CN113886999B - 通过cad数据快速建立排水模型与数据gis化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通过CAD数据快速建立排水模型与数据GIS化的方法；包括以下步骤：步骤1、将拓扑数据导入模型；步骤2、剔除孤立的所述管道和孤立的所述检查井；步骤3、导入每一所述管道和每一所述检查井的属性数据；步骤4、系统出水口自动确定；步骤5、将所述模型的数据导出为GIS数据。本发明在缺少排水系统GIS数据的情况下，可以在较短时间内根据CAD管线数据完成不同尺度的排水模型拓扑构建与管线属性赋值工作，可以将CAD格式的排水管网数据快速批量的转化成通用的带有属性的GIS数据格式，可以将排水管道CAD数据中的常见错误比如孤立节点与管道进行批量识别并自动删除。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助设计技术领域，特别涉及通过CAD数据快速建立排水模型与数据GIS化的方法。
背景技术
基于经验和数值的传统水力模型已成为发达国家和地区排水系统评估与设计改造验证的重要手段。中国特大型城市从20世纪初期开始进行排水模型的探索，到目前一二线城市均建立起了不同规模的排水模型。在2021年修订的《室外排水设计标准》GB 50014-2021中，明确要求当汇水面积大于2平方公里时，应采用数学模型来确定雨水设计流量。随着建模技术与经验的不断发展，未来会有越来越多的排水模型建立的需求。
普遍来说，建立排水模型需要排水管网GIS数据作为排水模型的基础资料。但是现阶段我国的排水管道资料的存储形式多以CAD与GIS混合存储、且以CAD格式数据为主要存储手段。特别是针对二三线城市，排水管道信息的存储基本均为CAD格式。
目前当采用CAD格式原始数据进行排水模型的建立，多为采用人工在模型软件或者GIS地理信息系统中进行CAD数据的GIS化，这种方法存在以下缺陷：
1、由于城市排水系统数据量非常大，如果为了建立排水模型，采用纯人工的方法进行CAD数据的GIS化，将大大增加工程师的工作量以及排水模型的构建时间。
2、CAD是图纸类型的数据格式，与排水模型使用的类GIS的地理信息数据库格式差距较大。因此存在较多CAD图纸本身存在拓扑错误但工程师可以根据工程师经验判断正确的拓扑连接关系。这种存在异常拓扑的CAD数据导入排水模型后也会导致模型中管道的拓扑异常，因此需要工程师对于导入后的拓扑数据逐一检查其连接性。
3、由于在CAD图纸中检查井以及管道的相应属性信息均为图纸标识，在GIS化过程中均需要工程师人工对标注进行识别然后在GIS中进行填写，大量的人工识别过程中容易造成数据的错误填写。
4、由于不同勘察设计设计单位在CAD文件绘制时采用不同的CAD绘制软件，且不同勘察设计单位绘制时的做图习惯都有区别，导致作为原始资料的CAD数据的标注格式与管线关系中存在较大差异，导致CAD数据在排水模型以及GIS中的转化存在较大困难。
鉴于此，如何将排水检查井与管道的空间拓扑信息和属性批量导入排水模型，以提高使用CAD数据建立排水模型的效率成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供通过CAD数据快速建立排水模型与数据GIS化的方法，实现的目的是将排水检查井与管道的空间拓扑信息和属性批量导入排水模型，提高使用CAD数据建立排水模型的效率，保证建立过程中的CAD数据转化成为模型拓扑数据的质量，提高排水模型的建模质量。
为实现上述目的，本发明公开了通过CAD数据快速建立排水模型与数据GIS化的方法；采用ArcGIS地理信息软件和InfoWorks排水模型软件进行实施，或者采用QGIS地理信息软件和MIKE排水模型软件进行实施，包括以下步骤：
步骤1、将拓扑数据导入模型；将包括CAD数据和拓扑关系的所述拓扑数据导入所述模型；得到检查井的空间关系和连接性关系，以及管道的空间关系和连接性关系；
步骤2、剔除孤立的所述管道和孤立的所述检查井；
通过SQL检索语言逐个对每一所述检查井和每一所述管道进行判断；
判断每一所述检查井是否孤立的方法如下：
针对需要判断是否孤立的所述检查井的ID号，遍历所述拓扑数据述中每一所述管道上游和下游的所有所述检查井的ID号；
在遍历过程中，若未能找到与需要判断是否孤立的所述检查井的ID号相同的ID号，则认为需要判断是否孤立的所述检查井为孤立的所述检查井，在完成遍历后将孤立的所述检查井删除；
判断每一所述管道是否孤立的方法如下：
针对需要判断是否孤立的所述管道，判断是否即没有与上游的另一所述管道连接，又没有与下游的另一所述管道连接；若是，则需要判断是否孤立的所述管道为孤立的所述管道，需要删除；
步骤3、导入每一所述管道和每一所述检查井的属性数据，包括如下步骤：
步骤3.1.1、若所述属性数据，即CAD数据的格式为传统格式，在提取之前，需要通过地形信息系统软件将所述属性数据，即CAD数据中的标注信息转化成带信息的点数据,采用所述ArcGIS软件格式内置的“标注转化为点”功能进行转化；
步骤3.1.2、提取每一所述管道的管径属性，具体方法如下：
通过空间判断距离每一所述管道最近的管道管径属性点，将距离相应的所述管道最近的管道管径属性点的属性值提取“DN”之后的字段作为相应的所述管道的所述管径属性；
步骤3.1.3、提取每一所述管道的内底标高，具体方法如下：
通过空间判断距离每一所述管道最近的4个管内底标高，然后选择4个所述管内底标高中的最大值作为相应所述管道的上游底高程，选择4个所述管内底标高中的中的最小值为相应所述管道的下游底高程；
步骤3.2.1、对每一所述述检查井均使用“标注转化为点”功能时，需分图层进行属性点的转化；
步骤3.2.2、在每一所述检查井的地面高程标注转成点之后，首先对相应的所述检查井的地面高程进行数据提取，具体方法如下：
通过空间判断每一所述检查井周边最近的地面高程属性点，提取相应的所述地面高程属性点作为相应的所述检查井的地面高程值；
步骤4、系统出水口自动确定，具体方法如下：
针对每一所述管道，判断所述管道连接的下游的所述管道的个数；
当任一所述管道连接的下游的所述管道数为0时，则相应所述管道的下游节点即为出水口；
步骤5、将所述模型的数据导出为GIS数据。
优选的，在所述步骤3中，若所述属性数据为鸿业格式的CAD数据或者管立得格式的CAD数据；
直接在相应的CAD软件内部将相应的所述检查井与相应的所述管道的所述属性数据进行生成，然后通过模型软件的数据导入中心将相应的所述检查井与相应的所述管道的所述属性数据导入。
本发明的有益效果：
本发明在缺少排水系统GIS数据的情况下，可以在较短时间内根据CAD管线数据完成不同尺度的排水模型拓扑构建与管线属性赋值工作。
本发明可以将不同CAD格式的排水管网数据快速批量的转化成通用的带有属性的GIS数据格式。
本发明可以将排水管道CAD数据中的常见错误比如孤立节点与管道进行批量识别并自动删除。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例的流程图。
图2示出本发明一实施例中传统格式的CAD数据示意图。
具体实施方式
实施例
如图1和图2所示，通过CAD数据快速建立排水模型与数据GIS化的方法；采用ArcGIS地理信息软件和InfoWorks排水模型软件进行实施，或者采用QGIS地理信息软件和MIKE排水模型软件进行实施，包括以下步骤：
步骤1、将拓扑数据导入模型；将包括CAD数据和拓扑关系的拓扑数据导入模型；得到检查井的空间关系和连接性关系，以及管道的空间关系和连接性关系；
步骤2、剔除孤立的管道和孤立的检查井；
通过SQL检索语言逐个对每一检查井和每一管道进行判断；
判断每一检查井是否孤立的方法如下：
针对需要判断是否孤立的检查井的ID号，遍历拓扑数据述中每一管道上游和下游的所有检查井的ID号；
在遍历过程中，若未能找到与需要判断是否孤立的检查井的ID号相同的ID号，则认为需要判断是否孤立的检查井为孤立的检查井，在完成遍历后将孤立的检查井删除；
判断每一管道是否孤立的方法如下：
针对需要判断是否孤立的管道，判断是否即没有与上游的另一管道连接，又没有与下游的另一管道连接；若是，则需要判断是否孤立的管道为孤立的管道，需要删除；
在实际应用中，由于CAD是人工绘制的图纸类型的数据格式，与排水模型使用的类GIS的地理信息数据库格式差距较大。因此存在较多CAD图纸本身存在拓扑错误但工程师可以根据工程师经验判断正确的拓扑连接关系。较为常见的拓扑错误为通过CAD数据导入后的模型数据存在较多的孤立管道与孤立检查井。孤立管道为不与周边的管道相连接的单一根管道；孤立检查井为不与任何管道相连的检查井。为了提高排水模型的准确性，孤立管道与检查井均需要去除。相比之前普遍采用的人工逐个查找删除的方法。
步骤3、导入每一管道和每一检查井的属性数据，包括如下步骤：
步骤3.1.1、若属性数据，即CAD数据的格式为传统格式，在提取之前，需要通过地形信息系统软件将所述属性数据，即CAD数据中的标注信息转化成带信息的点数据,采用所述ArcGIS软件格式内置的“标注转化为点”功能进行转化；
步骤3.1.2、提取每一管道的管径属性，具体方法如下：
通过空间判断距离每一管道最近的管道管径属性点，将距离相应的管道最近的管道管径属性点的属性值提取“DN”之后的字段作为相应的管道的管径属性；
步骤3.1.3、提取每一管道的内底标高，具体方法如下：
通过空间判断距离每一管道最近的4个管内底标高，然后选择4个管内底标高中的最大值作为相应管道的上游底高程，选择4个管内底标高中的中的最小值为相应管道的下游底高程；
步骤3.2.1、对每一述检查井均使用“标注转化为点”功能时，需分图层进行属性点的转化；
步骤3.2.2、在每一检查井的地面高程标注转成点之后，首先对相应的检查井的地面高程进行数据提取，具体方法如下：
通过空间判断每一检查井周边最近的地面高程属性点，提取相应的地面高程属性点作为相应的检查井的地面高程值；
如图2所示，在实际应用中，对于传统CAD图纸，检查井的地面高程标注、管径标注以及管内底标高标注均在不同的图层。使用“标注转化为点”功能，分图层进行属性点的转化能够方便后期的不同属性提取。
步骤4、系统出水口自动确定，具体方法如下：
针对每一管道，判断管道连接的下游的管道的个数；
当任一管道连接的下游的管道数为0时，则相应管道的下游节点即为出水口；
在实际应用中，排水模型需要拥有出水口才能正常运行。但是之前通过CAD导入的信息时检查井与出水口并没有进行区分而统一以检查井导入模型中。因此需要一种方法来批量将出水口重新选择出来。方法为针对每一条管道判断其连接的下游管道个数，当某一条管道连接的下游管道数为0时，则该管道的下游节点即为出水口。至此，排水模型建立完成。
步骤5、将模型的数据导出为GIS数据。
通过上述步骤，原始CAD数据变为了经过处理的GIS数据格式，实现了原始排水CAD数据的GIS化，可以直接通过模型软件将排水模型网络导出成为GIS数据格式，可直接应用于后期各阶段需要使用GIS数据的各类应用场景中。
本发明的原理如下：
本发明将常见的不同格式的排水管线CAD资料进行归类，通过大数据分析以及工程师工作经验进行总结，针对常见的几种CAD数据中的检查井与管道的拓扑信息与属性数据属性采用常见地理信息系统GIS软件以及SQL语言进行提取，并对其进行属性赋值。
在本发明中针对由于原始CAD错误导致的拓扑异常数据进行自动识别与批量修改。
本发明的应用不但可以让工程师快速使用各种工程中常见格式的CAD数据进行排水模型的建立，还可以将经过处理的CAD数据导出至GIS信息系统，为CAD格式的排水数据GIS化提供一种新的方法。
在某些实施例中，在步骤3中，若属性数据为鸿业格式的CAD数据或者管立得格式的CAD数据；
直接在相应的CAD软件内部将相应的检查井与相应的管道的属性数据进行生成，然后通过模型软件的数据导入中心将相应的检查井与相应的管道的属性数据导入。
在实际应用中，鸿业或者管立得等格式的CAD数据，属性的提取方法会比传统CAD文件方便。其主要原因是这类经过各大厂商二次开发的CAD产品均拥有类GIS的数据架构，可以方便在软件内部生成包含管道与检查井各类信息的Excel表格。因此，针对这类CAD数据，可以直接在其CAD软件内部将相应检查井与管道属性进行生成，然后通过模型软件的数据导入中心将对应的检查井与管道的属性导入模型。
在实际应用中，模型的建立速度取决于CAD的数据格式以及项目的范围。根据实际工程项目测试，针对鸿业格式的CAD数据，项目面积1平方公里、拥有1万余段排水管道的超大尺度模型的处理时间约为15分钟。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (2)
1.通过CAD数据快速建立排水模型与数据GIS化的方法；其特征在于，采用ArcGIS地理信息软件和InfoWorks排水模型软件进行实施，或者采用QGIS地理信息软件和MIKE排水模型软件进行实施，包括以下步骤：
步骤1、将拓扑数据导入模型；将包括CAD数据和拓扑关系的所述拓扑数据导入所述模型；得到检查井的空间关系和连接性关系，以及管道的空间关系和连接性关系；
步骤2、剔除孤立的所述管道和孤立的所述检查井；
通过SQL检索语言逐个对每一所述检查井和每一所述管道进行判断；
判断每一所述检查井是否孤立的方法如下：
针对需要判断是否孤立的所述检查井的ID号，遍历所述拓扑数据述中每一所述管道上游和下游的所有所述检查井的ID号；
在遍历过程中，若未能找到与需要判断是否孤立的所述检查井的ID号相同的ID号，则认为需要判断是否孤立的所述检查井为孤立的所述检查井，在完成遍历后将孤立的所述检查井删除；
判断每一所述管道是否孤立的方法如下：
针对需要判断是否孤立的所述管道，判断是否即没有与上游的另一所述管道连接，又没有与下游的另一所述管道连接；若是，则需要判断是否孤立的所述管道为孤立的所述管道，需要删除；
步骤3、导入每一所述管道和每一所述检查井的属性数据，包括如下步骤：
步骤3.1.1、若所述属性数据，即CAD数据的格式为传统格式，在提取之前，需要通过地形信息系统软件将所述属性数据，即CAD数据中的标注信息转化成带信息的点数据,采用所述ArcGIS软件格式内置的“标注转化为点”功能进行转化；
若所述属性数据，即CAD数据的格式为ArcGIS软件格式，则采用所述ArcGIS软件格式内置的“标注转化为点”功能进行转化；
步骤3.1.2、提取每一所述管道的管径属性，具体方法如下：
通过空间判断距离每一所述管道最近的管道管径属性点，将距离相应的所述管道最近的管道管径属性点的属性值提取“DN”之后的字段作为相应的所述管道的所述管径属性；
步骤3.1.3、提取每一所述管道的内底标高，具体方法如下：
通过空间判断距离每一所述管道最近的4个管内底标高，然后选择4个所述管内底标高中的最大值作为相应所述管道的上游底高程，选择4个所述管内底标高中的中的最小值为相应所述管道的下游底高程；
步骤3.2.1、对每一所述述检查井均使用“标注转化为点”功能时，需分图层进行属性点的转化；
步骤3.2.2、在每一所述检查井的地面高程标注转成点之后，首先对相应的所述检查井的地面高程进行数据提取，具体方法如下：
通过空间判断每一所述检查井周边最近的地面高程属性点，提取相应的所述地面高程属性点作为相应的所述检查井的地面高程值；
步骤4、系统出水口自动确定，具体方法如下：
针对每一所述管道，判断所述管道连接的下游的所述管道的个数；
当任一所述管道连接的下游的所述管道数为0时，则相应所述管道的下游节点即为出水口；
步骤5、将所述模型的数据导出为GIS数据。
2.根据权利要求1所述的通过CAD数据快速建立排水模型与数据GIS化的方法，其特征在于，在所述步骤3中，若所述属性数据为鸿业格式的CAD数据或者管立得格式的CAD数据；
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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