CN113673067B - 基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法及系统 - Google Patents

基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于城市排水管网与数字高程模型的城市汇水区划分方法，包括以下步骤：步骤S1:获取城市排水管网数据，并将城市排水管网数据中的排口编号数据记录于排口编号集合；步骤S2:搜寻排口编号的上游第一根管段的检查井编号;步骤S3:搜寻将作为下游检查井编号的管段；步骤S4:判断步骤S3的搜寻结果是否为空值；步骤S5:记录该管道的上下游检查井编号于集合List，并更新；步骤S6:为管段赋值排口编号；步骤S7:判断集合Outfall中的排口编号是否均搜索完成，若搜索完成则转至步骤S8，若未搜索完成则转至步骤S2并更新，同时清空集合List；步骤S8:输出管网搜寻结果，并将输出的管网结果转换为栅格数据；步骤S9:根据栅格数据，进一步基于水流数据完成汇水区划分。

Description

基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法及系统
技术领域
本发明于排水设计领域，具体涉及一种基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法。
背景技术
城市汇水区的识别与划分是排水设计前期的重要基础工作，汇水区的大小直接关系到排水设施的规模，汇水区划分过大将导致排水设施规模过大，产生资源浪费，汇水区划分过小将导致排水设施规模过小，增加内涝风险。因此，城市汇水区的科学划分工作至关重要。
目前，城市汇水区的划分方法存在两方面问题，一是常采用的汇水区划分方法以人工计算和目测估计为主，划分精度和效率低，且容易受人为因素影响，准确性难以保证；二是通过地理信息系统(ARCGIS)的水文分析模块的汇水区划分方法仅适用于生成自然条件下的大尺度水文流域，城市汇水区有别于此类流域，城市汇水区内的水流往往是由地表流向管网，再由管网汇入河道，目前的划分工具难以结合城市排水管网划分城市汇水区。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法及系统，能够有效结合城市排水管网划分城市汇水区，提高城市排水设计质量，降低资源浪费，
一种基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法，包括以下步骤：
步骤S1:获取城市排水管网数据，并将城市排水管网数据中的排口编号数据记录于排口编号集合Outfall；
步骤S2:搜寻排口编号Oi的上游第一根管段的检查井编号Yi；
步骤S3:根据步骤S2得到的上游第一根管段的检查井编号Yi，进一步搜寻将Yi作为下游检查井编号的管段；
步骤S4:判断步骤S3的搜寻结果是否为空值，若为空值则转至步骤S6，若不为空值则转至步骤S5；
步骤S5:记录管段的上下游检查井编号(Ysi,Yei)于集合List，并更新Yi；
步骤S6:根据集合List记录的上下游检查井编号搜索对应管段,为管段赋值排口编号Oi；
步骤S7:判断集合Outfall中的排口编号是否均搜索完成，若搜索完成则转至步骤S8，若未搜索完成则转至步骤S2并更新Oi，同时清空集合List；
步骤S8:输出管网搜寻结果，并将输出的管网结果转换为栅格数据；
步骤S9:根据栅格数据，进一步基于水流数据完成汇水区划分。
进一步的，所述步骤S5具体为：记录管段的上下游检查井编号(Ysi,Yei)于集合List,List可由式(2)表示，并根据式(3)更新Yi
List＝{(Ys1,Ye1),(Ys2,Ye2),(Ys3,Ye3),…,(Ysn,Yen)} (2)
Yi＝Yi+1 (3)
式中，Ysi表示管段上游检查井编号，Yei表示管段下游检查井编号。
进一步的，所述步骤S7根据式4更新Oi，同时清空集合List：
Oi＝Oi+1 (4)。
进一步的，所述步骤S9具体为：
步骤S91:采用最大距离权落差法计算数字高程模型中各网格与领域8个网格的距离权落差值；
步骤S92:设置流向网格aij,并进行水流运动轨迹计算
步骤S93:判断流向网格aij是否已记录有流域编号，若是则转至步骤S92，并重新赋值aij，若否则转至步骤S94；
步骤S94:根据流向栅格Flowdirection计算水流沿网格aij运动至的下一网格a*，并将同一水流运动轨迹的网格记录于集合W中；
步骤S95:根据步骤S8得到的管道栅格数据，判断水流沿网格aij运动至的下一网格a*是否为管道栅格或是否已有流域编号，若是则转至步骤S96，若否则转至步骤S92；
步骤S96:将集合W中的所有网格记录a*的流域编号或管道对应的排口编号；
步骤S97:判断流向栅格Flowdirection是否均计算完成，若是则转至步骤S98，若否则转至步骤S92并清空集合W，并重新赋值aij；
步骤S98:输出计算完成的子流域成果。
进一步的，所述步骤S91具体为:各中心网格利用1、2、4、8、16、32、64、128编码进行方向编号,生成水流流向栅格，水流流向栅格可由式6表示
式中，Slope(i,j+1)是行数为i,列数为j处地形网格与行数为i，列数为j+1处地形网格的距离权落差值；H(i,j)和H(i,j+1)分别为相应位置网格的高程；D(i,j+1)为两栅格间的距离；Flowdirection表示流向栅格，aij表示流向栅格中的流向编码，由1、2、4、8、16、32、64、128表示。
进一步的，所述步骤S93中重新赋值具体为:
aij＝aij+1 or aij＝ai+1j (7)。
进一步的，所述W表示为：
Winitial＝{aij},W＝append(a*) (8)。
一种基于城市排水管网与数字高程模型的城市汇水区划分系统，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，具体执行如所述的城市汇水区划分方法中的步骤。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明能够有效结合城市排水管网划分城市汇水区，提高城市排水设计质量，降低资源浪费。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明一实施例中由排口搜寻上游检查井编号示意图；
图3是本发明一实施例中由检查井编号搜寻上游管段示意图；
图4是本发明一实施例中流向栅格方向编码示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法，包括以下步骤：
步骤S1:获取城市排水管网数据，并将城市排水管网数据中的排口编号数据记录于排口编号集合Outfall；
Outfall＝{O1,O2,O3,…,On} (1)
式中，Oi表示排口编号。
步骤S2:搜寻排口编号Oi的上游第一根管段的检查井编号Yi；，详见示意图2。
步骤S3:根据步骤S2得到的上游第一根管段的检查井编号Yi，进一步搜寻将Yi作为下游检查井编号的管段；详见示意图3。
步骤S4:判断步骤S3的搜寻结果是否为空值，若为空值则转至步骤S6，若不为空值则转至步骤S5；
步骤S5:记录管段的上下游检查井编号(Ysi,Yei)于集合List,List可由式2表示，并根据式3更新Yi
List＝{(Ys1,Ye1),(Ys2,Ye2),(Ys3,Ye3),…,(Ysn,Yen)} (2)
Yi＝Yi+1 (3)
式中，Ysi表示管段上游检查井编号，Yei表示管段下游检查井编号。
步骤S6:根据集合List记录的上下游检查井编号搜索对应管段,为管段赋值排口编号Oi；
步骤S7:判判断集合Outfall中的排口编号是否均搜索完成，若搜索完成则转至步骤8，若未搜索完成则转至步骤2并按式4更新Oi，同时清空集合List。
Oi＝Oi+1 (4)
步骤S8:输出管网搜寻结果，并将输出的管网结果转换为栅格数据；
步骤S9:根据栅格数据，进一步基于水流数据完成汇水区划分。
在本实施例中，步骤S9具体为：
步骤S91:采用最大距离权落差法(式5)计算数字高程模型中各网格与领域8个网格的距离权落差值，将其作为水流流向的判断依据(落差值越大表示水流流向该网格)，各中心网格利用1、2、4、8、16、32、64、128编码进行方向编号,生成水流流向栅格，水流流向栅格可由式6表示，各编码代表的方向详见图4所示。
式中，Slope(i,j+1)是行数为i,列数为j处地形网格与行数为i，列数为j+1处地形网格的距离权落差值；H(i,j)和H(i,j+1)分别为相应位置网格的高程；D(i,j+1)为两栅格间的距离；Flowdirection表示流向栅格，aij表示流向栅格中的流向编码，由1、2、4、8、16、32、64、128表示。
步骤S92:设置流向网格aij,并进行水流运动轨迹计算
步骤S93:判断流向网格aij是否已记录有流域编号，若是则转至步骤S92，并按式7重新赋值aij，若否则转至步骤S94。
aij＝aij+1 or aij＝ai+1j (7)
步骤S94:根据流向栅格Flowdirection计算水流沿网格aij运动至的下一网格a*，并将同一水流运动轨迹的网格记录于集合W中，W可用式8表示。
Winitial＝{aij},W＝append(a*) (8)
步骤S95:根据步骤S8得到的管道栅格数据，判断水流沿网格aij运动至的下一网格a*是否为管道栅格或是否已有流域编号，若是则转至步骤S96，若否则转至步骤S92；
步骤S96:将集合W中的所有网格记录a*的流域编号或管道对应的排口编号；
步骤S97:判断流向栅格Flowdirection是否均计算完成，若是则转至步骤S98，若否则转至步骤S92并清空集合W，并重新赋值aij；
步骤S98:输出计算完成的子流域成果。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:获取城市排水管网数据，并将城市排水管网数据中的排口编号数据记录于排口编号集合Outfall；
步骤S2:搜寻排口编号Oi的上游第一根管段的检查井编号Yi；
步骤S3:根据步骤S2得到的上游第一根管段的检查井编号Yi，进一步搜寻将Yi作为下游检查井编号的管段；
步骤S4:判断步骤S3的搜寻结果是否为空值，若为空值则转至步骤S6，若不为空值则转至步骤S5；
步骤S5:记录管段的上下游检查井编号(Ysi,Yei)于集合List，并更新Yi；
步骤S6:根据集合List记录的上下游检查井编号搜索对应管段,为管段赋值排口编号Oi；
步骤S7:判断集合Outfall中的排口编号是否均搜索完成，若搜索完成则转至步骤S8，若未搜索完成则转至步骤S2并更新Oi，同时清空集合List；
步骤S8:输出管网搜寻结果，并将输出的管网结果转换为栅格数据；
步骤S9:根据栅格数据，进一步基于水流数据完成汇水区划分；
所述步骤S5具体为：记录管段的上下游检查井编号(Ysi,Yei)于集合List,List可由式(2)表示，并根据式(3)更新Yi
List＝{(Ys1,Ye1),(Ys2,Ye2),(Ys3,Ye3),…,(Ysn,Yen)} (2)
Yi＝Yi+1 (3)
式中，Ysi表示管段上游检查井编号，Yei表示管段下游检查井编号；
所述步骤S7根据式4更新Oi，同时清空集合List：
Oi＝Oi+1 (4)；
所述步骤S9具体为：
步骤S91:采用最大距离权落差法计算数字高程模型中各网格与领域8个网格的距离权落差值；
步骤S92:设置流向网格aij,并进行水流运动轨迹计算；
步骤S93:判断流向网格aij是否已记录有流域编号，若是则转至步骤S92，并重新赋值aij，若否则转至步骤S94；
步骤S94:根据流向栅格Flowdirection计算水流沿网格aij运动至的下一网格a*，并将同一水流运动轨迹的网格记录于集合W中；
步骤S95:根据步骤S8得到的管道栅格数据，判断水流沿网格aij运动至的下一网格a*是否为管道栅格或是否已有流域编号，若是则转至步骤S96，若否则转至步骤S92；
步骤S96:将集合W中的所有网格记录a*的流域编号或管道对应的排口编号；
步骤S97:判断流向栅格Flowdirection是否均计算完成，若是则转至步骤S98，若否则转至步骤S92并清空集合W，并重新赋值aij；
步骤S98:输出计算完成的子流域成果；
所述步骤S91具体为:各中心网格利用1、2、4、8、16、32、64、128编码进行方向编号,生成水流流向栅格，水流流向栅格可由式6表示；
式中，Slope(i,j+1)是行数为i,列数为j处地形网格与行数为i，列数为j+1处地形网格的距离权落差值；H(i,j)和H(i,j+1)分别为相应位置网格的高程；D(i,j+1)为两栅格间的距离；Flowdirection表示流向栅格，aij表示流向栅格中的流向编码，由1、2、4、8、16、32、64、128表示；
所述步骤S93中重新赋值具体为:
aij＝aij+1 or aij＝ai+1j (7)；
所述W表示为：
Winitial＝{aij},W＝append(a*) (8)。
2.基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分系统，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，具体执行如权利要求1所述的基于排水管网数字高程模型的城市汇水区划分方法。
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