一种基于3D建模的城市管网改造系统及方法与流程

本发明涉及地面检测，具体为基一种基于3d建模的城市管网改造系统及方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断推进，城市基础设施的可持续性和安全性变得至关重要。其中，城市管道网络作为供水、排水、天然气等关键基础设施之一，面临着日益严峻的挑战。许多城市的管道系统存在老化、腐蚀、裂缝等问题，这不仅影响了管道的正常运行，当发生降雨时易发生积水引发严重的安全隐患和环境问题。

2、在城市中由于地下管道口安放的不合理性，当发生降雨时，许多非建筑地面会发生积水现象，因为非建筑地面为降雨的水流的主要流向和行人的主要运动地点，城市的地面海拔也高低不一，当某一地面的海拔均小于周围的地面海拔时极易发生地面积水，当降雨时，地面积水会使行人或车辆无法及时的判断地面情况，极易发生危险事故，并且在城市中对于排水口没有在积水点进行合理放置，导致城市中非建筑地面产生积水，无法根据积水点处的距离积水流量进行排水口的放置，因此如何改造城市地下管道口在非建筑地面积水点的放置数量，令城市在发生降雨时地面无法积水至关重要，而本发明提出的一种基于3d建模的城市管网改造系统及方法一解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于3d建模的城市管网改造系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于3d建模的城市管网改造方法，该方法包括以下步骤：

4、s1、收集历史中降雨时积水点产生的积水数据，并对收集的积水数据进行筛选；

5、利用视觉传感器对城市历史中发生降雨的地面进行记录，收集地面图存在积水的地面的水面面积并进行标记，在降雨结束地面积水消失后，利用视觉传感器对标记的地面进行深度和宽度的测量，将降雨时存在积水的地面定为积水点，最终得到降雨时积水点的积水数据，所述积水数据包括中心位置和边缘位置的高度差和距离，并将积水点中心位置和边缘位置的距离定为积水宽度；并且当降雨时视觉传感器得到的积水面积小于a，积水点积水宽度小于b时，对收集的积水数据进行舍弃，上述中a和b的值有操作人员进行输入。

6、s2、对收集的降雨时地面积水数据进行计算，得到地面积水特征；

7、在对历史中降雨发生积水时的地面高度差数据进行收集后，设积水点中心为历史中发生积水时地面距水面最大的点，积水点边缘为地面距水面最小的点，设历史数据中积水点中心和边缘的平均高度差为h_b，积水点的积水宽度为{l1、l2、l3...lm}，l1、l2、l3...lm为每个积水点中第1、2、3...m个积水宽度，m为正整数，对m个积水宽度计算平均值得到每个积水点的平均积水宽度l_p，对每个积水点中心距边缘的距离计算降雨时发生积水的地面坡度，公式为：

8、

9、公式中θ为降雨时积水点的地面坡度，计算历史中所有降雨积水点的地面坡度为{θ1、θ2、θ3...θn}，θ1、θ2、θ3...θn为第1、2、3...n处积水点的地面坡度，n为正整数；之后计算积水地面坡度的平均值，公式为：

10、

11、公式中θ_p为历史中降雨积水点的地面坡度的平均值，将地面坡度的平均值θ_p设置为城市中非建筑地面的积水特征；

12、在计算得到积水地面的积水特征后，计算检测城市非建筑地面的最小积水距离，根据上述计算得到每个积水点的平均积水宽度，在对城市中历史每个积水点均进行计算后，得到历史数据中所有的积水点的平均积水宽度，将计算得到的平均积水宽度进行排序，选择平均积水宽度最小的值为检测城市积水点的标准积水宽度l_min。

13、根据历史中降雨时发生积水的地面高度差，计算积水处的地面坡度，之后根据计算得到的地面坡度进行判断，当一处地面的周围所有方向的地面坡度均大于或等于计算得到的积水特征时，即可判断此地为积水点。

14、s3、对收集的城市非建筑地面的数据进行计算，并根据地面积水特征判断当降雨时易发生积水的积水点；

15、在对历史中降雨积水点的地面坡度进行计算并得到地面的积水特征和标准积水宽度后，利用全球定位设备和地面雷达对城市中的非建筑地面进行3d建模，根据标准积水宽度测量对城市中所有非建筑地面的高度差，对城市中非建筑地面进行判断，具体为：

16、在建立的3d模型中对待判断是否为积水点的非建筑地面，根据标准积水宽度计算地面点x与周围八个方向的距离为标准积水宽度的非建筑地面高度差，将地面点x与距离为标准积水宽度的八个方向的位置关系定为3×3的矩阵进行判断，矩阵为：

17、

18、矩阵中，h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8分别为地面点x正北、正南、正东、正西、东北、东南、西北和西南八个方向的非建筑地面的高度差，分别计算地面点x与八个方向非建筑地面的角度，公式为：

19、

20、公式中f地面点x与八个方向非建筑地面坡度，hi为地面点x与八个方向非建筑地面的高度差，i取值为1-8，最终计算得到八个地面坡度为{f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8}；

21、当{f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8}≥θ_p时，判断hx所处的非建筑地面为积水点，根据上述方法对城市中所有的非建筑地面进行遍历查找判断，得到城市非建筑地面内所有的积水点x。

22、在对非建筑地面进行判断时，需要对其周围的八个方位均进行地面坡度判断，是否大于等于积水特征，只有当八个方向的地面坡度均大于等于积水特征时，才可判断此地为积水点，当有一个方向不满足条件时，水流会从不满足的方向进行流出，不会发生积水。

23、s4、在判断得到积水点后，根据积水点的密度和气象预测对积水点发出预警，之后生成管道改造信息传输给操作人员进行管道改造。

24、在计算并判断得到城市中非建筑地面的积水点后，对积水点的位置进行判断，当判断得到的积水位于城市交通路面时，并且当得到的积水点之间的距离小于积水宽度，判断为高密度积水处，根据气象台对城市中天气的预报，当预报城市中未来一周内即将发生降雨时，对积水点发出预警，生产管道处理信息，向操作人员传输管道处理信息；

25、在工作人员接收到预警信息时，计算发出预警的积水点的积水半径r，在对非建筑地面进行积水点的排查判断时，得到一处积水点y，在超过积水宽度对此处积水点y周围八个方向的地面进行积水判断时，设判断的点为j，以判断点j为参考系，若判断得到判断点j的积水点y方向的地面坡度均小于积水特征时，得到判断点j不为积水点但在积水点y的积水半径r内，计算积水点的积水半径r，根据以上方法进行判断，若以积水点y为圆心，向外以积水宽度为周期距离进行排查，得到在积水半径r的内的所有判断点为e个，则积水半径为r＝e*l_min；将计算得到的积水半径所有积水半径从大到小进行排序，判断积水点对城市的影响程度按照积水半径的排序，积水半径越大积水点对城市的影响程度越大；根据积水点对城市交通的影响程度由大到小的顺序，对影响程度大的积水点进行优先处理，操作人员根据顺序完成对积水点处管道的改造。

26、一种基于3d建模的城市管网改造系统，液态二氧化碳数据控制系统包括数据收集模块、数据计算模块、积水判断模块和预警模块；

27、所述数据收集模块用于收集历史中降雨时积水点产生的积水数据，并对收集的积水数据进行筛选；

28、所述数据计算模块用于对收集的降雨时地面积水数据进行计算，得到地面积水特征；

29、所述积水判断模块用于对收集的城市非建筑地面的数据进行计算，并根据地面积水特征判断当降雨时易发生积水的积水点；

30、所述预警模块用于在判断得到积水点后，计算得到积水点的面积，设置相应的管道排水口。

31、数据收集模块利用视觉传感器对城市历史中发生降雨的地面进行记录，收集地面图存在积水的地面的水面面积并进行标记，在降雨结束地面积水消失后，利用视觉传感器对标记的地面进行深度和宽度的测量，将降雨时存在积水的地面定为积水点，最终得到降雨时积水点的积水数据，所述积水数据包括中心位置和边缘位置的高度差和距离，并将积水点中心位置和边缘位置的距离定为积水宽度；并且当降雨时视觉传感器得到的积水面积小于a，积水点积水宽度小于b时，对收集的积水数据进行舍弃，上述中a和b的值有操作人员进行输入。

32、数据计算单位用于在对历史中降雨发生积水时的地面高度差数据进行收集后，设积水点中心为历史中发生积水时地面距水面最大的点，积水点边缘为地面距水面最小的点，设历史数据中积水点中心和边缘的平均高度差为h_b，积水点的积水宽度为{l1、l2、l3...lm}，l1、l2、l3...lm为每个积水点中第1、2、3...m个积水宽度，m为正整数，对m个积水宽度计算平均值得到每个积水点的平均积水宽度l_p，计算历史中所有降雨积水点的地面坡度为{θ1、θ2、θ3...θn}，θ1、θ2、θ3...θn为第1、2、3...n处积水点的地面坡度，n为正整数；之后计算积水特征的平均值，将地面坡度的平均值θ_p设置为城市中非建筑地面的积水特征；

33、在计算得到积水地面的积水特征后，计算检测城市非建筑地面的最小积水距离，根据上述计算得到每个积水点的平均积水宽度，在对城市中历史每个积水点均进行计算后，得到历史数据中所有的积水点的平均积水宽度，将计算得到的平均积水宽度进行排序，选择平均积水宽度最小的值为检测城市积水点的标准积水宽度l_min。

34、积水判断模块用于在对历史中降雨积水点的地面坡度进行计算并得到地面的积水特征和标准积水宽度后，利用全球定位设备和地面雷达对城市中的非建筑地面进行3d建模，根据标准积水宽度测量对城市中所有非建筑地面的高度差，对城市中非建筑地面进行判断，具体为：

35、在建立的3d模型中对待判断是否为积水点的非建筑地面，根据标准积水宽度计算地面点x与周围八个方向的距离为标准积水宽度的非建筑地面高度差，将地面点x与距离为标准积水宽度的八个方向的位置关系定为3×3的矩阵进行判断，矩阵中x为地面点x，h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8分别为地面点x正北、正南、正东、正西、东北、东南、西北和西南八个方向的非建筑地面的高度差，最终计算得到八个地面坡度为{f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8}；

36、当{f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8}≥θ_p时，判断hx所处的非建筑地面为积水点，根据上述方法对城市中所有的非建筑地面进行遍历查找判断，得到城市中所有的积水点x。

37、预警模块用于在计算并判断得到城市中非建筑地面的积水点后，对积水点的位置进行判断，当判断得到的积水位于城市交通路面时，并且当得到的积水点之间的距离小于积水宽度，判断为高密度积水处，根据气象台对城市中天气的预报，当预报城市中未来一周内即将发生降雨时，对积水点发出预警，生产管道处理信息，向操作人员传输管道处理信息；

38、在工作人员接收到预警信息时，计算发出预警的积水点的积水半径r，在对非建筑地面进行积水点的排查判断时，得到一处积水点y，在超过积水宽度对此处积水点y周围八个方向的地面进行积水判断时，设判断的点为j，以判断点j为参考系，若判断得到判断点j的积水点y方向的地面坡度均小于积水特征时，得到判断点j不为积水点但在积水点y的积水半径r内，计算积水点的积水半径r，根据以上方法进行判断，若以积水点y为圆心，向外以积水宽度为周期距离进行排查，得到在积水半径r的内的所有判断点为e个，则积水半径为r＝e*l_min；将计算得到的积水半径所有积水半径从大到小进行排序，判断积水点对城市的影响程度按照积水半径的排序，积水半径越大积水点对城市的影响程度越大；根据积水点对城市交通的影响程度由大到小的顺序，对影响程度大的积水点进行优先处理，操作人员根据顺序完成对积水点处管道的改造。

39、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

40、1、本发明通过对城市中历史积水点的数据进行收集计算，得到城市中易积水点的积水特征，之后对城市中的非建筑地面进行判断计算，设置3×3的矩阵，将待判断地面和其周围的八个方向的所有地面海拔进行对比，得到城市中所有的非建筑地面的积水点，之后对积水点进行处理，减少积水对交通的影响。

41、2、本发明在计算得到城市中非建筑地面的积水点后，对积水点所需设置的排水口的个数进行计算，利用积水点的积水流量和排水口的排水流量，计算他们的比值并结果取整数，计算得到可使积水点及时排完成排水工作的排水口数量。

42、3、本发明通过计算城市中非建筑地面的积水点，在积水点处根据积水流量和排水流量计算得到积水点的排水口数量进行城市管道排水口设置，对城市管网进行改造，令降雨时城市非建筑地面不易发生积水，保证行人安全。