一种市政排水管网数据自检系统

技术领域

本发明涉及市政工程领域，具体而言，涉及一种市政排水管网数据自检系统。

背景技术

市政排水管网排查是市政维护工作中的重要部分，其工作内容主要通过物探测量对管道及检查井材质、尺寸高程、流向等数据进行采集，通过表格填报或GIS系统数据库进行数据收集，对收集的结果进行人工分析并得出管网质量结论，并进一步提出维护方案。但现常用的方法，其排查成果存在一定误差，其中包括数据关联缺失、数据重复、数据误差等问题，严重影响数据成果质量，无法真实反映管网情况，因此增大管网运行管理难度，影响管理者的决策判断。

因此，需要一种技术方案，从对采集的管网数据出发，排查采集的数据是否有效，保障管网排查项目的顺利实施和数据成果质量，为后期运行维护打好数据基础。

发明内容

为实现上述目的，本申请提供了一种市政排水管网数据自检系统，包括：

数据采集模块：用于从管网现场收录现场数据，对现场数据结构化，生成设施数据；所述现场数据包括要素信息，所述要素信息包括要素名称、要素类型、要素属性、要素关系；所述要素类型包括节点设施和管道设施；所述节点设施包括井、接户井、排水口、雨水口，所述管道设施包括雨污管线；所述要素属性包括节点设施的x坐标、y坐标、z坐标、直径、埋深，管道设施的长度；所述要素关系指节点设施与管道设施之间相互的连接关系；所述现场数据结构化指：为节点设施生成统一的标识，用所述节点设施的标识生成管道设施的标识，将要素信息转换为结构化的关系数据；

数据自检模块：用于从数据采集模块获取设施数据，进行设施数据的数据自检；其中，所述节点设施表示为点要素，所述管道设施体现为线要素，所述点要素、线要素的空间关系构成拓扑关系；其中，数据自检模块包括要素检查单元和规则检查单元，要素检查单元用于判断所述设施数据和所述拓扑关系是否符合要素基本要求，如果不符合，定义该设施数据自检失败；如果符合，在所述规则检查单元根据所述设施数据和拓扑结构归纳设施类型和管网拓扑结构类型，判断所述设施数据是否符合所述设施类型和管网拓扑结构类型对应的管网规则，如果不符合所述管网规则，定义所述设施数据自检失败，否则定义所述设施数据自检成功；

其中，要素基本要求为针对点、线等形态的基础判断，规则包括：

点要素代表检查井、接户井、排水口、雨水口等节点设施，不同的点要素不重叠；

线要素代表雨污管线，线要素的端点为点要素；不同的线要素之间不相交或者内部接触；；

每一个所述点要素均有线要素的端点重叠；

每一个线要素的端点有点要素重叠。

进一步的，以上规则通过第三方系统的拓扑校验规则和自定算法实现，其中自定算法包括计算两个所述点要素的距离、所述点要素的直径判断点重叠和点不重叠，包括：

判断点重叠的算法表示为：

判断点不重叠的算法表示为：

其中，D为两点的距离、d1为点1直径、d2为点2直径；

且：

进一步的，规则检查单元包括设施识别子模块；设施识别子模块用于识别所述设施数据所对应的设施类型，匹配设施识别编码；所述识别操作包括：提取设施类型定义规则，识别设施数据所属的设施类型，标记设施类型；对同设施类型的设施数据的拓扑关系进行识别，标记管网拓扑结构类型；根据所述设施类型标记和所述管网拓扑结构类型标记，匹配设施识别编码。

其中，设施类型包括：管道类、井类、雨水口类、排口类；管网拓扑结构类型包括：管段、管线、管网。

其中，判断设施数据是否符合设施类型和管网拓扑结构类型对应的管网规则，包括管段规则自检，对应的管段规则包括：

坡度限值自检，即判断坡度较于管线平均坡度是否保持合理范围，具体算法包括：通过管段的端点对应的点要素的坐标、埋深，计算指定管段的坡度,根据管线内各管段的坡度、管段数，求解管线中离散最小的坡度平均值范围，计算管段坡度标准差和管段坡度允许范围，判断指定管段坡度是否在允许范围内；

最小埋深限值自检，即判断最小埋深是否超过规范要求管段最小埋深限值。

判断设施数据是否符合设施类型和管网拓扑结构类型对应的管网规则，还包括管线规则自检，对应的管线规则包括：

管线端点类型自检，即判断任意管线上游起始端点的点元素为入户井、雨水口，下游终末端点元素为污水厂、排水口、泵站；

管线的相邻管段夹角自检，即判断任意管线的相邻管段夹角不可小于90度，所述相邻管段夹角的判断方法为：以相邻管段的中间检查井点对应的点要素设为原点，即O＝(x

管线内流向自检，即判断同一管线内，管段流向必须一致，并始终由起始点流向终末点；

高度差自检，即判断重力管线起点管底标高是否高于管线终点管底标高。

进一步的，判断设施数据是否符合设施类型和管网拓扑结构类型对应的管网规则还包括管网规则自检，对应的管网规则包括：

节点外接数自检，即获取点元素，获取以该点元素为端点的线元素的数量，判断该数据是否大于4；

特殊节点外接数自检，即特殊节点需连接相等数量的管段；

连接关系自检，即两个点要素之间只包括一个线要素。

其中，设施类型定义规则为以原始数据库的方式定义的设施类型库，其数据结构存储方式为数据表；在数据表中预设数据排水设施类型、排水设施拓扑结构类型。

进一步的，数据自检系统还包括信息反馈模块：用于从数据自检模块获取自检失败的管网系统数据的问题描述数据，执行信息反馈，信息反馈包括：解析问题描述数据，提取数据错误坐标点、数据错误名称，支持在终端展示拓扑结构的界面中显示问题描述信息。

根据本发明，可以针对管网设施的数据特征定制管网数据自检处理的方案，通过系统模块间的逻辑实现管网设施的有效规则和规则的技术实现，最终准确、全面和直观地向用户指示排水管网数据的问题，形成全过程流程闭环，确保数据维护的可执行度及专业度。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的市政排水管网数据自检系统功能结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的市政排水管网数据流程图；

图3是根据本发明实施例提供的市政排水管网数据自检系统逻辑流程图；

图4是根据本发明实施例提供的市政排水管网数据自检系统整体结构示意图。

具体实施方式

本发明建立一种市政排水管网数据自检系统，针对管网设施的数据特征定制管网数据自检处理的方案，从现场采集的数据形态到应用分析的拓扑结构和数据关系制定了处理流程，并通过系统模块间的逻辑实现管网设施的有效规则定义和规则确认的技术实现方式，最终准确、全面和直观地向用户指示排水管网数据的问题，形成全过程流程闭环，确保数据维护的可执行度及专业度。

下面结合说明书附图对本发明的具体实现方式做详细描述。

本发明提出的市政排水管网数据自检系统的整体系统结构如图4所示，在硬件上，至少包括终端部分和服务器部分，其终端部分为带有GPS定位、输入设备、显示屏，能定位及连接互联网的移动设备，例如手机、平板电脑等；服务器部分主要包括应用服务器、数据服务器和第三方服务器，第三方服务器例如发布地图服务的GIS服务器，应用服务器可以向移动设备提供应用服务，接收处理移动设备数据，以及发送数据给终端部分进行数据显示，数据服务器可以存储处于各个阶段的数据。在软件上，在终端部分和服务器部分部署管网数据自检系统的客户端应用程序和服务端的应用服务，实现信息采集、数据检查分析、信息反馈、数据存储的完整功能。

管网数据自检系统的功能实现结构，如图1所示，包括P100数据采集模块、P110数据自检模块、P130信息反馈模块和P120数据存储模块，其中，P110数据自检模块中包括P111要素检查单元和P112规则检查单元，用于实现不同的数据和不同规则的数据自检，具体说明如下：

P100：数据采集模块：用于从管网现场收录现场数据，对现场数据结构化，生成设施数据；

从管网现场收录的现场数据主要为要素信息，其中包括要素名称、要素类型、要素属性、要素关系；

要素类型包括节点设施和管道设施：节点设施包括市政排水管网中涉及的井、接户井、排水口、雨水口、泵站、污水厂等设施，管道设施指连接节点设施的管道，包括雨污管线等。

要素属性指工作人员通过移动设备对节点设施和管道设施进行定位、测量、判断获取的特征和特征值，包括各节点设施的x坐标、y坐标、z坐标、直径、材质、埋深，管道设施的长度、材质等，例如某接户井在模拟坐标系中的x坐标值、y坐标值、z坐标值；

要素关系指两个节点设施之间铺设了管道设施产生的节点设施和管道设施之间相互的连接关系，例如某接户井与某排水口通过雨污管线连接。

现场数据结构化指：为节点设施生成统一的标识，用所述节点设施的标识生成管道设施的标识，此标识可以用于与具体的要素信息一一对应，将包括要素的属性、特征和关系的要素信息，抽象为结构化的关系数据。如图2中所示，在步骤S200中，由排查工作人员使用移动设备在现场进行数据录入和坐标定位，绘制矢量点、线，在线填写属性表，将现场数据实时上传至服务器，经过数据采集模块，在S210步骤输出为结构化的设施数据，用于后续在系统内的计算和分析。

需要注意的，在实际应用中，管道设施是存在方向性的，例如：某接户井标识为A、某排水口标识为B，从A有向连接至B的雨污管线为带有方向的矢量数据，标识为AB。

P110数据自检模块：用于从数据采集模块获取设施数据，生成拓扑关系，进行设施数据的数据自检；

本发明中，将节点设施表示为点要素，管道设施体现为线要素，不同点要素、线要素的空间关系构成拓扑关系。

基于市政排水管网的布局规范，首先对节点设施和管道设施的基本要求进行预自检，筛查出不符合基本条件的数据则不需要进行后续的判断，以减少无效的数据计算，提高系统自检效率。

数据自检模块包括P111要素检查单元和P112规则检查单元。

P111要素检查单元用于执行预自检，判断设施数据及其拓扑关系是否符合要素基本要求，如果不符合基本要求，定义设施数据自检失败。

要素基本要求主要针对点、线等形态进行基础判断，其中节点设施对应点要素，管道设施对应线要素，具体判断过程如图3中所示：

步骤S310：要素数据准备，先对设施数据中要素类型进行识别，提取相关信息：包括各设施的标识、x坐标值、y坐标值、z坐标值，节点设施的直径，管道设施的长度等；

步骤S311：对要素数据的数值规则及拓扑规则进行判定，判断是否符合要素基本要求，判断方式包括GIS拓扑校验规则和自定算法计算；

要素基本要求的规则包括：

1)点要素代表检查井、接户井、排水口、雨水口等节点设施，不同的点要素不重叠；

2)线要素代表雨污管线，线要素的端点为点要素；不同的线要素之间不相交或者内部接触；

3)每一个点要素均有线要素的端点重叠；

4)每一个线要素的端点有点要素重叠。

这些规则可通过计算两个点要素的距离、点要素的直径实现。

例如：点要素包括A(1，5，1)、B(2，3，1)、C(5，2，1)、D(4，4，1)，直径分别为1，线要素包括：AB、AC、CE；

本发明中，通过点要素的坐标值判断要素之间关系：

点重叠的算法表示为：

判断点不重叠的算法表示为：

其中，D为两点的距离、d1为点1直径、d2为点2直径；

且：

通过以上可计算出，点要素D未与线要素的端点重叠，不符合规则3)；线要素AE包括端端未与点要素重叠，不符合规则4)，此两处不符合要素检查单元的要求，将判定结果生成问题描述数据、进行编码标记，并将问题描述数据及编码发送至信息反馈模块(如图3中步骤S330)。

其余符合要素基本要求的设施数据和拓扑关系数据，即可进入规则检查单元(如图2中步骤S220所示)。

另一方面，对于不同的线之间不相交或者内部接触的规则，可通过第三方系统，例如GIS系统的拓扑校验规则进行判断。

P112规则检查单元：判断设施数据是否符合设施类型和管网拓扑结构类型的管网规则，如果不符合，定义设施数据自检失败，否则定义所述设施数据自检成功；

规则检查单元中，根据不同的设施类型和管网拓扑结构类型确定不同的管网规则，因此，在规则检查前，先通过设施识别子模块识别该设施数据所对应的设施类型和管网拓扑结构类型：

规则检查单元包括P113设施识别子模块，其实现类型识别时，操作步骤包括：提取设施类型定义规则，识别设施数据所属的设施类型，标记设施类型；对同设施类型数据的拓扑关系进行识别，标记管网拓扑结构类型；根据设施类型标记和管网拓扑结构类型标记，匹配设施识别编码，用于规则检查单元引用对应的算法进行数据检查。

设施类型定义规则为以原始数据库的方式定义的设施类型库，其数据结构存储方式为数据表；在数据表中预设数据排水设施类型、排水设施拓扑结构类型，具体包括排水设施类型的定义：管道类、井类、雨水口类和排口类；管网拓扑结构类型也预先定义包括：单线段(管段)、多段线(管线)、网络结构(管网)。

与预设定义的设施类型库对应，设施识别子模块中可识别出设施数据的设施类型包括：管道类、井类、雨水口类、排口类；管网的拓扑结构类型包括：管段、管线、管网，其中，一个或多个管段构成管线，一个或多个管线构成管网。

本发明中的设施识别编码为基于以上设施类型和以上拓扑结构类型构成的唯一标识，可说明该设施所属的拓扑结构类型、设施类型和要素信息，以用于自检系统的计算和分析。

需要说明的是，本发明数据自检模块中执行的自检操作存在层级定义，要素检查针对点要素和线要素，其规则比较独立，计算过程相对简单；规则检查要综合考虑所有点要素和线要素的关系，其计算量较大，规则也较复杂。因此，在确认在要素检查通过后，才进行下一步的规则检查，保证参与规则检查的设施，其数据都已符合基本要求，因此有效避免了无效的、浪费资源的数据操作。

规则检查单元执行数据自检的步骤包括：

1)对设施识别编码进行识别，提取该设施识别编码对应的设施数据中各要素的相关值；

2)根据设施识别编码对应的设施类型、各要素的相关值、拓扑关系判断是否符合管网规则。

与管网的拓扑结构类型对应，管网规则包括三个部分：

1、管段规则自检：

管段为两个点要素和两个点要素之间的线要素构成；

管段规则主要包括：

1)坡度限值自检，即坡度较于所属管段平均坡度保持合理范围，具体算法如下：

步骤a：通过管段的端点对应的点要素的坐标、埋深计算计算指定管段的坡度：

其中：

且：h＝H

步骤b：根据管线内各管段的坡度、管段数，求解管线中离散最小的坡度平均值范围：

步骤c：计算管段坡度标准差：

步骤d:判断管段坡度允许范围值:I＝μ±3σ其中：I为管段坡度允许范围值；

判断所述管段坡度是否在允许范围内，当：

2)最小埋深限值自检，数值判定方法如下：

步骤a：判断管段最小埋深：H

步骤b：判断最小埋深是否超限：H

当管段不满足步骤b公式时，系统判定自检失败，问题描述数据为“管段埋深异常，请检查管段最小埋深”；

2、管线规则自检，包括：

1)管线端点类型自检，即判断任意管线上游起始端点的点元素为入户井、雨水口，下游终末端点元素为污水厂、排水口、泵站；

此规则通过拓扑规则加字段进行判定，具体包括以下步骤：

步骤a：用连通规则及流向一致规则查找连通管线；

其中，连通规则用于判断管线的端点，流向一致规则用于判断管线的端点中的起点和终点；

步骤b：获取连通管线中的全部线元素；

步骤c：将全部线元素按端点生成序列表，获取线元素的起点点元素的标识为起点标识和末尾线元素的终点点元素的标识为终点标识；

步骤d：从设施数据提取起点标识和终点标识对应的设施类型；

步骤e：判断起点标识对应的设施是否为入户井、雨水口，终点标识对应的设施是否为污水厂、排水口、泵站，如果不符合，系统判定自检失败，问题描述数据为“管线端点附属物异常，请检查”；

2)管线的相邻管段夹角自检，即判断任意管线的相邻管段夹角不可小于90度；

以相邻管段的中间检查井点为原点O＝(x

则：

则相邻管段夹角在0°到90°，系统判定自检失败，问题描述数据为“管段夹角小于90°，请检查”；

则相邻管段夹角在90°到180°，属于正常情况；

其中，中间检查井点为：相邻管段共同的端点对应的点要素；

3)管线内流向自检，即判断同一管线内，管段流向必须一致，并始终由起始点流向终末点；

4)高度差自检，即判断重力管线起点管底标高是否高于管线终点管底标高。

3、管网规则自检，可通过数据统计查询操作实现规则检查：包括：

1)节点外接数自检，即获取点元素，获取以该点要素为端点的线要素的数量为节点外接数，判断该数据是否大于4，以实现任意节点连接管道数是否大于4的规则判断；

2)特殊节点外接数自检，即：如果点要素对应的设施为三通、四通，则该点要素为特殊节点，获取该特殊节点的节点外接数，节点为三通时，节点外接数应为3，节点为四通时，节点外接数应为4，即特殊节点需连接相等数量的管段，且接入管段流向至少有1处流出；

3)连接关系自检，判断管网拓扑关系中的任意两个点要素之间是否有唯一的连接关系，即两个点要素之间只包括一个线要素；

4)管网混接自检，即判断污水管网、雨水管网根据是否为合流制是否可进行混接。

在以上的规则自检过程中，如果自检失败，系统将问题描述数据编码和标记，并发送至信息反馈模块。

P130：信息反馈模块：用于从所述数据自检模块获取自检失败的管网系统数据的问题描述数据，执行信息反馈。如图3中所示，步骤S311中判断是否符合要素基本要求步骤时，自检失败的信息发送至S330信息反馈步骤，步骤S321中判断是否符合管网规则时自检失败的信息同样发送至S330信息反馈步骤。在本发明中，信息反馈模块集中处理所有的自检不通过的信息，其中包括问题描述数据、数据错误坐标点、数据错误名称等内容。在信息反馈模块为各种问题描述数据配置编码，在数据自检模块只需要针对发生错误的场景向信息反馈模块发送错误编码和具体的设施数据；信息反馈模块解析错误编码，提取问题描述数据、数据错误坐标点、数据错误名称；并支持在终端展示拓扑结构的界面中显示问题描述信息，将自检未通过的示意符号显示在对应坐标位置，或者将问题描述以文本方式显示在对应符号的提示框、气泡框中；

进一步的，信息反馈模块还支持数据复核，在终端功能中提供数据改写的功能，支持用户根据信息反馈模块所显示问题类型，对数据进行复核排查，对数据进行改写，改写后数据重复图3中步骤S300至S321步骤，自检成功后，存储至数据存储模块。

P120：数据存储模块：用于存储已通过数据自检的所述设施数据，并支持在终端显示自检结果，完成管网数据自检。

本发明建立了一种管网数据自检系统框架，确定了核心功能模块，定义了模块间的逻辑架构，支持从物理层面到抽象的数据层面实现物理设施的数据自检；本发明提供的数据自检方法，在实现数据误差发现的同时，对数据自检的层级也进行了设计，确认在符合一定规则的情况下，才进行下一步复杂的计算，有效避免了无效的、浪费资源的数据操作；在业务上，本发明采用了自定义的设施分类及编码方法，将排水规范数字化，可通过测量各设施的基础属性值，实现多种多样复杂的规则确认，并可以更准确、全面和直观地向用户指示排水管网数据的问题，保障管网排查项目的顺利实施和数据成果质量，为后期运行维护打好数据基础；同时，通过专业人员与数据自检系统的工作流程进行结合，形成了全过程人工及系统的流程闭环，确保数据维护的可执行度及专业度。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。