CN105224747A - 基于cad工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法 - Google Patents

Abstract

一种基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法，属于市政工程信息技术与地理信息系统技术交叉领域。本发明利用现有的雨水管网设计计算表信息，实现雨水管网模型数据到GIS数据库的有效自动化转化，为城市内涝模型的构建提供方便。且极大简化了传统管网模型构建方法对CAD图形数据按要素进行繁琐的分层处理，对属性数据进行人工录入的工作量，避免了传统人工录入属性数据工作繁琐、效率低、易出错的缺点，仅需对雨水管网设计计算表进行简单处理，极大程度的提高了工作效率，保证了管网模型数据GIS化的质量，从而能够保证城市内涝模型的质量。方法具有可操作性，只需借助GIS平台下的简易操作即可完成各个步骤，保证了本发明的可实施性。

Description

基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法

技术领域

本发明涉及一种基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法，属于市政工程信息技术与地理信息系统技术交叉领域。

背景技术

排水管网系统是重要的城市基础设施，担负着收集和输送城市污水和城市降雨、融雪产生的径流的任务，具有保护环境和城市减灾双重功能，被称作城市的“生命线”和“血脉”，在城市规划和建设中的作用不容忽视。随着国内城市化进行的加快，城市排水管网建设出现爆炸式增长，管网规模日益扩大，管网数据不断更新，现有的城市排水管网运行和管理方式已远远落后于城市建设。由于AutoCAD简单易学、界面美观等优点，市政排水管网图纸绝大多数以CAD文件格式存储。CAD以图层的形式存储空间数据，以纵断面图的形式存储了基本属性数据，但不考虑数据的属性与数据之间的关系，缺少对管网数据拓扑关系的描述，无法体现排水管网复杂的空间关系。

随着计算机技术的发展，现阶段国内的部分雨水管网设计计算软件均能输出雨水管网设计计算表，如通过应用鸿业CAD进行雨水水力计算，可以生成雨水管网设计计算书，计算书中包含了管网系统的属性信息数据，包括检查井的X、Y坐标、井底标高、地面标高、管段的上下游节点编号、管长、管径、上下游管底标高、汇水区的折点坐标数据。此外，随着计算机技术的发展，ArcGIS在建立地理空间数据库方面的独特优势日益突出，在水力模型中的应用越来越多。应用GIS可以进行数据管理和空间分析，也可以直观、动态地进行建模或可视化管理。GIS数据以点、线、面的形式存储，可以表现图形的空间分布情况和几何状况，记录图形的属性数据。GIS采用统一的数据库进行数据的管理，数据形式统一。随着水力模型技术的发展，如何行之有效的将CAD排水管网信息转换到GIS模型数据库显得尤为重要。

城市内涝模型的构建包括三部分，分别为管网模型构建、降雨模型构建和DEM(城市地表栅格数字高程)模型构建。降雨模型时城市内涝模型的主要输入条件，所需的降雨过程为实测的降雨资料或者是人工合成的设计降雨过程线。DEM模型构建是城市内涝模拟的基础条件，用来模拟二维地表漫流过程。管网模型是城市内涝模型的核心，管网模型的质量直接关系到管网汇流过程模拟的效果，其结果直接影响溢流水量地表漫流过程的结果。CAD排水管网工程图纸信息输入GIS模型数据库包括图形数据录入和属性数据录入两部分。传统管网模型的构建，需对CAD图形数据进行分层处理，并对检查井图层进行特定处理，由于CAD工程制图的不统一，对CAD图纸进行分层处理的工作量大而繁琐；排水管网的属性数据多数存在于纵断面图中，传统的属性数据录入通常是依靠大量的人工操作逐个录入，如检查井的井底高程、井深，管道的上下游管底高程等，由于城市管网错综复杂，大量的人工录入容易出现错误，工作效率低，数据库的质量低，不能够保证管网模型的质量。

基于上述管网模型构建的缺陷，本发明从城市内涝模型构建的需求出发，基于雨水管网设计计算表中管网信息的存储情况，将雨水管网数据批量进行GIS转化，实现雨水管网数据GIS转化的自动化和批量化，极大减少人工逐个录入数据的繁琐操作，提高数据录入的工作效率，保证管网模型模型数据的质量，从而提高构建城市内涝模型的质量，为城市内涝模型的构建提供便利。

发明内容

本发明主要为解决当前基于传统构建城市内涝模型方法，构建管网模型时对CAD工程图纸数据分层处理工作繁琐，人工逐个录入属性数据工作量大，工作效率低，容易出现错误，模型质量低的缺点，提出了一种基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法。

本发明的技术方案如下：

基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法，所述方法依次包含以下步骤：

(1)雨水管网模型构建；

(1.1)雨水管网设计计算表的处理；

通过雨水管网设计计算软件输出的雨水管网设计计算表格必须包含有点的坐标数据，点的坐标数据是定位检查井位置和管段上下游节点位置的关键，表格中的信息包括管段编号、接入管段、管段长度、集流时间、重现期、暴雨强度、转输面积、汇流面积、设计流量、管径、宽度、坡度、流速、起点井坐标、终点井坐标、终点地面标高、起点管底标高、终点管底标高、起点管底埋深和管材。其中管段编号、管段长度、管径、宽度、起点井坐标、终点井坐标、终点地面标高、起点管底标高、终点管底标高、起点管底埋深数据列提供了整个管网模型数据库的属性数据，起点井坐标、终点井坐标定位了检查井所在位置。根据雨水管网设计计算表的数据存储情况，本发明尽量简化数据转换的工作量，将图形数据和属性数据进行同步批量转换。雨水管网设计计算表中集流时间、重现期、暴雨强度、转输面积、汇流面积、设计流量、坡度、流速、和管材的数据列信息无需转换到管网模型数据库，但这些数据列的单元格不可以为空，以免读取数据时出现错误，当数据缺乏时，将其设置为任意数字；例如可以将其设置为0。

雨水管网设计计算表的处理，需首先将各列中存在的空格删除，保证能够正确读取各列数据，通过Excel的替换功能，将存在的空格均替换为空，然后将Excel表格数据复制到文本文档，并将文本文档命名，例如将文本文档名按工程项目取作其拼音缩写，在数据GIS转换时，通过读取文本文档名和管段编号来命名检查井编号和管段编号。

(1.2)雨水管网设计计算表的GIS转化；

管网数据的GIS转换包括图形数据转换和属性数据两部分，传统的管网数据GIS转换，首先需要进行图形数据的转换，转换时需要对CAD图形数据进行分层处理，工作量大而繁琐。图形数据转换后再进行属性数据的转换，而属性数据的转换，传统的方法通常是依靠大量的人工操作逐个录入，如检查井的井底高程、井深，管道的上下游管底高程，由于城市管网错综复杂，这种方法繁琐复杂，工作量大，效率低，容易出现错误，不能够保证模型质量，给模型的构建带来了困难。

根据管网设计计算表的数据存储特点，本发明将图形数据和属性数据转换过程进行简化，通过读取步骤1.1保存的文本文档中的管网坐标信息数据，自动构建整个管网模型系统的矢量化拓扑结构，以点层数据构建检查井、以线层数据构建管段，并将管网系统的水力特征参数(检查井的水力特征参数有X坐标、Y坐标、编号、井底高程、井深，管道的水力特征参数有上游节点X坐标、上游节点Y坐标、下游节点X坐标、下游节点Y坐标、编号、进水节点、出水节点、长度、形状、直径、渠宽、进水偏移、出水偏移)写入GIS属性数据库，实现管网图形数据和属性数据的同步转换，完成管网模型数据的自动化GIS转化。完成转化后将检查井和管段图层输出。

(1.3)CAD汇水区的GIS转换与处理；

将CAD文件加载到ArcGIS软件中，将汇水区边界所在图层导出，转化为Shp文件加载到GIS中，此时汇水区图层为线层，通过GIS的Search功能查找与多边形操作相关的功能，选择“FeaturetoPolygon”，将汇水区线层转化为汇水区面层。然后将第1.2步输出的检查井图层加载到GIS中，通过“ArcToolbox”工具箱中AnalysisTools—Overlay—SpatialJoin(空间连接)将检查井和汇水区进行连接。最后将汇水区的基础数据录入到汇水区属性表的各字段中，包括编号、雨量计编号、出水口、面积、人口密度、不透水区百分比、宽度、坡度。

(2)降雨模型构建；

通过设置建模地区的暴雨强度公式基础参数和降雨雨型的重现期P、降雨历时t、峰值比例r、降雨时间间隔T、径流系数R，构建不同重现期的芝加哥降雨过程线。

(3)DEM模型构建；

将CAD文件加载到ArcGIS软件中，将地形高程点所在图层导出，转化为Shp文件加载到GIS中，通过“ArcToolbox”工具箱中3DAnalystTools—DateManagement—TIN—CreateTIN创建TIN(不规则三角网)文件，然后通过“ArcToolbox”工具箱中3DAnalystTools—Conversion—FromTIN—TINtoRaster将TIN文件转化为Raster文件。

(3)模型输入；

将上述步骤构建的管网模型数据、降雨模型和DEM模型输入到内涝模型软件。例如商业的DHI或ICM等模型软件。

本发明所述基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法的有益效果主要体现在：

1.采用本发明所述的方法，能够利用现有的雨水管网设计计算表信息，同步实现雨水管网模型数据到GIS数据库的有效自动化转化，为城市内涝模型的构建提供方便。

2.本发明极大简化了传统管网模型构建方法对CAD图形数据按要素进行繁琐的分层处理，对属性数据进行人工录入的工作量，避免了传统人工录入属性数据工作繁琐、效率低、易出错的缺点，仅需对雨水管网设计计算表进行简单处理，极大程度的提高了工作效率，保证了管网模型数据GIS化的质量，从而能够保证城市内涝模型的质量。

3.本发明所述方法具有可操作性，只需借助GIS平台下的简易操作即可完成各个步骤，操作简易，容易实现，保证了本发明的可实施性。

附图说明：

图1为本发明工作的流程示意图。

具体实施方式：

本发明的具体实施流程如图1所示，包括以下步骤：

(1)将雨水管网设计计算表中集流时间、重现期、暴雨强度、转输面积、汇流面积、设计流量、坡度、流速、和管材数据列的单元格为空的设置为0。通过Excel的替换功能，将各列中存在的空格删除，然后将“接入管段”整列删除

(2)将Excel表格数据复制到文本文档，并将文本文档命名，例如将文本文档名按工程项目取作其拼音缩写。

(3)通过上述步骤保存的文本文档中的管网坐标信息数据，构建整个管网模型系统的矢量化拓扑结构，以点层数据构建检查井、以线层数据构建管段，并将管网系统的水力特征参数写入GIS属性数据库，完成管网模型数据的自动化GIS转化。

(4)将检查井和管段图层输出。

(5)将CAD文件加载到ArcGis软件中，将汇水区边界所在图层导出，转化为Shp文件加载到GIS中，此时汇水区图层为线层，通过“ArcToolbox”工具箱Search功能查找与多边形操作相关的工具，选择“FeaturetoPolygon”，将汇水区线层转化为汇水区面层。

(6)将第(4)步输出的检查井图层加载到GIS中，通过“ArcToolbox”工具箱中AnalysisTools--Overlay—SpatialJoin(空间连接)将检查井和汇水区进行连接。

(7)将汇水区的基础数据录入到汇水区属性表的各字段中，包括编号、雨量计编号、出水口、面积、人口密度、不透水区百分比、宽度、坡度。

(8)通过设置建模地区的暴雨强度公式基础参数和降雨雨型的重现期P、降雨历时t、峰值比例r、降雨时间间隔T、径流系数R，构建不同重现期的芝加哥降雨过程线。

(9)将CAD文件加载到ArcGIS软件中，将地形高程点所在图层导出，转化为Shp文件加载到GIS中，通过“ArcToolbox”工具箱中3DAnalystTools—DateManagement—TIN—CreateTIN创建TIN(不规则三角网)文件，然后通过“ArcToolbox”工具箱中3DAnalystTools—Conversion—FromTIN—TINtoRaster将TIN文件转化为Raster文件。

(9)将上述步骤构建的管网模型数据、降雨模型和DEM模型输入到内涝模型软件。

Claims (2)

1.基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法，其特征在于：通过管网设计计算表中的管网坐标信息，构建整个管网模型系统的矢量化拓扑结构，以点的形式构建管网系统中的检查井，以线的形式构建管网系统中的管段图层，并同步将管网系统的水力特征参数写入GIS属性数据库，完成管网模型数据的自动化GIS转化。

2.按照权利要求1的基于CAD工程图纸信息和管网设计计算表的城市内涝模型构建方法包括以下步骤：

(1)雨水管网模型构建；

(1.1)雨水管网设计计算表的处理；

通过雨水管网设计计算软件输出的雨水管网设计计算表格必须包含有点的坐标数据，表格中的信息包括管段编号、接入管段、管段长度、集流时间、重现期、暴雨强度、转输面积、汇流面积、设计流量、管径、宽度、坡度、流速、起点井坐标、终点井坐标、终点地面标高、起点管底标高、终点管底标高、起点管底埋深和管材；其中管段编号、管段长度、管径、宽度、起点井坐标、终点井坐标、终点地面标高、起点管底标高、终点管底标高、起点管底埋深数据列提供了整个管网模型数据库的属性数据，起点井坐标、终点井坐标定位了检查井所在位置；根据雨水管网设计计算表的数据存储情况，本发明雨水管网设计计算表中集流时间、重现期、暴雨强度、转输面积、汇流面积、设计流量、坡度、流速、和管材的数据列信息无需转换到管网模型数据库，但这些数据列的单元格不能为空，当数据缺乏时，将其设置为任意数字；

雨水管网设计计算表的处理，需首先将各列中存在的空格删除，保证能够正确读取各列数据，通过Excel的替换功能，将存在的空格均替换为空，然后将Excel表格数据复制到文本文档，并将文本文档命名，在数据GIS转换时，通过读取文本文档名和管段编号来命名检查井编号和管段编号；

(1.2)雨水管网设计计算表的GIS转化；

读取步骤(1.1)保存的文本文档中的管网坐标信息数据，自动构建整个管网模型系统的矢量化拓扑结构，以点层数据构建检查井、以线层数据构建管段，并将管网系统的水力特征参数写入GIS属性数据库，实现管网图形数据和属性数据的同步转换，完成管网模型数据的自动化GIS转化；完成转化后将检查井和管段图层输出：检查井的水力特征参数有X坐标、Y坐标、编号、井底高程、井深，管道的水力特征参数有上游节点X坐标、上游节点Y坐标、下游节点X坐标、下游节点Y坐标、编号、进水节点、出水节点、长度、形状、直径、渠宽、进水偏移、出水偏移；

(1.3)CAD汇水区的GIS转换与处理；

将CAD文件加载到ArcGIS软件中，将汇水区边界所在图层导出，转化为Shp文件加载到GIS中，此时汇水区图层为线层，通过GIS的Search功能查找与多边形操作相关的功能，选择“FeaturetoPolygon”，将汇水区线层转化为汇水区面层；然后将第(1.2)步输出的检查井图层加载到GIS中，通过“ArcToolbox”工具箱中AnalysisTools—Overlay—SpatialJoin空间连接将检查井和汇水区进行连接；最后将汇水区的基础数据录入到汇水区属性表的各字段中，包括编号、雨量计编号、出水口、面积、人口密度、不透水区百分比、宽度、坡度；

(2)降雨模型构建；

通过设置建模地区的暴雨强度公式基础参数和降雨雨型的重现期P、降雨历时t、峰值比例r、降雨时间间隔T、径流系数R，构建不同重现期的芝加哥降雨过程线；

(3)DEM模型构建；

将CAD文件加载到ArcGIS软件中，将地形高程点所在图层导出，转化为Shp文件加载到GIS中，通过“ArcToolbox”工具箱中3DAnalystTools—DateManagement—TIN—CreateTIN创建TIN不规则三角网文件，然后通过“ArcToolbox”工具箱中3DAnalystTools—Conversion—FromTIN—TINtoRaster将TIN文件转化为Raster文件；

(3)模型输入；

将上述步骤构建的管网模型数据、降雨模型和DEM模型输入到内涝模型软件。