CN109190174B - 一种建立管网数据模型的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建立管网模型的方法及系统，所述方法包括：定义管网模型的元数据；根据所述管网模型的元数据特点，建立概念模型，并以UML形式描述；所述概念模型的一级实体定义为管段实体、管点实体、管线实体；空间数据库实例化；解析UML描述的管网概念模型，将其转化为地理空间数据格式，实例化管段对象、管点对象和管线对象，构建管网模型空间数据库。本发明采用统一的数据组织形式，实现了各类管线设施的集成管理和便捷地管网数据拓扑维护，通过虚拟分层有效减小了数据的层数，实现了管网空间数据的快速调用和加载。
Description
技术领域
本发明涉及城市地下管网规划技术领域，具体涉及一种建立管网数据模型的方法及系统。
背景技术
地下管网包括给水管网、排水管网、电力管网、燃气管网、通信管网等，数据量大、类型众多、特性各异，各类管网设施由不同的权属单位和政府独立建立和维护，管理上缺乏统一规划，技术上缺少集成手段，造成各部门间数据一致性无法保障、数据更新困难、现势性差等问题，迫切需要一套比较完善的、能够实现各类管网设施数据综合集成与共享的管网模型。管网模型是针对城市管网设计的网络模型，包括建立管网图形与地理要素的几何拓扑与逻辑拓扑规则并准确表达管网物理网络的各种连接关系。它是建立地下管网信息管理系统的基础，为系统数据查询、编辑、修改、统计与数据分析提供保障。
目前，建立管网模型的方法主要有两种：一种是将图形和属性数据分开存储，通过属性字段的关键字联接，弊端是图形和属性的松散耦合导致关联关系的维护比较复杂，图元间的拓扑关系无法有效管理；另一种是采用分层模式将属性数据、图形数据和拓扑关系数据进行统一管理，如ARCGIS管道模型(APDM)和MAPGIS的网络模型，此类管网模型的缺点是属性数据结构固定化、数据层级数多，难以实现复杂管网的决策分析和综合管理。并且ARCGIS管道模型(APDM)和MAPGIS的网络模型与自身软件平台的数据管理方式紧密相连，缺乏统一性和互操作支持，不利于各地理网络之间的信息集成和功能共享。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种建立管网模型的方法及系统，采用统一的数据组织形式，实现了各类管线设施的集成管理和便捷地管网数据拓扑维护，通过虚拟分层有效减小了数据的层数，实现了管网空间数据的快速调用和加载。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种建立管网模型的方法，包括以下步骤，
步骤1，定义管网模型的元数据，所述管网模型的元数据包括设备分类的元数据和设备字段的元数据；
步骤2，根据所述管网模型的元数据特点，建立概念模型，并以UML形式描述；所述概念模型的一级实体定义为管段实体、管点实体、管线实体；
步骤3，空间数据库实例化；解析UML描述的管网概念模型，将其转化为地理空间数据格式，实例化管段对象、管点对象和管线对象，构建管网模型空间数据库。
进一步，所述步骤1，还包括根据所述设备分类的元数据和设备字段的元数据分别生成设备分类表和设备字段表。
进一步，所述设备分类的元数据用于定义各分类标识码所代表的设备类型；所述设备字段的元数据用于定义各设备涉及的属性字段。
进一步，所述的建立概念模型，包括以下子步骤：
定义模型实体的关键字，所述管段实体的关键字为管段唯一标识码，管点实体的关键字为管点唯一标识码，管线实体的关键字为管线唯一标识码；
定义实体属性，包括管段实体属性、管点实体属性以及管线实体的属性；
扩展和改进实体与关系的定义；将管点和管段类型信息存储在所述设备分类表，并在所述管点实体和管段实体中增加设备分类标识码字段，实现与设备分类表外接关联。
进一步，所述管网模型空间数据库包含所述管网模型规定的管段、管点对象的地理空间数据、属性数据，管线对象的属性数据，以及设备分类数据。
进一步，所述的空间数据库实例化，包括：
对设备分类表和设备字段表中的属性记录进行维护；
依据设备分类表中定义的设备名称及标识，给管点要素添加设备分类标识码；
依据设备分类表中定义的管段的标识，给管段要素添加分类标识码；
依据现场实际情况，将相互连通的两相邻管点设施进行连线，所连成的线作为要素记录保存在管段中，并将两管点的唯一标识码记录在管段属性中；
依据设备字段中定义的各设备对应的字段名称及字段特性，扩展管点要素和管段要素相应的属性列；
对参与构建管线要素的管段要素添加管线标识码；
增加管段删除日志和管点删除日志表，维护管段和管点的删除信息。
另一方面，本发明提供一种建立管网模型的系统，包括：
元数据定义模块，用于定义管网模型的元数据，所述管网模型的元数据包括设备分类的元数据和设备字段的元数据；
模型建立模块，用于根据所述管网模型的元数据特点，建立概念模型，并以UML形式描述；所述概念模型的一级实体定义为管段实体、管点实体、管线实体；
数据库构建模块，用于空间数据库实例化；用于解析UML描述的管网概念模型，将其转化为地理空间数据格式，实例化管段对象、管点对象和管线对象，构建管网模型空间数据库。
进一步，所述元数据定义模块，还用于根据所述设备分类的元数据和设备字段的元数据分别生成设备分类表和设备字段表。
进一步，所述模型建立模块，包括：
关键字定义模块，用于定义模型实体的关键字，所述管段实体的关键字为管段唯一标识码，管点实体的关键字为管点唯一标识码，管线实体的关键字为管线唯一标识码；
属性定义模块，用于定义实体属性，包括管段实体属性、管点实体属性以及管线实体的属性；
扩展改进模块，用于扩展和改进实体与关系的定义；将管点和管段类型信息存储在所述设备分类表，并在所述管点实体和管段实体中增加设备分类标识码字段，实现与设备分类表外接关联。
进一步，所述管网模型空间数据库包含所述管网模型规定的管段、管点对象的地理空间数据、属性数据，管线对象的属性数据，以及设备分类数据。
本发明的有益效果是：本发明采用统一的数据组织形式，实现了各类管线设施的集成管理和便捷地管网数据拓扑维护，通过虚拟分层有效减小了数据的层数，实现了管网空间数据的快速调用和加载；本发明能够用于给水、燃气、供热、排水、排污、电力和电信等市政公用行业管网设施空间及业务信息数据的优化存储和网络拓扑维护，对于构建统一的基础平台和对外提供统一的管网数据展现和功能服务有一定的意义。
GIS中的图形数据是分“层”处理的，本发明通过在设备分类表中保存管点和管段设施类型信息，通过设备分类标识码进行关联，实现了不同类型管网设施的虚拟分层，与目前常用的ARCGIS管网模型(APDM)表示方法相比，本发明的管网模型结构更直观，GIS数据调用、加载和网络分析效率更高，同时也减轻了管网数据的维护复杂度，新增设备类型时不需要重建管网；通过在设备字段表中存储设备相应的字段信息，使字段维护方便，如字段的增删改、修改字段的可见性、约束字段是否为空、约束字段的取值范围、支持字段自动编码、支持字段缺省值等。
本发明采用了统一的数据组织形式，脱离了不同GIS平台数据管理方式的约束，支持与平台无关的通用地理网络应用系统的开发，支持实现不同部门各类管网设施数据的综合集成与共享。
附图说明
图1是本发明建立管网模型的流程图；
图2是本发明的概念模型图；
图3是本发明的一种空间数据实例化后的管网数据组织结构图；
图4为本发明提供的一种建立管网模型的系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种建立管网模型的方法，包括以下步骤：
步骤1，定义管网模型的元数据：
管网模型的元数据包括设备分类的元数据和设备字段的元数据；
设备分类的元数据(表1)定义了各分类标识码所代表的设备类型，如定义dno＝1表示管段、dno＝2表示泵站、dno＝3表示接水点、dno＝4表示消防栓等等；表中“geotype”字段用于定义要素类型；“flag”字段用于控制设备的启用状态；“bs_prop”字段定义了设备的一些特性(资源中心，关断影响，关断特性等)，用于管网分析，如bs_prop＝0表示未定义特性，bs_prop＝1表示关断特性(表示设备具有阻塞水流的作用，如阀门)，bs_prop＝2表示关断影响(表示水流被阻塞后，此设备会受到很大的影响，停水或水压降低，如用户、水表)，bs_prop＝4表示资源中心(表示供水的源头，如水厂、水源等)，bs_prop＝8表示管线附件，bs_prop＝16表示资源装卸，bs_prop＝32表示消防设施，bs_prop＝64表示调压设施，bs_prop＝128表示测压点；“fsdata”字段定义了高程规则，用于根据管网的类型和属性信息计算管线中心点的绝对高程，如对于高程相关信息存储在管点设备的管网，管线中心点的绝对高程可以通过管点中存储的“地面高程-埋深-管径”或“顶点高程-管径”或“底点高程+管径”得到，对于高程相关信息存储在管线设备的管网，管线两端中心点的绝对高程可以通过管线中存储的“起点/终点地面高程-起点/终点埋深-管径”分别计算得到；
表1 设备分类的元数据
设备字段的元数据(表2)定义了各设备涉及的属性字段(name)，如管段涉及到的属性字段包括管段编号、工程编号、起点点号、终点点号、材质、管径、长度、起点埋深、中点埋深等，泵站涉及到的属性字段包括泵站编号、泵站名称、泵站埋深、数据来源等；表中“disptype”字段定义了设备字段的显示类型；“visible”和“editable”字段分别定义了相应的设备属性字段是否显示和是否支持编辑；“findex”字段定义了同类型设备各属性字段的顺序编码；“deval”字段针对新录入的阀门定义了自动添加的前缀或后缀；“prop”字段确认了设备字段的一些特性，如泵站设备的“泵站高程”在“prop”字段中的属性为“高程”、“泵站埋深”在“prop”字段中的属性为“埋深”；“fldval”字段定义了各设备属性字段的枚举值，如“管段”的“管道类型”字段的枚举值可以是“入户管、配水管、输水管、庭院管”，“监测点”的“获取方式”字段的枚举值可以是“在线、自采”；
表2 设备字段的元数据
步骤2，建立概念模型，并以UML形式描述：
根据管网数据特点，本发明的一级实体定义为管段实体、管点实体、管线实体，管段和管点按照利用状态还包括管段废管、管点废管；管段实体是由两个管点构成，管点实体与管段实体是1对多关系，同一管点可被多个管段占用；管线实体是由不同的管段构成，管线实体与管段实体是1对多关系；
首先，定义实体的关键字；本发明的管段实体的关键字为管段唯一标识码，管点实体的关键字为管点唯一标识码，管线实体的关键字为管线唯一标识码；
其次，定义实体的属性；本发明管段实体属性包括管段唯一标识码、前点ID、后点ID、管线ID、创建时间、更新时间、创建人、更新人、geom、GUID；管点实体属性主要包括管点唯一标识码、x坐标、y坐标、角度、创建时间、更新时间、创建人、更新人、geom、GUID；管线实体的属性包括管线唯一标识码、位置、编码、管线名称、备注、创建时间、更新时间、创建人、更新人；
最后，扩展和改进实体与关系的定义；将管点和管段类型信息单独存储在设备分类表中，设备分类表中明确定义管段、泵站、接水点、消防栓、水厂、水池、排气阀、堵头等各类型对应的分类编码、要素类型、使用状态等属性信息；在管点实体和管段实体中增加设备分类标识码字段，实现与设备分类表外接关联；
步骤3，空间数据库实例化：
解析UML描述的管网概念模型，将其转化为地理空间数据格式，实例化管段对象、管点对象和管线对象，选择SQL Server，Oracle，PostGIS，Spatialite等空间数据库，构建本发明管网模型空间数据库；该空间数据库中包含本发明管网模型规定的管段、管点对象的地理空间数据、属性数据，管线对象的属性数据，以及设备分类数据；
空间数据库实例化具体过程如下：(1)对设备分类的元数据表和设备字段的元数据表中的属性记录进行维护，如添加新的设备类型、启动需要/关闭不需要的设备类型或设备相应的字段；(2)对参与构建网络的管点要素设置要素类型属性，即依据设备分类的元数据表中定义的设备名称及标识，给管点要素添加设备分类标识码；(3)对参与构建网络的管段要素设置要素类型属性，即依据设备分类的元数据表中定义的管段的标识，给管段要素添加分类标识码；(4)设置网络联通规则：依据现场实际情况，将相互连通的两相邻管点设施进行连线，所连成的线作为要素记录保存在管段中，并将两管点的唯一标识码记录在管段属性表中(前点ID和后点ID)；(5)扩展管点要素和管段要素的属性：依据设备字段的元数据表中定义的各设备对应的字段名称及字段特性，扩展管点要素和管段要素相应的属性列；(6)对参与构建管线要素的管段要素添加管线标识码；(7)增加管段删除日志和管点删除日志表，维护管段和管点的删除信息；
本发明的管网模型建好后，可以将现场采集整理的外业数据自动导入到空间数据库中，将CH/T 1037-2015《管线信息系统建设技术规范》中管线点表结构中的管线点编号、要素编码、地面高程、X坐标、Y坐标、井盖形状、井盖尺寸、井材质、所在道路、埋设年代等数据对应保存在本发明管网模型中的管点要素的相应字段中，将管线线表结构中的起始管线点编号、终止管线点编号、起始管线点高程、终止管线点高程、起始管线点埋深、终止管线点埋深、要素编码、线型、材质、埋设方式、管径、探测日期等数据对应保存在本发明管网模型中的管线要素的相应字段中，同时将接水点、泵站、井盖等设备信息对应保存在本发明管网模型的设备分类元数据中，将井盖形状、井盖尺寸、井材质等设备字段信息对应保存在本发明管网模型的设备字段元数据中。
实施例1
一种建立管网模型的方法，包括以下步骤：
第一步，定义模型的元数据。
定义设备分类的元数据如下：
| dno | dname | geotype | flag | bs_prop | fsdata |
| 1 | 管段 | 0 | 0 | 0 | |
| 2 | 泵站 | 1 | 0 | 16 | |
| 3 | 接水点 | 1 | 0 | 2 | |
| 4 | 消防栓 | 1 | 0 | 32 | |
| 5 | 水厂 | 1 | 0 | 4 | |
| 6 | 水池 | 1 | 0 | 0 | |
| 7 | 排气阀 | 1 | 0 | 0 | |
| 8 | 出水口 | 1 | 0 | 64 | |
| 9 | 监测点 | 1 | 0 | 0 | |
| 10 | 水表 | 1 | 0 | 2 | |
| 11 | 节点 | 1 | 0 | 256 | |
| 12 | 阀门 | 1 | 0 | 1 | |
| 13 | 考核表 | 1 | 0 | 0 | |
| 14 | 堵头 | 1 | 0 | 256 | |
| … | … | … | … | … | … |
设备字段的部分元数据如下：
第二步，建立概念模型，如图2的UML图所示，本发明的一级实体定义为管段实体、管点实体、管线实体，管段和管点按照利用状态还包括管段废管、管点废管。管段实体是由两个管点构成，管点实体与管段实体是1对多关系，同一管点可被多个管段占用；管线实体是由不同的管段构成，管线实体与管段实体是1对多关系。管点实体和管段实体的设备类型信息存储在设备分类表中，设备分类表中明确定义管段、泵站、接水点、消防栓、水厂、水池、排气阀、堵头等各类型对应的分类编码、要素类型、使用状态等属性信息，管点实体和管段实体通过设备分类标识码dno与设备分类表外接关联；各设备涉及的属性字段及字段特性存储在设备字段表中，设备字段表通过设备分类标识码dno与设备分类表外接关联。
第三步，空间数据库实例化。
解析UML描述的管网概念模型，将其转化为地理空间数据格式，实例化管段对象、管点对象和管线对象，构建本发明管网模型空间数据库。该空间数据库中包含本发明管网模型规定的管段、管点对象的地理空间数据、属性数据，管线对象的属性数据，以及设备分类数据。然后依据设备分类的元数据表中定义的管段的标识设备字段的元数据表中定义的各设备对应的字段名称及字段特性扩展管点要素和管段要素的属性，图3显示了空间数据实例化后的管网数据组织结构。
图3中，地下管网数据主要分为管点、管段、管线。管点数据主要包括管点唯一标识码gid，设备分类标识码dno，以及创建时间、更新时间、创建人、更新人、geom、GUID、泵站编号、泵站名称、泵站埋深、地面高程、工程编号、资产编号、数据来源等相关属性信息；管段数据主要包括管段唯一标识码gid，设备分类标识码dno，关联的管点信息(前点ID和后点ID)，关联的管线信息(PipeID)，以及创建时间、更新时间、创建人、更新人、geom、GUID、工程编号、管长、管径、材质、起点埋深、终点埋深、管道类型等相关属性信息；管线数据的属性包括管线唯一标识码、位置、编码、管线名称、备注、创建时间、更新时间、创建人、更新人等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
Claims (8)
1.一种建立管网模型的方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，定义管网模型的元数据，所述管网模型的元数据包括设备分类的元数据和设备字段的元数据；
步骤2，根据所述管网模型的元数据特点，建立概念模型，并以UML形式描述；所述概念模型的一级实体定义为管段实体、管点实体、管线实体；管段和管点按照利用状态还包括管段废管、管点废管；管段实体是由两个管点构成，管点实体与管段实体是1对多关系，同一管点可被多个管段占用；管线实体是由不同的管段构成，管线实体与管段实体是1对多关系；
步骤3，空间数据库实例化；解析UML描述的管网概念模型，将其转化为地理空间数据格式，实例化管段对象、管点对象和管线对象，构建管网模型空间数据库；
所述的建立概念模型，包括以下子步骤：
定义模型实体的关键字，所述管段实体的关键字为管段唯一标识码，管点实体的关键字为管点唯一标识码，管线实体的关键字为管线唯一标识码；
定义实体属性，包括管段实体属性、管点实体属性以及管线实体的属性；
扩展和改进实体与关系的定义；将管点和管段类型信息存储在所述设备分类表，并在所述管点实体和管段实体中增加设备分类标识码字段，实现与设备分类表外接关联。
2.根据权利要求1所述一种建立管网模型的方法，其特征在于，所述步骤1，还包括根据所述设备分类的元数据和设备字段的元数据分别生成设备分类表和设备字段表。
3.根据权利要求2所述一种建立管网模型的方法，其特征在于，所述设备分类的元数据用于定义各分类标识码所代表的设备类型；所述设备字段的元数据用于定义各设备涉及的属性字段。
4.根据权利要求1所述一种建立管网模型的方法，其特征在于，所述管网模型空间数据库包含所述管网模型规定的管段、管点对象的地理空间数据、属性数据，管线对象的属性数据，以及设备分类数据。
5.根据权利要求1所述一种建立管网模型的方法，其特征在于，所述的空间数据库实例化，包括：
对设备分类表和设备字段表中的属性记录进行维护；
依据设备分类表中定义的设备名称及标识，给管点要素添加设备分类标识码；
依据设备分类表中定义的管段的标识，给管段要素添加分类标识码；
依据现场实际情况，将相互连通的两相邻管点设施进行连线，所连成的线作为要素记录保存在管段中，并将两管点的唯一标识码记录在管段属性中；
依据设备字段中定义的各设备对应的字段名称及字段特性，扩展管点要素和管段要素相应的属性列；
对参与构建管线要素的管段要素添加管线标识码；
增加管段删除日志和管点删除日志表，维护管段和管点的删除信息。
6.一种建立管网模型的系统，其特征在于，包括：
元数据定义模块，用于定义管网模型的元数据，所述管网模型的元数据包括设备分类的元数据和设备字段的元数据；
模型建立模块，用于根据所述管网模型的元数据特点，建立概念模型，并以UML形式描述；所述概念模型的一级实体定义为管段实体、管点实体、管线实体；管段和管点按照利用状态还包括管段废管、管点废管；管段实体是由两个管点构成，管点实体与管段实体是1对多关系，同一管点可被多个管段占用；管线实体是由不同的管段构成，管线实体与管段实体是1对多关系；
数据库构建模块，用于空间数据库实例化；用于解析UML描述的管网概念模型，将其转化为地理空间数据格式，实例化管段对象、管点对象和管线对象，构建管网模型空间数据库；
所述模型建立模块，包括：
关键字定义模块，用于定义模型实体的关键字，所述管段实体的关键字为管段唯一标识码，管点实体的关键字为管点唯一标识码，管线实体的关键字为管线唯一标识码；
属性定义模块，用于定义实体属性，包括管段实体属性、管点实体属性以及管线实体的属性；
扩展改进模块，用于扩展和改进实体与关系的定义；将管点和管段类型信息存储在所述设备分类表，并在所述管点实体和管段实体中增加设备分类标识码字段，实现与设备分类表外接关联。
7.根据权利要求6所述一种建立管网模型的系统，其特征在于，所述元数据定义模块，还用于根据所述设备分类的元数据和设备字段的元数据分别生成设备分类表和设备字段表。
8.根据权利要求6所述一种建立管网模型的系统，其特征在于，所述管网模型空间数据库包含所述管网模型规定的管段、管点对象的地理空间数据、属性数据，管线对象的属性数据，以及设备分类数据。
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