CN112597670B - 一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法及装置，该方法包括：获取地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件；根据地形高程数据图，确定汇水区土壤特征数据，构成第一数据表格；根据市政管网数据图，确定管网数据，构成第二数据表格；将第一数据表格和第二数据表格转换为元胞变量，并在降雨数据文件查找对应的降雨数据和存储位置，生成数据向量；根据预设的脚本函数，循环调用元胞变量或数据向量，写入对应的文本文件中；保存文本文件，以将文本文件作为暴雨洪水管理模型软件的输入数据。本发明利用脚本函数的功能，使文本文件自动生成，避免繁琐重复的数据转换工作，保证了SWMM模型输入数据的高效性，操作简单，容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及市政工程技术领域，尤其涉及一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法及装置。
背景技术
我国大部分城市排水管网建于上个世纪60、70年代，防洪排涝建设标准偏低。随着使用年限的增加，管网设施老化及损坏现象时有发生，加上长期以来排水设施建设落后于城市发展，因而近年来国内城市内涝灾害频发，给城市居民的生命财产安全带来了严重威胁。为推进海绵城市的建设，合理建设城市排水管网系统，就必须深入认识各种排水设施的作用及调控规律，建立一套高效稳定的数学模型，从而对城市排水管网系统建设进行指导。
SWMM(storm water management model，暴雨洪水管理模型软件)是美国环境保护署针对城市区域雨水径流和水质分析开发的一款功能强大的水文、水动力学模型软件，被广泛用于城市区域的排水管网规划设计、城市内涝预警预报、城市排水能力评估等领域。在利用SWMM构建排水管网模型时，如果研究区域较小，管网简单，则可以选择在SWMM内逐一添加子汇水区、管道等对象，并手动输入属性数据。但当研究区域较大，管网较复杂，需要输入的管网等所需建模数据量巨大，手动输入会耗费大量时间精力并且容易出错，此时则需要采用导入外部文件的方式来输入数据。通常管网数据文件为CAD或者GIS文件，但是SWMM模型软件中不能直接导入这些数据文件，只有将建模所需数据按照特定规则存放在.inp格式文本文件中才能正确导入到SWMM模型软件中。
现有技术中，采用了多样的.inp文件创建方法，比如，将数据手动录入到GIS中建立管网模型数据层，通过GIS模型数据库构建与.inp文件的对应关系，保存成.inp文件；又或者在CAD中对数据处理后存储为DXT格式文件，然后借助外部软件EPANET生成空白的.inp文件，最后将DXT格式文件转存至.inp文件中；又或者在CAD和GIS中对数据预先分类提取，保存成不同的.txt文本文件，整理后转存到excel中，再利用记事本程序按照排放规则手动码放到.inp文件中。但这些方法仍需要研究者手动录入或转存大量数据，工作量大且容易出错，对构建模型仍然不够方便。综上，如何快速高效地进行SWMM模型软件的数据导入是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，用以解决如何快速高效地进行SWMM模型软件的数据导入的问题。
本发明提供一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，包括：
获取地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件；
根据所述地形高程数据图，确定汇水区土壤特征数据，并构成第一数据表格；
根据所述市政管网数据图，确定管网数据，并构成第二数据表格；
将所述第一数据表格和所述第二数据表格转换为元胞变量，并在所述降雨数据文件查找所述元胞变量对应的降雨数据和存储位置，生成数据向量；
根据预设的脚本函数，循环调用所述元胞变量或所述数据向量，将所述元胞变量或所述数据向量写入对应的文本文件中；
保存所述文本文件，以将所述文本文件作为SWMM模型的输入数据。
进一步地，所述根据所述地形高程数据图，确定汇水区土壤特征数据包括：
提取所述地形高程数据图中的至少一个子汇水区对应的不透水率和坡度；
根据所述至少一个子汇水区的土地利用类型，确定对应的土壤下渗率；
根据所述不透水率、所述坡度以及所述土壤下渗率，确定对应的所述汇水区土壤特征数据。
进一步地，所述将所述第一数据表格和所述第二数据表格转换为元胞变量包括：
将所述第一数据表格、所述第二数据表格以及所述降雨数据文件放在同一文件夹内；
根据所述第一数据表格、所述第二数据表格中的数据，确定并保存所述元胞变量。
进一步地，所述根据所述市政管网数据图，确定管网数据，并构成第二数据表格包括：
根据所述市政管网数据图，确定所述管网数据；
将所述管网数据分为点数据、线数据以及面数据；
在所述市政管网数据图的图层内，分别针对所述点数据、所述线数据以及所述面数据，建立对应的属性表；
将所述属性表保存为.csv电子表格文件，形成所述第二数据表格。
进一步地，所述在所述降雨数据文件查找所述元胞变量对应的降雨数据和存储位置，生成数据向量包括：
自动循环查找所述降雨数据文件中的每个元素数组；
根据所述元胞变量，在所有所述元素数组中进行查找，确定对应的所述降雨数据和所述存储位置；
根据所述降雨数据和所述存储位置，生成所述数据向量。
进一步地，所述根据预设的脚本函数，循环调用所述元胞变量或所述数据向量，将所述元胞变量或所述数据向量写入对应的文本文件中包括：
定义所述脚本函数的名称及运行需要的输入变量，其中，所述输入变量包括所述元胞变量、所述数据向量中的至少一种；
循环读取所述输入变量，创建并打开对应的所述文本文件，将所述输入变量写入所述文本文件中；
将写入所述输入变量的文本文件保存并关闭。
进一步地，所述文本文件的文件格式为.inp文件。
本发明还提供一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入装置，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，对地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件进行有效的获取；然后，基于地形高程数据图，确定其中的汇水区土壤特征数据，形成对应的电子表格数据，以此直观反馈土壤特征；接着，根据市政管网数据图，确定管网数据，形成对应的电子表格数据，以此直观反馈管网数据；进而，结合第一数据表格和第二数据表格生成元胞变量，以此共同表示汇水区土壤特征和管网数据，同时，结合降雨数据文件，生成数据向量，充分考虑了汇水区土壤特征数据、管网数据、降雨数据之间的对应关系；接着，根据预设的脚本函数，循环调用元胞变量或数据向量，就能完成.inp文件的自动生成；最后，将文本文件作为SWMM模型的输入数据，利用函数功能避免了繁琐重复的数据转换工作，实现了多种数据的快速准确地导入。综上，本发明利用脚本函数功能完成大量的繁琐重复性工作，能大幅降低研究者的时间精力，只需要进行应用相对简单的函数语句就能够实现.inp文件的自动生成，能够大幅节约研究者数据处理的时间，降低工作量，避免大量数据处理时可能带来的人为错误，使得研究者在利用SWMM模型软件构建城市管网水力模型时更加快捷、便利。
附图说明
图1为本发明提供的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法的流程示意图；
图2为本发明提供的确定汇水区土壤特征数据的流程示意图；
图3为本发明提供的确定元胞变量的流程示意图；
图4为本发明提供的确定第二数据表格的流程示意图；
图5为本发明提供的生成数据向量的流程示意图；
图6为本发明提供的调用元胞变量或数据向量的流程示意图；
图7为本发明提供的暴雨洪水管理模型软件的数据输入装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明实施例提供了一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，结合图1来看，图1为本发明提供的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法的流程示意图，上述暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法包括步骤S1至步骤S6，其中：
在步骤S1中，获取地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件；
在步骤S2中，根据地形高程数据图，确定汇水区土壤特征数据，并构成第一数据表格；
在步骤S3中，根据市政管网数据图，确定管网数据，并构成第二数据表格；
在步骤S4中，将第一数据表格和第二数据表格转换为元胞变量，并在降雨数据文件查找元胞变量对应的降雨数据和存储位置，生成数据向量；
在步骤S5中，根据预设的脚本函数，循环调用元胞变量或数据向量，将元胞变量或数据向量写入对应的文本文件中；
在步骤S6中，保存文本文件，以将文本文件作为SWMM模型的输入数据。
在本发明实施例中，首先，对地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件进行有效的获取；然后，基于地形高程数据图，确定其中的汇水区土壤特征数据，形成对应的电子表格数据，以此直观反馈土壤特征；接着，根据市政管网数据图，确定管网数据，形成对应的电子表格数据，以此直观反馈管网数据；进而，结合第一数据表格和第二数据表格生成元胞变量，以此共同表示汇水区土壤特征和管网数据，同时，结合降雨数据文件，生成数据向量，充分考虑了汇水区土壤特征数据、管网数据、降雨数据之间的对应关系；接着，根据预设的脚本函数，循环调用元胞变量或数据向量，就能完成.inp文件的自动生成；最后，将文本文件作为SWMM模型的输入数据，利利用函数功能避免了繁琐重复的数据转换工作，实现了多种数据的快速准确地导入。
优选地，本发明生成第一数据表格和第二数据表格的实现软件包括但不限于ArcGIS遥感解析软件，首先根据地形高程数据图划分出子汇水区域，利用ArcGIS等遥感解析软件提取各个子汇水区的不透水率及坡度，根据子汇水区内的土地利用类型来确定土壤下渗率，将这些计算出的数据保存为.csv电子表格文件。随后在ArcGIS中打开市政管网数据图，根据不同对象的几何属性，在软件内将这些管网数据分为点数据、线数据以及面数据，在图层内对这三类数据分别建立属性表并导出成.csv电子表格文件。将上述得到的电子表格工程数据文件以及收集的降雨数据文件放在同一个文件夹内。
其中，本发明通过Matlab软件实现元胞变量、数据向量及脚本函数的生成，在Matlab软件中导入电子表格文件并保存为元胞数组变量。利用Matlab中dir函数自动查找降雨数据文件，并将这些文件的数目及存储位置存为向量，通过组合Matlab中的fopen、fprintf等功能函数及简单的for循环来组成脚本函数，通过执行脚本函数的方式自动调用变量及向量中的数据内容并将其写入.inp文本文件中，实现SWMM输入文件的自动生成。
需要说明的是，管网模型数据在.inp文件是具有特定的排放规则的，如果能通过脚本函数自动提取数据并按照规则在相应位置写入数据，自动生成.inp文件，利用脚本函数功能完成大量的繁琐重复性工作，就能大幅降低研究者的时间精力，同时也能避免大量数据处理过程中人为错误的影响。本发明从SWMM水力模型构建的需求出发，利用MATLAB脚本函数自动生成SWMM输入文件的方法，能够自动快速的生成.inp文件，为SWMM水力模型的构建带来便利。
优选地，结合图2来看，图2为本发明提供的确定汇水区土壤特征数据的流程示意图，上述步骤S2包括步骤S21至步骤S23，其中：
在步骤S21中，提取地形高程数据图中的至少一个子汇水区对应的不透水率和坡度；
在步骤S22中，根据至少一个子汇水区的土地利用类型，确定对应的土壤下渗率；
在步骤S23中，根据不透水率、坡度以及土壤下渗率，确定对应的汇水区土壤特征数据。
作为具体实施例，本发明实施例在地形高程数据图中划分出子汇水区域，并有效提取对应的不透水率、坡度以及土壤下渗率，反馈多个子汇水区域的土壤情况，以便结合土壤情况生成对应的.inp文件。
优选地，第一数据表格的构成包括：将不透水率、坡度以及土壤下渗率保存为.csv电子表格文件，形成第一数据表格。作为具体实施例，本发明实施例生成第一数据表格，直观反映土壤特征数据，便于后续的数据转换和导入。
优选地，结合图3来看，图3为本发明提供的确定元胞变量的流程示意图，上述步骤S4包括步骤S41至步骤S42，其中：
在步骤S41中，将第一数据表格、第二数据表格以及降雨数据文件放在同一文件夹内；
在步骤S42中，根据第一数据表格、第二数据表格中的数据，确定并保存元胞变量。
作为具体实施例，本发明实施例结合第一数据表格和第二数据表格生成元胞变量，以此共同表示汇水区土壤特征和管网数据。
优选地，结合图4来看，图4为本发明提供的确定第二数据表格的流程示意图，上述步骤S3包括步骤S31至步骤S34，其中：
在步骤S31中，根据市政管网数据图，确定管网数据；
在步骤S32中，将管网数据分为点数据、线数据以及面数据；
在步骤S33中，在市政管网数据图的图层内，分别针对点数据、线数据以及面数据，建立对应的属性表；
在步骤S34中，将属性表保存为.csv电子表格文件，形成第二数据表格。
作为具体实施例，本发明实施例针对市政管网数据图进行有效的信息提取，形成第二数据表格，直观反馈管网数据，便于后续的数据转换和导入。
优先地，结合图5来看，图5为本发明提供的生成数据向量的流程示意图，上述步骤S4包括步骤S43至步骤S44，其中：
在步骤S43中，自动循环查找降雨数据文件中的每个元素数组；
在步骤S44中，根据元胞变量，在所有元素数组中进行查找，确定对应的降雨数据和存储位置；
在步骤S45中，根据降雨数据和存储位置，生成数据向量。
作为具体实施例，本发明实施例结合第一数据表格和第二数据表格生成元胞变量，以此共同表示汇水区土壤特征和管网数据，同时，结合降雨数据文件，生成数据向量，充分考虑了汇水区土壤特征数据、管网数据、降雨数据之间的对应关系。
优先地，结合图6来看，图6为本发明提供的调用元胞变量或数据向量的流程示意图，上述步骤S5包括步骤S51至步骤S53，其中：
在步骤S51中，定义脚本函数的名称及运行需要的输入变量，其中，输入变量包括元胞变量、数据向量中的至少一种；
在步骤S52中，循环读取输入变量，创建并打开对应的文本文件，将输入变量写入文本文件中；
在步骤S53中，将写入输入变量的文本文件保存并关闭。
作为具体实施例，本发明实施例执行脚本函数，自动调用变量及向量中的数据内容并将其写入.inp文本文件中，生成符合SWMM软件输入要求的.inp文件。
优选地，本文件的文件格式为.inp文件。作为具体实施例，本发明实施例生成的.inp文件符合SWMM模型软件的导入数据格式，保证数据导入的准确性和快速性。
需要说明的是，根据符合SWMM软件输入要求的.inp文件格式，通过组合Matlab中的fopen、fprintf等功能函数及简单的for循环来组成脚本函数。进一步地执行脚本函数，自动调用变量及向量中的数据内容并将其写入.inp文本文件中，生成符合SWMM软件输入要求的.inp文件。
其中，脚本函数语句主要部分具体包括：
函数定义语句：定义脚本函数名称及函数运行需要输入的变量；
创建文本及写入语句：包含fopen函数，功能是创建一个文本文件并打开，包含fprintf函数，功能是将调用变量或向量数据内容写入文本文件中；
读取写入循坏语句：包含for循环语句，循环体内包含fprintf等功能函数语句，功能是循环反复执行读取变量或向量数据并将其写入文本文件中；
保存并关闭文本语句：包含fclose函数，功能是将写好的.inp文本文件内容进行保存并关闭文件。
实施例2
本发明实施例提供了一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入装置，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法。
实施例3
本发明实施例提供了一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入装置，结合图7来看，图7为本发明提供的暴雨洪水管理模型软件的数据输入装置的结构示意图，上述暴雨洪水管理模型软件的数据输入装置700包括：
获取单元701，用于获取地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件；
处理单元702，用于根据所述地形高程数据图，确定汇水区土壤特征数据，并构成第一数据表格；还用于根据所述市政管网数据图，确定管网数据，并构成第二数据表格；还用于将所述第一数据表格和所述第二数据表格转换为元胞变量，并在所述降雨数据文件查找所述元胞变量对应的降雨数据和存储位置，生成数据向量；还用于根据预设的脚本函数，循环调用所述元胞变量或所述数据向量，将所述元胞变量或所述数据向量写入对应的文本文件中；
数据输入单元703，用于保存所述文本文件，以将所述文本文件作为SWMM模型的输入数据。
本发明公开了一种基于贝叶斯回归的多来源降雨数据融合算法及装置，对地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件进行有效的获取；然后，基于地形高程数据图，确定其中的汇水区土壤特征数据，形成对应的电子表格数据，以此直观反馈土壤特征；接着，根据市政管网数据图，确定管网数据，形成对应的电子表格数据，以此直观反馈管网数据；进而，结合第一数据表格和第二数据表格生成元胞变量，以此共同表示汇水区土壤特征和管网数据，同时，结合降雨数据文件，生成数据向量，充分考虑了汇水区土壤特征数据、管网数据、降雨数据之间的对应关系；接着，根据预设的脚本函数，循环调用元胞变量或数据向量，就能完成.inp文件的自动生成；最后，将文本文件作为SWMM模型的输入数据，利用函数功能避免了繁琐重复的数据转换工作，实现了多种数据的快速准确地导入。
本发明技术方案，利用脚本函数功能完成大量的繁琐重复性工作，能大幅降低研究者的时间精力，只需要进行应用相对简单的函数语句就能够实现.inp文件的自动生成，能够大幅节约研究者数据处理的时间，降低工作量，避免大量数据处理时可能带来的人为错误，使得研究者在利用SWMM模型软件构建城市管网水力模型时更加快捷、便利。综上，本发明利用脚本函数的功能，使文本文件自动生成，避免繁琐重复的数据转换工作，保证了SWMM模型软件输入数据的高效性，操作简单，容易实现。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，包括：
获取地形高程数据图、市政管网数据图和降雨数据文件；
根据所述地形高程数据图，确定汇水区土壤特征数据，并构成第一数据表格；
根据所述市政管网数据图，确定管网数据，并构成第二数据表格；
将所述第一数据表格和所述第二数据表格转换为元胞变量，并在所述降雨数据文件查找所述元胞变量对应的降雨数据，并确定所述降雨数据所属的所述降雨数据文件的存储位置，根据所述降雨数据和所述存储位置，生成数据向量；
根据预设的脚本函数，循环调用所述元胞变量或所述数据向量，将所述元胞变量或所述数据向量写入对应的文本文件中；
保存所述文本文件，以将所述文本文件作为SWMM模型的输入数据。
2.根据权利要求1所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，所述根据所述地形高程数据图，确定汇水区土壤特征数据包括：
提取所述地形高程数据图中的至少一个子汇水区对应的不透水率和坡度；
根据所述至少一个子汇水区的土地利用类型，确定对应的土壤下渗率；
根据所述不透水率、所述坡度以及所述土壤下渗率，确定对应的所述汇水区土壤特征数据。
3.根据权利要求2所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，所述第一数据表格的构成包括：将所述不透水率、所述坡度以及所述土壤下渗率保存为.csv电子表格文件，形成所述第一数据表格。
4.根据权利要求3所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，所述将所述第一数据表格和所述第二数据表格转换为元胞变量包括：
将所述第一数据表格、所述第二数据表格以及所述降雨数据文件放在同一文件夹内；
根据所述第一数据表格、所述第二数据表格中的数据，确定并保存所述元胞变量。
5.根据权利要求1所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，所述根据所述市政管网数据图，确定管网数据，并构成第二数据表格包括：
根据所述市政管网数据图，确定所述管网数据；
将所述管网数据分为点数据、线数据以及面数据；
在所述市政管网数据图的图层内，分别针对所述点数据、所述线数据以及所述面数据，建立对应的属性表；
将所述属性表保存为.csv电子表格文件，形成所述第二数据表格。
6.根据权利要求5所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，所述在所述降雨数据文件查找所述元胞变量对应的降雨数据，并确定所述降雨数据所属的所述降雨数据文件的存储位置，根据所述降雨数据和所述存储位置，生成数据向量包括：
自动循环查找所述降雨数据文件中的每个元素数组；
根据所述元胞变量，在所有所述元素数组中进行查找，确定对应的所述降雨数据；
根据所述降雨数据，确定所属所述降雨数据文件的存储位置；
根据所述降雨数据和所述存储位置，生成所述数据向量。
7.根据权利要求1所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，所述根据预设的脚本函数，循环调用所述元胞变量或所述数据向量，将所述元胞变量或所述数据向量写入对应的文本文件中包括：
定义所述脚本函数的名称及运行需要的输入变量，其中，所述输入变量包括所述元胞变量、所述数据向量中的至少一种；
循环读取所述输入变量，创建并打开对应的所述文本文件，将所述输入变量写入所述文本文件中；
将写入所述输入变量的文本文件保存并关闭。
8.根据权利要求1所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法，其特征在于，所述文本文件的文件格式为.inp文件。
9.一种暴雨洪水管理模型软件的数据输入装置，其特征在于，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现根据权利要求1-8任一项所述的暴雨洪水管理模型软件的数据输入方法。
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