广泛应用于地下排水系统的规划、设计、分析和改造过程中。目前应用较多的排水管网模型软件包括swmm、infoworkscs、mikeurban等，其中swmm模型是美国环境保护署开发的暴雨径流管理模型，在世界范围内得到了广泛应用。

swmm模型仍存在一些缺陷。例如，swmm模型中的排水管网对象表达方式为点、线、面的二维平面类型，不能使分析者对研究对象有立体性认识和理解。并且由于排水管网系统分布错综复杂，存在混接、错接等现象，二维平面的表达方式无法表现其空间上的相关信息，使分析者缺乏对空间有效信息的理解和利用。

swmm模型虽然可以在视图中添加研究对象所处的地理位置图，但是由于不能与dem数据相耦合，无法真实表现研究对象所处于的地理环境，使分析者缺乏对研究对象空间上的认识和理解，影响决策效率。

swmm模型在进行结果可视化时，只能以多视图的方式对于多指标进行同时分析，会使分析者在视觉上产生困扰，无法获取多指标之间的相互关系。并且在对管道水位进行剖面分析时，需要对选取起始点，如果两者无法连通，将不能进行显示分析，造成决策效率的降低，不能以系统性的方式对研究对象进行分析。

swmm模型在工程文件关闭时，无法对结果数据进行存储，在进行下一次结果分析时，需要再次进行模拟，数据管理功能较差。

swmm模型在进行方案比较时，需要同时打开两个工程文件，会造成方案比较时间上的不同步，并且方法较为笨拙，无法给分析者在空间上的立体性认识，造成大量有用信息无法提取。

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三维动态可视化排水管网模拟和结果分析方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于三维动态可视化排水管网模拟和结果分析方法，包括：

步骤s1：在三维环境下创建应用于swmm的输入文件；

步骤s2：调用swmm的计算模块在三维环境下进行模拟，得到swmm模型输出的结果文件；

步骤s3：对结果文件进行解析，并存入数据库中；

步骤s4：提取模拟结果数据，在对应的三维管道和管点位置，对数据进行时间和空间上的三维动态可视化分析，并输出分析结果。

所述步骤s1具体为：在三维环境下，接收在各对象的地理位置处输入的该对象的的信息，创建后缀名为.inp格式的swmm的输入文件。

所述结果文件为后缀名为.out格式的二进制文件。

所述步骤s3具体包括：

步骤s31：使用getswmmresult方法对结果文件中管道元素、管点元素和汇水区元素的时间序列数据进行解析；

步骤s32：将解析得到的结果存入数据库中。

所述步骤s4具体包括：

根据数据库中存储的属性信息，以及模型结果信息，从数据库中进行调用管道、管点的水位、水质数据，并在对应管道、管点内动态显示；

根据管道内水体流向以三维箭头的形式在管道内进行显示；

实时读取鼠标所指向的管网对象的属性数据和模拟结果时间序列数据，并在该对象位置处以图表的形式进行显示；

通过选择不同的水质标准，当管网中水质满足该标准时，在三维场景中以水面颜色高亮显示进行提醒，获取各个对象在特定时间的水质情况，并形成满足各水质标准的管道和管点的空间分布情况。

一种基于三维动态可视化技术的排水管网模拟和结果分析装置，包括存储器、处理器，以及存储在存储器中并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

步骤s1：在三维环境下创建应用于swmm的输入文件；

步骤s2：调用swmm的计算模块在三维环境下进行模拟，得到swmm模型输出的结果文件；

步骤s3：对结果文件进行解析，并存入数据库中；

步骤s4：提取模拟结果数据，在对应的三维管道和管点位置，对数据进行时间和空间上的三维动态可视化分析，并输出分析结果。

所述步骤s1具体为：在三维环境下，接收在各对象的地理位置处输入的该对象的的信息，创建后缀名为.inp格式的swmm的输入文件。

所述结果文件为后缀名为.out格式的二进制文件。

所述步骤s3具体包括：

步骤s31：使用getswmmresult方法对结果文件中管道元素、管点元素和汇水区元素的时间序列数据进行解析；

步骤s32：将解析得到的结果存入数据库中。

所述步骤s4具体包括：

根据管网对象的标识符，，从数据库中调用管道、管点的水位、水质数据，并在对应管道、管点内动态显示；

根据管道内水体流向，以三维箭头的形式在管道内进行显示；

实时读取鼠标所指向的管网对象的属性数据和模拟结果时间序列数据，并在该对象位置处以图表的形式进行显示；

通过选择不同的水质标准，当管网中水质满足该标准时，在三维场景中以水面颜色高亮显示进行提醒，获取各个对象在特定时间的水质情况，并形成满足各水质标准的管道和管点的空间分布情况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)实现了三维空间漫游功能，包括平移、旋转、缩放等；可以通过鼠标点击，任意的在三维场景进行空间漫游。

2)实现了三维空间距离测量功能，能够测量管道与周围管道、建筑物和设施之间的水平和垂直间距。

3)通过改变地形透明度，能够精确获取地上建筑物对应的地下排水管网的情况。

4)通过调用swmm的dll文件，实现三维环境下输入文件的编辑、模拟以及结果数据的提取、存储。

5)通过选择管道、管点的水位、水质指标，从数据库中进行数据调用，实现了在三维管道、管点中进行数据的三维动态可视化分析，对各个对象的水位、水质情况有直观立体系统性理解，快速识别受影响较大的管道和管点，有效提高分析效率。

6)通过与地上三维建筑结合，可以直观获取每个建筑物下对应的管道、管点的水位和水质变化情况。当管点发生溢流时，管点和受影响建筑物以高亮形式进行显示。对于建筑物下的管点何时发生溢流，以及受影响的建筑物情况有立体空间上的理解和认识。

7)通过在三维场景内采用多视图模式进行不同模型方案的比较，可以对2～6个方案进行同步或异步可视化分析。使不同方案之间的数据结果解析，更加真实轻便全面，能够以系统性的角度分析不同方案各个对象之间的数据差别。可以根据不同类型模拟结果的空间分布情况，以系统性的方式采取有针对性的管网改造措施，从而能够在基于更加全面可靠的数据信息的前提下，提供决策支持。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的结构示意图。

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。

近年来，随着计算机软硬件的发展，三维可视化技术逐渐应用于许多领域。在排水管网方面，目前，三维可视化多用于对管网的走向、属性信息等进行展示，对分析者提供的信息依然相对较少，与排水管网模型的结合尚没有，对于数据的耦合和解析能力有限。由于排水管网模拟输入数据和结果中存在着大量多种类型的多源异构数据，并且随着环境监测和治理技术的发展，模型数据将会继续增加，因此，本申请就是将三维可视化技术与排水管网模型进行结合，建立了一种基于swmm模型模拟排水管网实现三维可视化分析的方法，实现了在真实的管网三维实体中，进行模型结果数据的三维动态可视化分析，以及由溢流造成影响的地面三维建筑信息的获取。并且通过对不同降雨重现期下的模型结果，进行三维动态可视化对比分析，可以直观比较各管道和管点各个时刻水位和水质的不同，以及满足各个水质标准的管道和管点、满管流管道，以及由于管点溢流造成影响的建筑物的空间分布情况，从而对模拟数据有空间立体性理解，快速有效提取有效数据信息，以系统性的方式进行有针对性的管网改造。为解决水环境领域存在的大量多源异构数据堆积、耦合和解析问题，促进二维数据分析方式向三维方向发展，提高排水管网管理和决策支持效率，提供了一种可行性理论和方法。

具体的，一种基于三维动态可视化排水管网模拟和结果分析方法，如图1和图2所示，包括：

步骤s1：在三维环境下，获取在各对象的地理位置处输入的该对象的的信息，创建后缀名为.inp格式的swmm的输入文件；

对于软件的操作部分而言，即点击排水管网对象，在该对象地理位置处获取输入文件中该对象的信息，分析者可以对其进行修改保存，实现模拟输入文件在三维场景下的编辑保存。

步骤s2：调用swmm的计算模块在三维环境下进行模拟，得到swmm模型输出的结果文件，该结果文件为后缀名为.out格式的二进制文件；

步骤s3：调用swmmdll文件，使用其中的getswmmresult方法，对结果文件中对结果文件中管道元素、管点元素和汇水区元素的时间序列数据进行解析。该方法的主要原理是首先根据三种元素类型分别指定不同的类型代码，然后在类型代码的基础上，对每种元素内的对象指定标识符，最后根据类型代码和标识符，提取模型结果的时间序列数据。同时，将数据存入数据库中，以便后期调用；

步骤s4：提取模拟结果数据，在对应的三维管道和管点位置，对数据进行时间和空间上的三维动态可视化分析，并输出分析结果，步骤s4具体包括：根据管网对象的标识符，从数据库中调用管道、管点的水位、水质数据，在对应管道、管点内进行数据的三维动态可视化；管道内水体流向以三维箭头的形式在管道内进行显示；在此基础上，可以实时显示选取的特定管网对象的属性数据和模拟结果时间序列数据，并在该对象位置处以图表的形式进行表示。可以以系统分析的角度，分析不同管道、管点的水位、水质变化情况，获取不同降雨情况下，影响较为严重的管网对象；通过选择不同的水质标准，当管网中水质满足该标准时，在三维场景中以水面颜色高亮显示进行提醒，快速获取各个对象在特定时间的水质情况；同时可以形成满足各水质标准的管道的和管点空间分布情况；对数据可视化的速度快慢同样可以通过改变系统中协同程序的调用时间间隔进行设置，并且可以进行快进、后退等辅助操作。

以巢湖市排水管网为例，以芝加哥雨型，分别设计2种不同降雨重现期的降雨数据，包括1a和3a，降雨历时均采用2小时为例，可以很简便直观的获取不同降雨重现期下排水管网各个时刻的数据变化情况，并且可以结合地上三维建筑模型，获取由于管点溢流造成影响的建筑物，进行不同降雨重现期管网情况的对比分析，从而实现多源异构数据的耦合和解析，而不用通过对大量堆积的数据进行分析，对于数据的解析更加轻便。