基于排水模型的城市排水系统拓扑关系问题标识与修正法的制作方法

本发明涉及计算机辅助设计技术领域，特别涉及基于排水模型的城市排水系统拓扑关系问题标识与修正法。

背景技术：

在全球极端天气加剧以及我国城市化水平不断提升的大背景下，城市排水系统面临前所未有的挑战。采用数字排水模型是目前国内外普遍采用的技术手段。我国从本世纪初期开始探索实践，逐步发展到目前大部分大中城市均建立了一定规模的城市排水模型，未来排水行业将会存在越来越多的排水模型建立需求。

构建排水数学模型需要用到大量的、拓扑关系完整的排水管网gis数据作为模型建模的基础资料，但是现阶段绝大多数排水基础gis资料的数据质量存在大量拓扑连接性问题，与数字模型要求相差过大。常见问题有管道坡度异常、下游管径小于上游管径、在非河道处存在管道倒虹、管道缺失出水口、检查井地面高程缺失等。

而目前对于管道异常拓扑数据的处理，多采用人工在模型软件/gis地理信息系统中进行逐一判断识别、进行修改，但是这种方法存在以下缺陷：

1、由于城市管网管道数量极大，导致每次排水模型建模工程师都要花费大量的时间与精力来进行基础拓扑资料的识别与处理工作，极大的影响了排水模型的建模效率。

2、由于没有确定的统一的拓扑异常判断标准，不同工程师在人工进行拓扑检查时的最终结果不一致。

3、人工判断存在一定量的错判与漏判，且后期难以确认哪些数据是原始数据，哪些是人工修改的。

因此，如何对于排水系统拓扑常见问题进行批量的识别与处理，实现排水模型拓扑关系的自动化修正成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供基于排水模型的城市排水系统拓扑关系问题标识与修正法，实现的目的是既提高了基础数据拓扑检查效率，又保证了排水模型的数据质量，从而有效提高了构建排水模型的最终质量

为实现上述目的，本发明公开了基于排水模型的城市排水系统拓扑关系问题标识与修正法；步骤如下：

步骤1、对已有的排水系统gis数据进行筛选，找出存疑数据和缺失数据；

其中，所述存疑数据包括存在管道道破问题的数据、存在管道疑似倒虹的数据、存在大管接小管的数据和存在管道标高存疑的数据；

所述缺失数据包括检查井地面高程缺失的数据、管道管径标高信息缺失的数据和管道缺失出水口的数据；

步骤2、对所有所述存疑数据标进行标识；

步骤3、对所有所述缺失数据进行赋值和标识；

步骤4、对已有的所述排水系统gis数据进行更新；

步骤5、导出更新后的所述排水系统gis数据。

优选的，所述存在管道道破问题的数据的筛选步骤如下：

步骤a1、通过工程设计的合理性判断，确定倒坡坡段的标准；

步骤a2、在infoworksicm模型软件中打开sql编辑器，在对象类型中选择conduit管渠，字段类型选择gradient坡度，写入判断条件gradient坡度>＝设定值，即为负数，同时在用户备注说明字段设置matches匹配布尔判断搜索，判断其不为已核实的倒坡管；当满足全部条件时，则相应数据为所述存在管道道破问题的数据。

优选的，所述存在管道疑似倒虹的数据的筛选步骤如下：

步骤b1、将获得的水系gis文件，通过infoworksicm模型软件的gis层控制加载到infoworksicm的管网数据模型中

步骤b2、在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型分别选择us.links上游连接字段和ds.links下游连接字段，写入判断条件(min(us_links.ds_invert)连接点的最低上游连接管道的管底标高-(us_invert+conduit_height/1000))该段管道的上游管顶标高>＝0and(min(ds_links.us_invert)连接点的最低下游连接管道的管底标高-(ds_invert+conduit_height/1000))该段管道的下游管顶标高>＝0以判断其是否为倒虹；同时在用户备注说明字段进行一个matches匹配布尔判断搜索，判断其不为已核实的倒虹管；通过sql中的空间搜索功能，选择cross交叉搜索类型，判断该段管道不与水系gis数据存在交叉；当满足全部条件时，则相应数据为所述存在管道疑似倒虹的数据。

优选的，所述存在大管接小管的数据的筛选步骤如下：

c1、在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型分别选择us.links上游连接字段和ds.links下游连接字段，写入判断条件conduit_height该段管道高度>max(ds_links.conduit_height)下游连接管道的最大管道高度以判断其是否为大管接小管；同时对管道的用户备注说明字段进行一个matches匹配布尔判断搜索，判断其不为已核实的大管接小管；当满足全部条件时，则相应数据为所述存在大管接小管的数据。

优选的，所述存在管道标高存疑的数据的筛选步骤如下：

d1、在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型分别选择<normal>默认字段、us.links上游连接字段和ds.links下游连接字段，写入判断条件us_invert管道上游底高程字段-us_links.ds_invert上游连接管道的下游底高程字段>＝conduit_height管道高度字段/1000andds_invert管道下游底高程-ds_links.us_invert下游连接管道的上游底高程>＝conduit_height管道高度字段/1000andds_node.node_type下游节点的节点类型字段不等于"outfall"；当满足全部条件时，则相应数据为所述存在管道标高存疑的数据。

优选的，在所述步骤2中，对于所述存在管道道破问题的数据，在相应的用户备注进行标识，所述标识为“倒坡存疑”；

对于所述存在管道疑似倒虹的数据，在相应的用户备注进行标识，所述标识为“倒虹存疑”；

对于所述存在大管接小管的数据，在相应的用户备注进行标识，所述标识为“大管接小管”；

对于所述存在管道标高存疑的数据，在相应的用户备注进行标识，所述标识为“管道标高存疑”。

优选的，在所述步骤3中，对于所述检查井地面高程缺失的数据的赋值方法如下：

对于已有dem地面模型的项目，根据dem地面高程数据进行赋值，具体为，将dem地形文件加载进入infoworksicm中，使用软件自带的赋值功能，只勾选通过dem地形来进行地面高程的赋值；该种方法适合

对于10个以下检查井地面高程缺失的情况，根据临近的检查井的地面高程赋值，具体为，在sql的对象类型中选择node节点，字段类型分别选择normal字段，写入条件为set设置检查井的地面高程ground_level等于最近一个检查井的地面高程

对于超过10个检查井地面高程缺失的情况，根据连接管道的上下游底高程叠加覆土厚度赋值，具体为，在sql的对象类型中选择node节点，字段类型分别选择us_links字段，写入条件为设置检查井的地面高程ground_level等于该节点上游管道的管顶高程叠加覆土厚度。

更优选的，所述覆土厚度为0.7m。

优选的，在所述步骤3中，对于所述管道管径标高信息缺失的数据的赋值方法如下：

针对管道管径、上下游底高程缺失的管道，在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型选择<normal>默认字段，赋值条件为：set设置字段conduit_height管道高度字段＝max(us_links.conduit_height)上游连接管道的管道高度最大值字段；

set设置字段conduit_width管道高度字段＝max(us_links.conduit_width)上游连接管道的管道高度最大值字段；

set设置字段us_invert管道上游底高程字段＝max(us_links.conduit_height)上游连接管道的管道高度最大值字段/1000+min(us_links.ds_invert)上游连接管道的管道底高程最小值字段-conduit_height管道高度字段/1000；

set设置字段ds_invert管道下游底高程字段＝us_invert管道上游底高程字段-conduit_length管道长度字段*0.001whereconduit_width管道宽度字段>＝800；

set设置字段ds_invert管道下游底高程字段＝us_invert管道上游底高程字段-conduit_length管道长度字段*0.002whereconduit_width管道宽度字段<800；

针对管道上下游底高程均为0的管道，在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型选择<normal>默认字段，写入判断条件us_invert管道上游底高程字段＝0ords_invert管道下游底高程字段不等于0；

如果满足以上条件就set设置user_text_10用户备注10字段＝“管道标高数据缺失”，同时对管道的用户备注说明字段进行一个matches匹配布尔判断搜索，将已经核实的管道标高数据缺失的的管道标识出来；

将已经核实的管道标高数据缺失的解释说明通过set设置user_text_9用户备注9字段＝user_text_4用户备注4字段whereuser_text_10用户备注10字段＝"管道标高数据缺失”。

优选的，在所述步骤3中，所述管道缺失出水口的数据的赋值法如下：

将获得的水系gis文件，通过infoworksicm的gis层控制加载到infoworksicm的管网数据模型中，在sql的对象类型中选择node节点字段，字段类型选择<normal>默认字段，在空间搜素中选择搜素类型为nearest就近搜素字段，距离选择100m，图层类型选择gislayer，写入判断设置条件set设置字段node_type节点类型字段＝"outfall"wherespatial.name空间搜素图层的名字字段<>null"；

将所有靠近水体的nodetype节点类型字段设置为“outfall”，再进一步将非管道末端的nodetype节点类型重新设置为“manhole”，通过新建sql，对象类型选择conduit管渠，字段类型选择us_node，写入判断条件：set设置字段us_node.node_type上游节点的节点类型字段＝"manhole"。

本发明的有益效果：

本发明的应用可以在短时间内完成不同尺度的排水系统的异常拓扑数据标识以及缺失数据的自动赋值工作，进而可以快速建立可运行的拓扑模型网络。

本发明对于所有通过自动赋值更新的数据都会新增一个数据标签，用以和原始数据进行区别，通过模型导出的带有标签的gis数据可以用于更新原始的排水系统gis数据。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例的流程图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，基于排水模型的城市排水系统拓扑关系问题标识与修正法；步骤如下：

步骤1、对已有的排水系统gis数据进行筛选，找出存疑数据和缺失数据；

其中，存疑数据包括存在管道道破问题的数据、存在管道疑似倒虹的数据、存在大管接小管的数据和存在管道标高存疑的数据；

缺失数据包括检查井地面高程缺失的数据、管道管径标高信息缺失的数据和管道缺失出水口的数据；

步骤2、对所有存疑数据标进行标识；

步骤3、对所有缺失数据进行赋值和标识；

步骤4、对已有的排水系统gis数据进行更新；

步骤5、导出更新后的排水系统gis数据。

本发明的原理如下：

将排水系统拓扑数据中常见的异常数据通过大数据分析叠加工程师思维进行异常数据归类，并针对每种异常数据提出关键指标，通过sql程序编写的代码来针对这些异常数据进行批量的标识工作。此外，对于缺失数据，本方法允许工程师在标识的基础上，针对每种类型的缺失数据根据原始实际情况，选择最适合的方法进行缺失数据的自动批量赋值。对于这些自动赋值的字段，本方法将通过新增标签将其与原始数据进行区别。通过此种方法，一是可以让工程师快速建立起排水模型的拓扑关系，二是可以将经过处理的排水模型的拓扑数据导出至gis信息系统，用于更新原始的排水系统gis数据。

在某些实施例中，存在管道道破问题的数据的筛选步骤如下：

步骤a1、通过工程设计的合理性判断，确定倒坡坡段的标准；

步骤a2、在infoworksicm模型软件中打开sql编辑器，在对象类型中选择conduit管渠，字段类型选择gradient坡度，写入判断条件gradient坡度>＝设定值，即为负数，同时在用户备注说明字段设置matches匹配布尔判断搜索，判断其不为已核实的倒坡管；当满足全部条件时，则相应数据为存在管道道破问题的数据。

在实际应用中，在排水工程设计正常情况下都是采用重力流排水，即上游管道标高高于下游管道标高，也就是水力坡度i大于0，但在实际施工过程中，因历史问题或工程设计考虑，会真实存在倒坡，也或因测量过程中的失误导致的。因此在排水模型搭建过程中如何把倒坡的管道在海量的数据中标识出来且把现状已核实过的倒坡点信息排除，以便后续项目对存疑管网数据进行进一步核实，就显得尤为重要。

在某些实施例中，存在管道疑似倒虹的数据的筛选步骤如下：

步骤b1、将获得的水系gis文件，通过infoworksicm模型软件的gis层控制加载到infoworksicm的管网数据模型中

步骤b2、在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型分别选择us.links上游连接字段和ds.links下游连接字段，写入判断条件(min(us_links.ds_invert)连接点的最低上游连接管道的管底标高-(us_invert+conduit_height/1000))该段管道的上游管顶标高>＝0and(min(ds_links.us_invert)连接点的最低下游连接管道的管底标高-(ds_invert+conduit_height/1000))该段管道的下游管顶标高>＝0以判断其是否为倒虹；同时在用户备注说明字段进行一个matches匹配布尔判断搜索，判断其不为已核实的倒虹管；通过sql中的空间搜索功能，选择cross交叉搜索类型，判断该段管道不与水系gis数据存在交叉；当满足全部条件时，则相应数据为存在管道疑似倒虹的数据。

在实际应用中，排水设计的一般在过河处以及管道交叉处会存在倒虹，但有时因河道水系规划的变更以及管网数据的测量更新的滞后性以及实际操作的失误，会导致获得管网数据倒虹情况与现状管网情况存在出入，因此在排水模型搭建过程中应把倒虹处的管道在海量的数据中标识出来且把过河处和已核实过的倒虹管道排除，以便后续项目对存疑管网数据进行进一步核实。

在某些实施例中，存在大管接小管的数据的筛选步骤如下：

c1、在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型分别选择us.links上游连接字段和ds.links下游连接字段，写入判断条件conduit_height该段管道高度>max(ds_links.conduit_height)下游连接管道的最大管道高度以判断其是否为大管接小管；同时对管道的用户备注说明字段进行一个matches匹配布尔判断搜索，判断其不为已核实的大管接小管；当满足全部条件时，则相应数据为存在大管接小管的数据。

在实际应用中，排水设计的一般下游管管径都是大于等于上游管管径的，但在实际情况中因测量失误或管道实际施工的种种原因，会使得我们获得的gis管网数据中存在大管径接小管径的情况。因此在排水模型搭建过程中应把大管接小管处的管道在海量的数据中标识出来且把已核实过的管道排除，以便后续项目对存疑管网数据进行进一步核实。

在某些实施例中，存在管道标高存疑的数据的筛选步骤如下：

d1、在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型分别选择<normal>默认字段、us.links上游连接字段和ds.links下游连接字段，写入判断条件us_invert管道上游底高程字段-us_links.ds_invert上游连接管道的下游底高程字段>＝conduit_height管道高度字段/1000andds_invert管道下游底高程-ds_links.us_invert下游连接管道的上游底高程>＝conduit_height管道高等于该节点上游管道的管顶高程叠加覆土厚度。

在排水系统普查中，由于工作失误，检查井被覆盖以及录入数据过程中数据出错等原因，造成了部分检查井缺少地面高程信息。缺失地面高程的检查井会导致模型无法进行一位水动力模型与二维地表模型的交互运算，因此需要批量的解决检查井地面高程缺失的问题。

在某些实施例中，覆土厚度为0.7m。

在某些实施例中，在步骤3中，对于管道管径标高信息缺失的数据的赋值方法如下：

针对管道管径、上下游底高程缺失的管道，在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型选择<normal>默认字段，赋值条件为：set设置字段conduit_height管道高度字段＝max(us_links.conduit_height)上游连接管道的管道高度最大值字段；

set设置字段conduit_width管道高度字段＝max(us_links.conduit_width)上游连接管道的管道高度最大值字段；

set设置字段us_invert管道上游底高程字段＝max(us_links.conduit_height)上游连接管道的管道高度最大值字段/1000+min(us_links.ds_invert)上游连接管道的管道底高程最小值字段-conduit_height管道高度字段/1000；

set设置字段ds_invert管道下游底高程字段＝us_invert管道上游底高程字段-conduit_length管道长度字段*0.001whereconduit_width管道宽度字段>＝800；

set设置字段ds_invert管道下游底高程字段＝us_invert管道上游底高程字段-conduit_length管道长度字段*0.002whereconduit_width管道宽度字段<800；

针对管道上下游底高程均为0的管道，在sql的对象类型中选择conduit管渠，字段类型选择<normal>默认字段，写入判断条件us_invert管道上游底高程字段＝0ords_invert管道下游底高程字段不等于0；

如果满足以上条件就set设置user_text_10用户备注10字段＝“管道标高数据缺失”，同时对管道的用户备注说明字段进行一个matches匹配布尔判度字段/1000andds_node.node_type下游节点的节点类型字段不等于"outfall"；当满足全部条件时，则相应数据为存在管道标高存疑的数据。

在实际应用中，排水设计的一般重力流排水即检查井处的上游管底标高应大于等于其下游管底标高，除出水口位置为了防止倒灌会故意把管道标高抬高。但在实际情况中因测量失误或管道实际施工的种种原因，会使得我们获得的gis管网数据中存在连接点的上游管底标高低于下游管底标高出现明显的跳跃断层现象。因此在排水模型搭建过程中应把管道标高存疑的管道在海量的数据中标识出来，以便后续项目对存疑的管道标高存疑数据进行进一步核实。

在某些实施例中，在步骤2中，对于存在管道道破问题的数据，在相应的用户备注进行标识，标识为“倒坡存疑”；

对于存在管道疑似倒虹的数据，在相应的用户备注进行标识，标识为“倒虹存疑”；

对于存在大管接小管的数据，在相应的用户备注进行标识，标识为“大管接小管”；

对于存在管道标高存疑的数据，在相应的用户备注进行标识，标识为“管道标高存疑”。

在某些实施例中，在步骤3中，对于检查井地面高程缺失的数据的赋值方法如下：

对于已有dem地面模型的项目，根据dem地面高程数据进行赋值，具体为，将dem地形文件加载进入infoworksicm中，使用软件自带的赋值功能，只勾选通过dem地形来进行地面高程的赋值；该种方法适合

对于10个以下检查井地面高程缺失的情况，根据临近的检查井的地面高程赋值，具体为，在sql的对象类型中选择node节点，字段类型分别选择normal字段，写入条件为set设置检查井的地面高程ground_level等于最近一个检查井的地面高程

对于大于10个检查井地面高程缺失的情况，根据连接管道的上下游底高程叠加覆土厚度赋值，具体为，在sql的对象类型中选择node节点，字段类型分别选择us_links字段，写入条件为设置检查井的地面高程ground_level断搜索，将已经核实的管道标高数据缺失的的管道标识出来；

将已经核实的管道标高数据缺失的解释说明通过set设置user_text_9用户备注9字段＝user_text_4用户备注4字段whereuser_text_10用户备注10字段＝"管道标高数据缺失”。

在实际情况中因测量失误、检查井被覆盖等多种原因，会使得我们获得的gis管网数据中存在一条管道管径、上下游底高程缺失的情况。以及gis管网数据中存在很多异常管道上下游高程均为0的情况。因此在排水模型搭建过程中如何通过实际工程设计规则对其中部分具有一定连接性的间断管道进行赋值连接，并补充其对应管道相关数据，以保障整个管网拓扑关系的合理性显得十分重要。

通过以上赋值条件可以对补充的连接性管道进行管径和管道标高赋值，其赋值原理为：补充管道的管径为上游连接管道的最大管径，管道上游底高程等于上游连接管道的最底管道底高程，下游管道标高根据《室外排水设计规范》中的要求对于管径大于等于dn800的采用1‰的管道坡度进行赋值，管径小于dn800的采用2‰的管道坡度进行赋值，即管道下游下游底高程＝管道上游底高程-管道长度×管道坡度。

在某些实施例中，在步骤3中，管道缺失出水口的数据的赋值法如下：

将获得的水系gis文件，通过infoworksicm的gis层控制加载到infoworksicm的管网数据模型中，在sql的对象类型中选择node节点字段，字段类型选择<normal>默认字段，在空间搜素中选择搜素类型为nearest就近搜素字段，距离选择100m，图层类型选择gislayer，写入判断设置条件set设置字段node_type节点类型字段＝"outfall"wherespatial.name空间搜素图层的名字字段<>null"；

将所有靠近水体的nodetype节点类型字段设置为“outfall”，再进一步将非管道末端的nodetype节点类型重新设置为“manhole”，通过新建sql，对象类型选择conduit管渠，字段类型选择us_node，写入判断条件：set设置字段us_node.node_type上游节点的节点类型字段＝"manhole"。

在实际应用中，gis管网数据中很多时候并没有把排口与检查井的属性字段分开，导入infoworksicm后都是以node节点表示，其nodetype节点类型为manhole检查井，而自排系统的排口都是就近接入河道，因此让自排系统的排口通过sql自动化设置可以极大减轻管网拓扑模型的检查工作。

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做出诸多修改和变化。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。