基于广度优先搜索算法的管网空间分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管网分析技术，尤其是涉及一种基于广度优先搜索算法的管网空间分析方法。
【背景技术】
[0002]城市管网错综复杂且与生活密切关联，智慧城市概念的普及加大了对空间管网技术的要求，对webGIS技术的使用加强。随着需求的不断扩大，市场上推出一些较为专业的管网系统，如ESRI (美国环境系统研究所公司，Environmental Systems ResearchInstitutelnc，简称ESRI公司)的ArcFM，它可以有效管理电力、煤气、排水、给水、石油等城市管网。西方国家尝试将物联网、人工智能同现有的城市管网结合，实现更具准确性、高效性的空间分析，将管线数据和分析结果进行联网使用。国内城市管网webGIS应用程序多以SOAP (Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议)进行WEB服务，并将应用封装起来，这样可以灵活组织网络资源与数据。
[0003]2002年，马先立基于MapGIS平台的二次开发组件结合ASP技术进行开发，并实现简单的管网查询功能。2004年，东野长磊运用ActiveX技术实现量算、管网信息统计功能。2008年，Fielding提出的REST技术得到人们的普遍认识与接受，推动了技术的发展进行。2013年，王印通使用AJAX技术、MapXtreme技术和Oracle Spatial数据库等技术实现爆管分析和连通分析。
[0004]目前，城市已经完成工业化、电气化、信息化，智慧化紧随其后，是世界发展的前沿趋势。但是我国对城市管网的数字化研究起步比较晚，城市管网虽然可以满足一般需求，但是在运行中还是存在一些不足:第一，数据组织缺少严格规范标准，影响分析功能的准确性及效率。第二，城市管网的网络分析功能较少，对数据的空间查询和属性查询研究较多。第三，城市管网的用户体验的提升空间很大，包括系统响应速度、操作方式、界面设计等。第四，基础空间分析方法与其他非管网的webGIS分析方法类似，且实现技术相对成熟，研究重点逐渐转向管网空间分析方法上。第五，核心算法与非Web的空间分析算法类似，较于桌面管网系统的管网webGIS的空间分析方法在技术上稍显滞后。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于广度优先搜索算法的管网空间分析方法，以探索管网在有向图的广度优先遍历算法的分析计算。
[0006]为实现上述目的，本发明提出如下技术方案:一种基于广度优先搜索算法的管网空间分析方法，包括:以源点VO向外扩展，首先访问到的距离为K，未被访问的邻接顶点为V1，V2，V3，……Vn，再以这些顶点为中心，访问与源点VO距离为K+1的其他未被访问的顶点，直到全部顶点被访问完为止，其中，η为大于I的整数，以实现管网的连通分析、爆管分析、最短路径分析和剖面分析。
[0007]优选地，所述广度优先搜索算法包括记录路径的连通分析算法、排除可关可不关阀门的爆管分析算法、最短路径算法以及剖面分析算法。
[0008]优选地，所述连通分析方法中，将管网中的所有顶点分为已经搜索过的顶点、即将搜索的邻接顶点、从未遍历的顶点，所述连通分析方法的过程包括:
[0009]步骤1，输入起点V0，并将所述起点VO加入即将搜索的邻接顶点序列；
[0010]步骤2，判断即将搜索的邻接顶点序列中是否有值，若有，则从所述即将搜索的邻接顶点序列中取出一个顶点Vn，将顶点Vn加入所述已经搜索过的顶点序列中，并取出顶点Vn所有上游相邻且未被访问的顶点Vw，将Vn和Vw记录到路径；
[0011]步骤3，判断是否有终点VI，若有，则继续进入步骤2，若没有，则将顶点Vw加入即将搜索的邻接顶点序列中，并进入步骤2。
[0012]优选地，步骤2中，若即将搜索的邻接顶点序列中没有值，则判断是否找到目标点，若找到，则保留路径并结束遍历，若未找到，则清空路径并结束遍历。
[0013]优选地，所述爆管分析算法通过获取阀门点集合V，然后对其进行判断分析，进行排除，设V = {V0，Vl，V2……Vn}，若VO在下游存在一个或多个阀门，则Vl、V2……Vn为可关可不关阀门，所述爆管分析算法包括:
[0014]起始点为V中阀门点，采用广度优先搜索算法搜索其下游节点，若此节点属于集合V，将其移出集合V添加到可关可不关阀门集合VA中，并将起始点的下游最近阀门列入可关可不关阀门。
[0015]优选地，所述最短路径分析算法采用单源最短路径算法计算管网有向图中两个顶点的最短路径。
[0016]优选地，所述剖面分析算法包括横剖面分析算法和纵剖面分析算法。
[0017]本发明的有益效果是:本发明以广度优先搜索算法作为管网遍历的统一方法，探索了管网在有向图的广度优先遍历算法的计算，有利于算法的实现与更新，有利于衍生出其他算法，及完善社区管理服务体系，创新社区管理方式和服务功能。
【附图说明】
[0018]图1是本发明地理信息系统的原理示意图；
[0019]图2是本发明实施例广度优先搜索算法的原理示意图；
[0020]图3是本发明实施例连通分析算法的原理示意图；
[0021]图4是本发明实施例爆管分析算法的原理示意图；
[0022]图5是本发明实施例单源最短路径算法的流程示意图；
[0023]图6是本发明实施例横剖面分析算法的二位俯视图；
[0024]图7是本发明实施例纵剖面分析算法的俯视示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0026]如图1所示，本发明实施例基于地理信息系统技术，整合社区服务对象数据，实现网格化资源管理；本发明采用层次化的设计思路，为了便于数据接收与交互，系统运行于互联网环境，选择B/S体系结构。系统的总体框架由支撑环境层、数据层、服务层和应用层4部分组成，如图1所示。其中应用层和服务层使用HTTP协议实现通信。
[0027]本发明城市管网WebGIS的空间分析分为基础空间分析和管网空间分析。本发明系统的运行环境包括硬件环境和支持环境两部分，运行的硬件环境:内存IGB以上，主频1.8G H z以上的客户端计算机；内存128MB以上，主频800MHz以上的浏览器端计算机。软件环境:Windows 2000以上的操作系统。数据库服务器为Windows2000server平台，内存2G以上，主频2G以上的服务器，安装SQL 2000数据库，JSP+Web logic平台，需要良好的10/100M的以太网络系统，可以和用户企业的网络系统连接，并可以从其它管理和控制系统中得到必要的GIS数据、管网设备资源数据、系统运行数据。此系统采用MapXtreme组件为基础进行集成二次开发，实现GIS的基本功能，以通用编程软件C#开发工具为开发平台，充分发挥GIS工具软件在空间数据处理上的优势及可视化开发工具在应用程序开发上的强大功能，进行二者的集成二次开发。
[0028]本发明采用广度优先遍历算法探索管网在有向图的分析计算，广度优先算法(Breadth-First-Search,简称BFS)，又称为宽度优先搜索算法。其特点是:每次搜索指定点，并将其所有未访问过的近邻加入搜索队列，循环搜索过程直到队列为空，把图论中的这个算法应用到二叉树中，对二叉树进行遍历搜索，就是以树的根节点开始，逐个将各个遍历到的结点的兄弟节点加入搜索树，访问到的节点出队，如此反复直到队列为空为止。二叉树的广度遍历就是在图的广度优先算法扩展而来。广度优先是一种控制结点扩展的策略，这种策略优先扩展深度小的结点，把问题的状态向横向发展。
[0029]正常运作的城市管网中的介质(如供热水、污水、煤气等)都会产生流动方向，管网遍历