本发明属于燃气管道管理,具体为一种城镇燃气管道网格化最小管理单元划分方法。
背景技术:
1、由于城市体建设及分布的复杂性,城镇燃气管道作为联通体,一般具有复杂的网状拓扑逻辑结构;
2、在城镇燃气管道日常运行管理及风险控制过程中,进行各类日常检测(如阴保电位检测)、维护、检修、评价(如完整性评价)、风险评估及其它管理维护类工作时,通常需要以小范围内的燃气管道集合作为管理及业务执行单元,因此需要明确划分管理单元,便于各类数据在时间维度上的累积、在空间维度上的叠加,以及数据综合分析;同时也方便日常管理及职责明确、业务归口;城镇燃气管道日常运行管理中,网格化划分最小管理单元是精细化管理的必由之路。
3、目前的划分方式主要是依赖于人工,主要为两种主要方式,一是人工现场走访记录或凭个人经验及记忆,在早期管道建设时,以命名的相关性进行划分,一方面若有建设gis系统,而且有地图与管道中心线叠加的情况下,采用人工的方式逐条管道确认;
4、目前的划分依赖于人工在地图上逐项查看,确认,甚至现场踏勘,工作量巨大,成本高,划分效率低下,耗时长,随意性比较大,不可控因素较多;在街道、行政区划、管网拓扑逻辑动态变更时,无法及时响应变更。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种城镇燃气管道网格化最小管理单元划分方法,以解决背景技术中提出的现有技术中,依赖于人工在地图上逐项查看,确认,甚至现场踏勘,工作量巨大,成本高,划分效率低下,耗时长,随意性比较大,不可控因素较多的问题。
2、为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
3、一种城镇燃气管道网格化最小管理单元划分方法,包括以下步骤:
4、步骤s1,获取目标城市关键结构数据;结构数据包含道路数据、小区数据以及公建单位数据:其中,道路数据为如下映射的集合 ;小区数据为如下映射的集合 公建单位数据为如下映射的集合;
5、步骤s2,获取目标管网数据;管网数据为如下映射的集合;
6、步骤s3,对步骤s1、步骤s2中获取的数据进行坐标系及加密偏移方式的统一;
7、步骤s4,数据预处理,对管网数据进行剪枝操作;
8、步骤s5,对道路数据进行剪枝操作;
9、步骤s6,对管网数据中的每一条管道,进行如下计算,确定其管理单元划分;
10、步骤s601,如果一条管道内的每一条线的平面边界盒子,均包含于某个小区的封闭多边形范围内,则将该条管道直接划分为该小区管理单元;
11、步骤s602,如果一条管道内的每一条线的平面边界盒子,均包含于某个公建单位的封闭多边形范围内,则直接划分为公建单位管理单元;
12、步骤s603,如果一条管道的每一条线,均包含于某个小区的封闭多边形范围内,则直接划分为该小区管理单元;
13、步骤s604,如果一条管道的每一条线,均包含于某个公建单位的封闭多边形范围内,则直接划分为公建单位管理单元;
14、步骤s605,对管网数据内的每一条线,遍历计算其与目标城市内所有结构单元的位置关系,算法如下:
15、步骤n1,对选取管道线进行判断,如果选取的管道线的平面边界盒子与所取道路的平面边界盒子不相交,则忽略该条道路,转入下一个城市结构单元的相关性计算;
16、步骤n2,如果选取的管道线的平面边界盒子与所取小区封闭多边形边界线的平面边界盒子不相交,则忽略该小区,转入下一个城市结构单元的相关性计算;
17、步骤n3,如果选取的管道线的平面边界盒子与所取公建单位边界线的平面边界盒子不相交,则忽略该公建单位,转入下一个城市结构单元的相关性计算;
18、步骤n4,分别计算选取的管道线与城市结构单元内每一条线之间的相似性,并取计算所得最小值作为该管道线与该城市结构单元的整体相似度;
19、步骤n5,遍历计算所有城市结构单元,取相似度计算值最小的城市结构单元,若计算所得相似度值满足阈值要求,该城市结构单元作为该管道的网格化划分结果;
20、步骤s606,重复步骤s601至步骤s605,直到完成所有管道的计算。
21、根据上述技术方案,步骤s4中,管网剪枝具体包括以下步骤:
22、步骤a1,找出满足如下条件的线:
23、
24、步骤a2,对末端线集合中的每一条线,按如下步骤计算其最大可邻接长度:
25、步骤a201,取末端线集合中的一条线,初始化;
26、步骤a202,取,计算;
27、步骤a203,重复步骤a202,直至,停止计算,当前所得到的即为的最大可邻接长度;
28、步骤sa3,根据步骤a2中计算得到的末端线集合中每一条线的最大可邻接长度;比较计算得到的所有最大可邻接长度,取其中最大可邻接长度值最大的末端线,再与其邻接关系链中所有线组成有向无环图dag,即认为是完成剪枝后与原始管网等效的结果管网。
29、根据上述技术方案,步骤s5中,道路剪枝具体包括以下步骤:
30、步骤b1,从道路r中任意抽取两条线,计算其相似度,并计算平均相似度:
31、
32、步骤b2,若平均相似度大于阈值要求,退回步骤b1,更换两条线重新进行尝试:若平均相似度小于或等于阈值要求,从道路r中去除更短的线;
33、步骤b3,重复步骤b1和b2,直至道路r中所有线之间的平均相似度大于阈值要求,完成道路剪枝。
34、根据上述技术方案,步骤n5中,线与线之间的相似性计算具体为:线与线之间的相似性度量为:
35、
36、其中,为度量空间,,为定义在度量空间内的曲线,为线,之间的相似性度量值,为线,之间的距离度量值,为线,之间的方向一致性度量值,为距离度量的权重因子,,为方向一致性度量的权重因子,。
37、根据上述技术方案,距离度量值计算方法具体为:
38、
39、
40、其中,为重参数化自由参数,,分别为定义在上的连续非减满射,分别为线在原始度量空间内的表达函数,为的交点,沿垂直于的方向,分别做如下两条封闭连线:自向,自向,通过设置两条封闭连线,确保构成封闭多边形。
41、根据上述技术方案,方向一致性度量值计算方法为:
42、
43、其中,为重参数化自由参数,,分别为定义在上的连续非减满射,分别为线在原始度量空间内的表达函数。
44、根据上述技术方案,道路的定义具体为:
45、设有线的集合:
46、
47、其中,;
48、道路定义为满足如下条件的集合:
49、对中的任意两条线,有点集,满足。
50、根据上述技术方案,管网的定义具体为:
51、设有线的集合:
52、
53、其中,;
54、管网,定义为一种运算系统,该系统基于同时满足如下条件的集合构建的特殊有向无环图dag,并在所构建的dag上定义邻接关系逻辑运算,具体包括以下步骤:
55、步骤c1,对中的任意两条线有点集,满足。
56、步骤c2,中的所有线元素具有方向性,且保持拓扑逻辑方向一致,即对n中的任意两条线都有:
57、;
58、;
59、有点集;
60、若,则应存在或者;
61、步骤c3,在所构建的dag上定义的邻接关系逻辑运算关系:
62、
63、该逻辑关系运算符标识dag上任一条边存在最多一条沿所定义方向上的邻接边,其中,为的上一条边,由于会存在部分边无上一条邻接边,此处定义为空集。
64、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
65、本发明的方法从数据获取及输入、计算、结果输出实现全流程算法处理,全自动划分,划分效率高,人工工作量极小;在本发明中既考虑了几何形状之间的空间距离,也考虑了几何形状之间的趋势一致性信息,统一定义了线相似性指标,有效而准确的衡量城镇燃气管道与城市结构单元之间的相关性;本发明基于有向无环图的可达性计算,为管网的剪枝、线段群之间的相关性计算提供有力支持;
66、本发明采用的管网融合与剪枝、道路剪枝算法,去除管网及道路中的等效冗余,有效避免过拟合计算,提升算法运行效率;基于边界盒子的快速计算过滤方式,大幅度降低计算量,有效提升自动化划分效率;完全基于地理位置信息的计算,不受任何行政区划信息、街道信息的变化影响,提供大时间跨度下持续一致的划分结果。
67、本发明中各项算法均紧密结合业务实际要求,提供精准可靠的划分结果;不受人工干扰的影响,无人工划分的随意性,提供鲁棒性良好的划分结果;并且,本发明完全基于地理坐标系统和纯代数算法,可扩展到其它任何包含地理坐标位置的城市结构相关性计算中,不局限于道路、小区及公建单位。