一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法及装置

技术领域

本发明属于数据分析领域，尤其涉及一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法及装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

地下排水管网对于城市安全运行起着重要的保障作用，但由于排水管网工程本身的隐蔽性强、分布范围广，导致其运行状态不清、管理难度较大。

现阶段排水管理部门通过在管井安装液位计、流量计监测设备，可以了解到单一管井的排水液位、流量情况，无法从整体上掌握排水管网剩余的调蓄空间，无法为泵站、污水厂调度提供准确的数据。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法及装置，其基于管网的联通特性，分析出上游排水管网，计算出上游管网剩余的总调蓄空间，为泵站、污水厂的调度，提供定量化数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法，包括如下步骤：

对排水管线拓扑和排水管线属性信息进行检查；

基于排水管线拓扑，以某一检查井为起点，按照深度优先算法沿水流方向，向上游追踪每一条排水管及检查井；

结合获取的检查井中实时液位数据和排水管线属性信息，计算追踪到的所有检查井剩余调蓄空间和排水管剩余调蓄空间；

累计所有检查井剩余调蓄空间和排水管剩余调蓄空间，得到上游剩余调蓄空间。

进一步地，对排水管线拓扑进行检查包括：

获取排水管线数据，基于排水管线数据构建得到排水管线拓扑结构，对排水管线数据进行拓扑检查，进行悬挂检查和连通分析，悬挂检查使用空间扫描算法实现，连通分析采用邻接矩阵算法，从而排水管线形成连通网络。

进一步地，对排水管线属性信息进行检查包括：根据检查井属性要求和排水管属性要求，对排水管线属性信息进行检查。

进一步地，所述检查井属性要求包括检查井标识码、坐标x、坐标y、所在道路名称、检查井类别、检查井类型、检查井形式、检查井井深、地面高程、井盖形状、井室类型、井室长度、井室宽度和井室高度；

所述排水管属性要求包括排水管标识码、管道类别、管道长度、所在道路名称、起点编码、终点编码、起点管底标高、终点管底标高、断面形式、是否倒虹管、管道材质及管径。

进一步地，以某一检查井为起点，按照深度优先算法沿水流方向，向上游追踪每一条排水管及检查井，直到找到所有水流方向相反连接处的管线和管点，并对上游检查井和排水管道进行存储。

进一步地，计算检查井剩余调蓄空间时，包括长方体型的检查井井室剩余调蓄空间计算和圆柱形检查井井室剩余调蓄空间计算。

进一步地，计算排水管剩余调蓄空间时，包括圆形排水管的剩余调蓄空间计算和方形排水管的剩余调蓄空间计算。

本发明的第二方面提供一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算装置，包括：

排水管线检查模块，其用于对排水管线拓扑和排水管线属性信息进行检查；

追踪分析模块，其用于基于排水管线拓扑，以某一检查井为起点，按照深度优先算法沿水流方向，向上游追踪每一条排水管及检查井；

调蓄空间计算模块，结合获取的检查井中实时液位数据和排水管线属性信息，计算追踪到的所有检查井剩余调蓄空间和排水管剩余调蓄空间；累计所有检查井剩余调蓄空间和排水管剩余调蓄空间，得到上游剩余调蓄空间。

本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法中的步骤。

本发明的第四方面提供一种计算机设备。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于管网的联通特性，分析出上游排水管网，结合获取的检查井中实时液位数据和排水管线属性信息，计算追踪到的所有检查井剩余调蓄空间和排水管剩余调蓄空间；累计所有检查井剩余调蓄空间和排水管剩余调蓄空间，得到上游剩余调蓄空间。能够了解上游管网的剩余调蓄空间，为泵站、污水厂的调度，提供定量化数据，在泵站、污水厂出现故障，停止服务时，通过该技术可以了解管网的剩余调蓄空间，为污水调度提供决策支持。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例提供的重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法流程图；

图2是本发明实施例提供的排水管线检查示意图；

图3是本发明实施例提供的排水管网纵剖面图；

图4是本发明实施例提供的检查井井室剩余调蓄空间计算模型示意图；

图5是本发明实施例提供的排水管线剩余调蓄空间计算模型示意图；

图6是本发明实施例提供的圆形排水管计算模型示意图；

图7是本发明实施例提供的方形排水管计算模型示意图；

图8是本发明实施例提供的重力管线上游剩余调蓄空间的计算装置框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了解决本发明背景技术中提及的现阶段排水管理部门通过在管井安装液位计、流量计监测设备，可以了解到单一管井的排水液位、流量情况，无法从整体上掌握排水管网剩余的调蓄空间，无法为泵站、污水厂调度提供准确的数据。

本发明通过排水管线拓扑检查、排水管线流向分析、上游追踪分析、检查井剩余调蓄空间计算、排水管剩余空间计算、遍历累加所有检查井和排水管剩余调蓄空间得到上游剩余调蓄空间。通过该技术能够了解上游管网的剩余调蓄空间，为泵站、污水厂的调度，提供定量化数据，在泵站、污水厂出现故障，停止服务时，通过该技术可以了解管网的剩余调蓄空间，为污水调度提供决策支持。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法，包括如下步骤：

如图2所示，S101：对排水管线拓扑进行检查，确保管网与实际一致；

对排水管线拓扑检查首先获取排水管线数据，基于排水管线数据构建得到排水管线拓扑结构，对排水管线数据进行拓扑检查，主要是进行悬挂检查和连通分析，悬挂检查使用空间扫描算法实现，在扫描过程中判断每条管线的端点处是否与管点相交，每个管点是否被管线端点覆盖，当管线端点没有与管点相交，则将管线标记为悬挂线，当管点没有被管线端点覆盖，则将管点标记为悬挂点。

连通分析采用邻接矩阵算法实现，将管点标记为顶点，将管线标记为边，将排水管网建立起一个二维数组，得到邻接矩阵，通过判断两条管线的各个端点之间是否相互连通判断两个管线是否连通，利用建立的邻接矩阵判断，两条管线的任意两个端点是否连通，当有任意两个端点不连通则将这两条管线标记为不连通。从而确保排水管线形成连通网络。

S102：根据检查井属性要求和排水管属性要求，对排水管线属性信息进行检查，确保排水管网设施空间属性信息完整、无误。

所述检查井属性要求如表1所示，包括检查井标识码、坐标x、坐标y、所在道路名称、检查井类别、检查井类型、检查井形式、检查井井深、地面高程、井盖形状、井室类型、井室长度、井室宽度和井室高度等。

表1检查井属性要求

所述排水管属性要求如表2所示，包括排水管标识码、管道类别、管道长度、所在道路名称、起点编码、终点编码、起点管底标高、终点管底标高、断面形式、是否倒虹管、管道材质及管径等。

表2排水管属性要求

S103：获取管网液位监测数据，基于实时的监测，计算出该管井和相连滚道的充满度情况；

S104：以选择的某一检查井为起点，按照深度优先算法沿水流方向，向上游追踪每一条排水管及检查井；

如图3所示，以某一检查井为起点，按照深度优先算法沿水流方向，向上游追踪每一条来水分支，直到找到所有水流方向相反连接处的管线和管点，并对上游检查井、排水管道进行存储。

S105：计算追踪到的每一座检查井剩余调蓄空间，以及计算追踪到的每一条排水管剩余调蓄空间；

如图4所示，计算检查井剩余调蓄空间时，包括长方体型的检查井井室剩余调蓄空间计算和圆柱形检查井井室剩余调蓄空间计算。

其中，长方体型检查井井室剩余调蓄空间V

其中，a为长方体的长、b为长方体的宽，h1为检查井井深，h2为水深。

其中，圆柱形检查井井室剩余调蓄空间V

其中，r为圆柱的半径。

如图5-图6所示，计算排水管剩余调蓄空间时，包括圆形排水管的剩余调蓄空间计算和方形排水管的剩余调蓄空间计算。

圆形排水管按照椭圆体积计算公式：V

已知管网管径，通过管径和水深计算出c值，等于绝对值的半径减去水深。

c＝|r-h3|；其中R为圆形管直径，该参数来自于排水管属性信息；r为圆形管半径，r＝1/2*R；h

基于勾股定理(直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方)，得到a值：

其中，R为圆形管直径，该参数来自于排水管属性信息；r为圆形管半径，r＝1/2*R；h

则圆形管剩余调蓄空间：

其中，其中π为圆周率；R为圆形管直径，该参数来自于排水管属性信息；r为圆形管半径，r＝1/2*R；h

方形排水管按照长方体体积计算公式：

V

其中，h3为方形管中水的深度，通过物联设备获取；L为方形管的长度，该参数来自于排水管属性信息；a和b为方形管的长度和宽度，该参数来自于排水管属性信息。

S105：累计追踪到的检查井剩余调蓄空间和排水管剩余调蓄空间，得到上游剩余调蓄空间，V＝V

实施例二

如图8所示，本实施例提供一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算装置，包括：

拓扑检查模块，其用于对排水管线拓扑进行检查。

数据质检模块，其用于对排水管线属性信息进行检查。

数据编辑模块，其用于排水管线空间数据、属性数据的编辑、更新。

追踪分析模块，包括接收上游的检查井信息、流向分析和上游设施存储模块，接收要分析上游的检查井信息，基于次检查井，通过管线的流向、下上游分析工具，确定以检查井为终点的上游管线情况进行分析，将分析得到的上游检查井、排水管保存到上游设施存储模块中。

调蓄空间计算模块，其用于提供检查井剩余调蓄空间计算、排水管剩余调蓄空间计算，通过计算得到上游排水设施的剩余调蓄空间，并保存至剩余调蓄空间计算存储模块。

求和模块，其用于对调蓄空间计算存储模块中各个设施的剩余调蓄空间进行累加，得到检查井上游所有的检查井、排水管剩余调蓄空间。

输出模块将求和模块的计算结果进行返回。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法中的步骤。

实施例四

本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如实施例一所述的一种重力管线上游剩余调蓄空间的计算方法中的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。