CN113944887A - 基于有向图遍历的管网监测溯源方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法、系统、设备及介质，包括获取监测站点数据、管网数据以及排口数据；构建多个批次管网数据的有向图；建立监测站点数据、管网数据以及排口数据之间的关联关系；根据监测站点编码查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，根据该管点的外业点号正向或逆向遍历有向图，获取下游节点数据集合和上游节点数据集合；根据下游节点数据集合中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有排口，获取最终的排口集合；提高了监测溯源所涉及到的管网与实际城市的地下管网的匹配性，更全面地反映了实际城市的现实情况，对于政府部门、权属单位的日常管理和分析决策具有更实用的参考价值。
Description
技术领域
本发明属于地理信息处理技术领域，尤其涉及一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法、系统、设备及介质。
背景技术
在水环境治理工程实践中，通常通过监测设备监测污染的河流、湖泊等水域，这只能通过各类监测指标定量获取污染的结果；而水环境治理的根本是要从源头截污，所以迫切需要找到污染渠道和污染源头。管网监测溯源方法正是通过监测站点、管网、排口的关联关系实现污染追本溯源的过程，因此在实际的水环境治理工程中，具有重大的意义。
城市管网在线监测溯源虽然也有一定的研究。例如公开号为CN 111928120A的专利文献公开了一种雨污管网监控系统；公开号为CN111882473A的专利文献公开了一种雨污管网零直排溯源追踪方法。这两篇专利文献先后公开了用于城市排水管网中检测污水排放的系统及溯源方法，但二者的溯源追踪模块主要是模拟地下雨污管网图，而实际的城市地下管网错综复杂，并且需要考虑到整个城市多个批次数据的综合溯源过程，仅仅通过模拟雨污管网图实现的溯源并不能反映实际的现实情况。
管网监测溯源的基础是准备并关联监测站点、管网和排口等基础数据，在此基础上，实现基于多个批次的管网数据(如现状管网数据、新建管网数据)建立有向图、并实现有向图的遍历算法，其实质是构建多个批次管网数据的有向图，并写出遍历算法。
截止目前，基于Cesium开源类库或者SuperMapWebGL等封装的Cesium类库都是基于单个地理图层构建的数据集(数据集是指一类地理要素的集合，比如房屋、道路等)，其连通图和溯源遍历算法都是基于一个地理图层构建的，均没有实现基于多个地理图层构建一个连通图实现遍历的算法。而现实中，对于一个城市而言，无论管网属于哪个批次(现状管网、新建管网等)，其溯源均应该是针对一个城市的所有管网数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法、系统、设备及介质，以解决传统雨污管网监测溯源无法反映城市地下管网实际情况的问题，以及解决多个批次管网数据的综合溯源问题。
第一方面，本发明提供一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法，包括以下步骤：
获取监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据；
根据管点、管线的唯一ID构建多个批次管网数据的有向图G；
建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据监测站点编码查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，根据该管点的外业点号正向遍历所述有向图G，获取下游节点数据集合D；所述下游节点数据集合D包括下游管点数据和下游管线数据；根据该管点的外业点号逆向遍历所述有向图G，获取上游节点数据集合U；所述上游节点数据集合U包括上游管点数据和上游管线数据；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述下游节点数据集合D中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有排口，获取最终的排口集合；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述上游节点数据集合U中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合；
根据所述下游节点数据集合D获取的所有排口集合、所述上游节点数据集合U获取的所有小区或排水户数据，实现排口、途径管线，到小区或排水户的污水溯源过程。
进一步地，所述监测站点数据包括监测站点名称、监测站点编码、监测站点坐标和监测指标；
所述管网数据包括管线点表和管线线表，所述管线点表用于记录管点数据，所述管线线表用于记录管线数据；
所述排口数据包括排口编号、排口类型、排放方式和排口特征；
所述小区或排水户数据包括小区或排水户编号、小区或排水户类型。
进一步地，所述有向图采用邻接表形式进行存储。
进一步地，所述关联关系是通过关联监测站点编码、管点的外业点号、小区或排水户编号和排口编号来实现的。
进一步地，所述下游节点数据集合D的获取过程为：
依次遍历所有管线批次；
遍历每个所述管线批次中的管线类型；
遍历每种所述管线类型中的所有管点数据和管线数据，并向邻接表写入所有管点数据和管线数据。
进一步地，所述最终的排口集合的获取过程为：
从下游节点数据集合D的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合A；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有排口数据，筛选出与所述集合A中所有管点的外业点号关联的所有排口，即获取最终的排口集合；
所述最终的小区或排水户集合的获取过程为：
从上游节点数据集合U的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合B；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有小区或排水户数据，筛选出与所述集合B中所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合。
第二方面，本发明提供一种基于有向图遍历的管网监测溯源系统，包括：
数据获取单元，用于获取监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据；
有向图构建单元，用于根据管点、管线的唯一ID构建多个批次管网数据的有向图G；
关联关系构建单元，用于建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系；
数据集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据监测站点编码查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，根据该管点的外业点号正向遍历所述有向图G，获取下游节点数据集合D；所述下游节点数据集合D包括下游管点数据和下游管线数据；根据该管点的外业点号逆向遍历所述有向图G，获取上游节点数据集合U；所述上游节点数据集合U包括上游管点数据和上游管线数据；
排口集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述下游节点数据集合D中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有排口，获取最终的排口集合；
小区或排水户集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述上游节点数据集合U中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合；
溯源单元，用于根据所述下游节点数据集合D获取的所有排口集合、所述上游节点数据集合U获取的所有小区或排水户数据，实现排口、途径管线，到小区或排水户的污水溯源过程。
进一步地，所述排口集合获取单元，具体用于：
从下游节点数据集合D的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合A；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有排口数据，筛选出与所述集合A中所有管点的外业点号关联的所有排口，即获取最终的排口集合；
所述小区或排水户集合获取单元，具体用于：
从上游节点数据集合U的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合B；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有小区或排水户数据，筛选出与所述集合B中所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合。
第三方面，本发明还提供一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法。
第四方面，本发明还提供一种介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点在于：
构建多个批次管网数据的有向图，提高了监测溯源所涉及到的管网与实际城市的地下管网的匹配性，更全面地反映了实际城市的现实情况，对于政府部门、权属单位的日常管理和分析决策具有更实用的参考价值；
在基于多个批次管网数据的有向图上进行遍历，这种遍历算法同时构建两个方向相反的有向图，在多个批次管网数据基础上，针对某个管点的外业点号同时实现上、下游(正、逆向)遍历，大大提高了算法效率，同时结合监测站点设备，基于物联网、三维GIS、水质模型等技术，实现了从污染源、监测站点、城市地下管网、排口等整个污染路径的追踪和监控，为污染治理提供了真实的数据支撑，为分析决策提供了一定的依据；
本发明所述方法与系统可以广泛应用于水环境治理项目中的排口溯源、污染追踪等实践中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法的流程图；
图2是本发明实施例中单批次管网数据的正向连通有向图；
图3是本发明实施例中单批次管网数据的逆向连通有向图；
图4是本发明实施例中监测站点数据、管网数据、小区或排水户以及排口数据之间的关联关系图；
图5是本发明实施例中小区或排水户、监测站点、管网和排口的关联关系。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，城市管网在线监测溯源所模拟的管网均是地下雨污管网图，而实际的城市地下管网错综复杂，并且需要考虑到整个城市多个批次数据的综合溯源过程，仅仅通过模拟雨污管网图实现的溯源并不能反映实际的现实情况；现有的连通图和溯源遍历算法均是基于一个地理图层构建的，无法实现基于多个地理图层构建一个连通图实现遍历的算法，而城市管网又包括多个批次管网数据，因此，基于一个地理图层构建一个连通图实现遍历的算法无法适用于多个批次管网数据的监测溯源。
基于上述技术问题，本发明提供一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法、系统、设备及介质，通过构建多个批次管网数据的有向图，提高了监测溯源所涉及到的管网与实际城市的地下管网的匹配性，更全面地反映了城市实际的地下管网情况。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图1所示，本实施例所提供的一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法，包括以下步骤：
1、获取监测站点数据、管网数据、小区及排水户数据以及排口数据。
本实施例中，监测站点数据包括监测站点名称、监测站点编码、监测站点坐标和监测指标等信息。监测站点编码是全国统一编制的，用于标识涉及报送降水、蒸发、河道、水库、闸坝、泵站、潮汐、沙情、冰情、墒情、地下水、水文预报等信息的各类监测站点的站码。监测站点编码具有唯一性，是由数字和大写字母组成的8位字符串，按《全国水文测站编码》执行，监测站点数据一般是根据工程实际实际情况，在城市或者流域的关键位置选取关键节点建设监测站点，布设监测设备，然后依靠网络通信，将监测站点监测的数据传送到业务系统的中心机房，供管网溯源分析使用。
管网数据包括管线点表和管线线表。管线点表用于记录管点数据，管点数据具体包括管点的外业点号、管点坐标、管点特征、管点附属物以及管点所在道路等信息。管点的外业点号是外业测量对管点的唯一标识字段，可以作为管点的唯一ID。管点特征用来表示管点类型，例如弯头、变径点、变材点、变坡点、转折点、多通点、预留口、非普点、进出水口等；管点附属物用来表示附属管线的设施，例如检查井、雨水篦、跌水井、水封井、通风井、冲洗井、沉泥井、渗水井、排污装置等。
管线线表用于记录管线数据，管线数据包括管线起点的外业点号、管线终点的外业点号、管线埋深、管线地面高程、管线材质、管线所在道路等信息。管线的唯一ID是由管线起点的外业点号和管线终点的外业点号以拼接方式进行命名得到的。在进行城市管网数据汇总时，管点、管线的唯一ID需要保证其唯一性；现状管网数据一般是外业人员通过传统的人工摸查或者新的探测技术获取，最终以Excel表格、CAD图纸等形式存储，此类数据可以直接入库供管网溯源分析使用；设置管网数据是设计人员通过AutoCAD等软件设计的CAD图纸，最终也可以通过转换录入数据库供管网溯源分析使用。
小区或排水户数据主要记录污染源的信息，主要包括名称、编号、行政区划编码、类型、周长、面积、用水量、比流量、设计时间等。小区或排水户数据主要是通过调查的方式获取的，一般以Excel表格存储，此类数据可以直接入库供管网溯源分析使用。
排口数据主要记录摸查的排污口信息，主要包括排口编号、排口类型、排放方式和排口特征，排口特征包括排口材质、排口形状、排口口深、排口口宽、排口直径等信息；排口数据一般是外业人员通过传统的人工摸查或者新的探测技术获取，最终以Excel表格、CAD图纸等形式存储，此类数据可以直接入库供管网溯源分析使用。
2、根据管点、管线的唯一ID构建多个批次管网数据的有向图G。
有向图G定义为V和E的集合，即G＝{V,E}，其中，V表示有向图G中所有顶点(此处的顶点即为管点)的集合，E表示有向图G中所有边(此处的边即为管线)的集合，集合E中每条边的方向是每条管线的流向，如果流向为顺流，即起点流向终点，边的方向就定义为正向；如果流向为逆流，即终点流向起点，边的方向就定义为反向。外业测量中，一般把城市地下管网中水流从起点到终点的流动方向规定为顺流，方向规定为正向；把城市地下管网水流从终点到起点的流动方向规定为逆流，方向规定为反向，正向遍历就是为获取某管点下游的所有管网数据。
有向图存储结构一般有矩阵形式和邻接表形式两种。考虑到矩阵形式占用空间少，但是理解起来不够直观；邻接表虽然占用空间大，但是较为直观，并且管网数据量不是非常大，因此，本实施例中，采用邻接表形式来存储有向图。
多个批次管网数据的有向图G构建步骤：
第1步：依次遍历单个批次的管网数据，构建单个批次的有向图；该步骤的具体实现过程为：
a.构建一个图结构graph，包含正向连通图(能记录正向连通图的节点和边信息)和逆向连通图(能记录逆向连通图的节点和边信息)，如图2和3所示；
b.遍历每个管点，将管点的外业点号作为正、逆向连通图的节点标识，同时将管点其他属性信息存入图结构graph的正、逆向连通图中；
c.遍历每根管线，将管线的外业点号作为正、逆向连通图的边标识，将管线其他属性信息存入图结构graph的正、逆向连通图中(正向连通图中根据管线的实际流向确定边的方向；逆向连通图中边的流向是管线实际流向的反方向)；
d.最终完成单个批次管线数据的连通图构建。
第2步：依次遍历所有批次中的有向图，构建最终的有向图G。
3、建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户以及排口数据之间的关联关系。
根据监测站点编号、管点的外业点号、小区或排水户编号和排口编号来建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，如图4所示。
步骤2和3可以同时进行，没有先后顺序。
4、根据监测站点编码查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，并根据该管点的外业点号正向遍历有向图G，获取下游节点数据集合D。
如图4所示，基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据某个监测站点编码可以查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，再根据该管点的外业点号正向遍历有向图G，可以获取该管点的外业点号下游的节点数据集合D。下游的节点数据集合D以该管点的外业点号为起点，且包含下游有向图的所有根节点，即下游的节点数据集合D存储了该监测站点下游监测区域的所有管点和管线数据。根据该管点的外业点号逆向遍历有向图G，获取上游节点数据集合U；上游节点数据集合U包括上游监测区域的所有管点数据和管线数据。
有向图的基本遍历算法一般分为深度优先算法和广度优先算法，广度优先搜索适用于节点的子节点数量不多，并且树的层次不会太深的情况；深度优先可以克服这个缺点，内存消耗小，因为每次搜索过程，每一层只需维护一个节点。考虑到由多个批次的管网数据构建的有向图的树比较深，因此，本实施例中，有向图的遍历采用深度优先算法。
有向图的遍历可以分为三层循环遍历数据实现向邻接表中插入管线数据。其中，第一层循环是遍历管线批次；第二层循环是遍历每个管线批次中的管线类型(雨水、污水、雨污河流等)；第三层循环是遍历每种类型管线中的所有管点数据和管线数据，并将对应的管点数据和管线数据插入邻接表中。其关键是第三层循环向邻接表添加管点数据和管线数据的过程。向邻接表添加管点数据就是将管点的外业点号(唯一ID)作为邻接表的唯一节点标识，管点的其他属性作为节点的附属信息存入邻接表的过程；向邻接表添加管线数据就是将管线的唯一ID(管线起点的外业点号+管线终点的外业点号)作为邻接表边的唯一标识，管线的其他属性作为边的附属信息存入邻接表的过程。
通常情况下，邻接表只能按照有向图的方向遍历搜索，为了实现监测站点的上下游遍历或有向图的逆向遍历和搜索，需要实现两个邻接表，其中一个邻接表以监测站点相关联的管点为起点，按照有向图的方向(管线的流向，即正向)开始遍历，这样可以找到所有下游的管线和管点；同理，从该监测站点相关联的管点出发，只需要将管线方向均调整为相反方向，构建一个新的邻接表进行遍历，可以找到所有上游的管线和管点。
如图5所示，如果测站1和管点3(外业点号为3)关联、管点1和排口1关联，测站7和小区或排水户1关联，那么从管点3(外业点号为3)正向遍历，集合D就包括管点2和管点1、管线32和管线21；从管点3(外业点号为3)逆向遍历，集合U就包括管点5和管点7、管线75和管线53。
5、根据下游节点数据集合D中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有排口，获取最终的排口集合。
获取最终的排口集合的具体实现过程为：
从下游的节点数据集合D中提取所有管点的外业点号，将提取的管点的外业点号放入集合A；如图5中所示，如果从管点3(外业点号为3)的管点正向遍历，那么集合A中就包含管点2和管点1。
根据步骤3监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有排口数据，筛选出与集合A(管点2和管点1)中所有管点的外业点号相关联的所有排口，筛选出的排口构成最终的排口集合。最终的排口集合即为该监测站点对应的所有排口，最终得到从监测站点，途径管网，最终到排口的污水排放路径。
如图5所示，如果从管点3(外业点号为3)的管点正向遍历，由此得到测站1-->管点3-->管线32-->管点2-->管线21-->管点1-->排口1的排放路径。
6、根据上游节点数据集合U中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有小区或者排水户，获取最终的小区或排水户的集合。
获取最终的小区或排水户集合的具体实现过程为：
从上游的节点数据集合U中提取所有管点的外业点号，将提取的管点的外业点号放入集合B；如图5中所示，如果从管点3(外业点号为3)的管点逆向遍历，那么集合B中就包含管点5和管点7。
根据步骤3监测站点数据、管网数据以及小区或排水户数据之间的关联关系，遍历所有小区或排水户数据，筛选出与集合B(管点7和管点5)中所有管点的外业点号相关联的所有小区或排水户，筛选出的小区或排水户构成最终的小区或排水户集合。最终的小区或排水户集合即为该监测站点对应的所有小区或排水户，最终得到从小区或排水户，途径管网，最终到监测站点的污水排放路径。
如图5所示，如果从管点3(外业点号为3)的管点逆向遍历，由此得到小区或排水户1-->管点7-->管线75-->管点5-->管线53-->管点3的排放路径。
本实施例还提供一种基于有向图遍历的管网监测溯源系统，包括：数据获取单元、有向图构建单元、关联关系构建单元、数据集合获取单元、排口集合获取单元、小区或排水户集合获取单元以及溯源单元。
数据获取单元，用于获取监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据。
本实施例中，监测站点数据包括监测站点名称、监测站点编码、监测站点坐标和监测指标等信息。监测站点编码是全国统一编制的，用于标识涉及报送降水、蒸发、河道、水库、闸坝、泵站、潮汐、沙情、冰情、墒情、地下水、水文预报等信息的各类监测站点的站码。监测站点编码具有唯一性，是由数字和大写字母组成的8位字符串，按《全国水文测站编码》执行，监测站点数据一般是根据工程实际实际情况，在城市或者流域的关键位置选取关键节点建设监测站点，布设监测设备，然后依靠网络通信，将监测站点监测的数据传送到业务系统的中心机房，供管网溯源分析使用。
管网数据包括管线点表和管线线表。管线点表用于记录管点数据，管点数据具体包括管点的外业点号、管点坐标、管点特征、管点附属物以及管点所在道路等信息。管点的外业点号是外业测量对管点的唯一标识字段，可以作为管点的唯一ID。管点特征用来表示管点类型，例如弯头、变径点、变材点、变坡点、转折点、多通点、预留口、非普点、进出水口等；管点附属物用来表示附属管线的设施，例如检查井、雨水篦、跌水井、水封井、通风井、冲洗井、沉泥井、渗水井、排污装置等。
管线线表用于记录管线数据，管线数据包括管线起点的外业点号、管线终点的外业点号、管线埋深、管线地面高程、管线材质、管线所在道路等信息。管线的唯一ID是由管线起点的外业点号和管线终点的外业点号以拼接方式进行命名得到的。在进行城市管网数据汇总时，管点、管线的唯一ID需要保证其唯一性；现状管网数据一般是外业人员通过传统的人工摸查或者新的探测技术获取，最终以Excel表格、CAD图纸等形式存储，此类数据可以直接入库供管网溯源分析使用；设置管网数据是设计人员通过AutoCAD等软件设计的CAD图纸，最终也可以通过转换录入数据库供管网溯源分析使用。
小区或排水户数据主要记录污染源的信息，主要包括名称、编号、行政区划编码、类型、周长、面积、用水量、比流量、设计时间等。小区或排水户数据主要是通过调查的方式获取的，一般以Excel表格存储，此类数据可以直接入库供管网溯源分析使用。
排口数据主要记录摸查的排污口信息，主要包括排口编号、排口类型、排放方式和排口特征，排口特征包括排口材质、排口形状、排口口深、排口口宽、排口直径等信息；排口数据一般是外业人员通过传统的人工摸查或者新的探测技术获取，最终以Excel表格、CAD图纸等形式存储，此类数据可以直接入库供管网溯源分析使用。
有向图构建单元，用于根据管点、管线的唯一ID构建多个批次管网数据的有向图G。
有向图G定义为V和E的集合，即G＝{V,E}，其中，V表示有向图G中所有顶点(顶点即为管点)的集合，E表示有向图G中所有边(边即为管线)的集合，集合E中每条边的方向是由每条管线的起点和终点来决定的，即集合E中每条边的方向为对应管线的起点指向终点。
有向图存储结构一般有矩阵形式和邻接表形式两种。考虑到矩阵形式占用空间少，但是理解起来不够直观；邻接表虽然占用空间大，但是较为直观，并且管网数据量不是非常大，因此，本实施例中，采用邻接表形式来存储有向图。
关联关系构建单元，用于建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系。
根据监测站点编号、管点的外业点号、小区或排水户编号和排口编号来建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，如图4所示。
数据集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据监测站点编码查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，根据该管点的外业点号正向遍历所述有向图G，获取下游节点数据集合D；所述下游节点数据集合包括下游管点数据和下游管线数据；根据该管点的外业点号逆向遍历所述有向图G，获取上游节点数据集合U；所述上游节点数据集合U包括上游管点数据和上游管线数据。
如图4所示，基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据某个监测站点编码可以查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，再根据该管点的外业点号正向遍历有向图G，可以获取该管线点号下游的节点数据集合D。下游的节点数据集合D以该管点的外业点号为起点，且包含下游有向图的所有根节点，即下游的节点数据集合D存储了该监测站点下游监测区域的所有管点和管线数据。根据该管点的外业点号逆向遍历有向图G，获取上游节点数据集合U；上游节点数据集合U包括上游监测区域的所有管点数据和管线数据。
有向图的基本遍历算法一般分为深度优先算法和广度优先算法，广度优先搜索适用于节点的子节点数量不多，并且树的层次不会太深的情况；深度优先可以克服这个缺点，内存消耗小，因为每次搜索过程，每一层只需维护一个节点。考虑到由多个批次的管网数据构建的有向图的树比较深，因此，本实施例中，有向图的遍历采用深度优先算法。
有向图的遍历可以分为三层循环遍历数据实现向邻接表中插入管线数据。其中，第一层循环是遍历管线批次；第二层循环是遍历每个管线批次中的管线类型(雨水、污水、雨污河流等)；第三层循环是遍历每种类型管线中的所有管点数据和管线数据，并将对应的管点数据和管线数据插入邻接表中。其关键是第三层循环向邻接表添加管点数据和管线数据的过程，向邻接表添加管点数据就是将管点的外业点号(唯一ID)作为邻接表的唯一节点标识，管点的其他属性作为节点的附属信息存入邻接表的过程；向邻接表添加管线数据就是将管线的唯一ID(管线起点的外业点号+管线终点的外业点号)作为邻接表边的唯一标识，管线的其他属性作为边的附属信息存入邻接表的过程。。
通常情况下，邻接表只能按照有向图的方向遍历搜索，为了实现监测站点的上下游遍历或有向图的逆向遍历和搜索，需要实现两个邻接表，其中一个邻接表以监测站点相关联的管点为起点，按照有向图的方向(管线的流向)开始遍历，这样可以找到所有下游的管线和管点；同理，从该监测站点相关联的管点出发，只需要将管线方向均调整为相反方向，构建一个新的邻接表进行遍历，可以找到所有上游的管线和管点。
排口集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述下游节点数据集合D中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有排口，获取最终的排口集合。
排口集合获取单元具体用于：
从下游的节点数据集合D中提取所有管点的外业点号，将提取的管点的外业点号放入集合A；
根据步骤3监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有排口数据，筛选出与集合A中所有管点的外业点号相关联的所有排口，筛选出的排口构成最终的排口集合。最终的排口集合即为该监测站点对应的所有排口，最终得到从监测站点，途径管网，最终到排口的污水排放路径。
小区或排水户集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据上游节点数据集合U中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合。
小区或排水户集合获取单元具体用于：
从上游的节点数据集合U中提取所有管点的外业点号，将提取的管点的外业点号放入集合B；
根据步骤3监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有小区或排水户数据，筛选出与集合B中所有管点的外业点号相关联的所有小区或排水户，筛选出的排口构成最终的小区或排水户集合。最终的小区或排水户集合即为该监测站点对应的所有小区或排水户，最终得到从小区或排水户，途径管网，最终到监测站点的污水排放路径。
溯源单元，用于结合测站上下游遍历的结果，根据下游节点数据集合D获取的所有排口集合、上游节点数据集合U获取的所有小区或排水户数据，实现排口、途径管线，到小区或排水户的污水溯源过程。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于有向图遍历的管网监测溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据；
根据管点、管线的唯一ID构建多个批次管网数据的有向图G；
建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据监测站点编码查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，根据该管点的外业点号正向遍历所述有向图G，获取下游节点数据集合D；所述下游节点数据集合D包括下游管点数据和下游管线数据；根据该管点的外业点号逆向遍历所述有向图G，获取上游节点数据集合U；所述上游节点数据集合U包括上游管点数据和上游管线数据；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述下游节点数据集合D中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有排口，获取最终的排口集合；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述上游节点数据集合U中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合；
根据所述下游节点数据集合D获取的所有排口集合、所述上游节点数据集合U获取的所有小区或排水户数据，实现排口、途径管线，到小区或排水户的污水溯源过程。
2.如权利要求1所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法，其特征在于，所述监测站点数据包括监测站点名称、监测站点编码、监测站点坐标和监测指标；
所述管网数据包括管线点表和管线线表，所述管线点表用于记录管点数据，所述管线线表用于记录管线数据；
所述排口数据包括排口编号、排口类型、排放方式和排口特征；
所述小区或排水户数据包括小区或排水户编号、小区或排水户类型。
3.如权利要求1所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法，其特征在于，所述有向图采用邻接表形式进行存储。
4.如权利要求1所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法，其特征在于，所述关联关系是通过关联监测站点编码、管点的外业点号、小区或排水户编号和排口编号来实现的。
5.如权利要求1所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法，其特征在于，所述下游节点数据集合D的获取过程为：
依次遍历所有管线批次；
遍历每个所述管线批次中的管线类型；
遍历每种所述管线类型中的所有管点数据和管线数据，并向邻接表写入所有管点数据和管线数据。
6.如权利要求1～5中任一项所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法，其特征在于，所述最终的排口集合的获取过程为：
从下游节点数据集合D的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合A；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有排口数据，筛选出与所述集合A中所有管点的外业点号关联的所有排口，即获取最终的排口集合；
所述最终的小区或排水户集合的获取过程为：
从上游节点数据集合U的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合B；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有小区或排水户数据，筛选出与所述集合B中所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合。
7.一种基于有向图遍历的管网监测溯源系统，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据；
有向图构建单元，用于根据管点、管线的唯一ID构建多个批次管网数据的有向图G；
关联关系构建单元，用于建立监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系；
数据集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据监测站点编码查找到与该监测站点编码关联的管点的外业点号，根据该管点的外业点号正向遍历所述有向图G，获取下游节点数据集合D；所述下游节点数据集合D包括下游管点数据和下游管线数据；根据该管点的外业点号逆向遍历所述有向图G，获取上游节点数据集合U；所述上游节点数据集合U包括上游管点数据和上游管线数据；
排口集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述下游节点数据集合D中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有排口，获取最终的排口集合；
小区或排水户集合获取单元，用于基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，根据所述上游节点数据集合U中所有管点的外业点号查找到与该所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合；
溯源单元，用于根据所述下游节点数据集合D获取的所有排口集合、所述上游节点数据集合U获取的所有小区或排水户数据，实现排口、途径管线，到小区或排水户的污水溯源过程。
8.如权利要求7所述的基于有向图遍历的管网监测溯源系统，其特征在于，所述排口集合获取单元，具体用于：
从下游节点数据集合D的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合A；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有排口数据，筛选出与所述集合A中所有管点的外业点号关联的所有排口，即获取最终的排口集合；
所述小区或排水户集合获取单元，具体用于：
从上游节点数据集合U的管点数据中提取所有管点的外业点号，并存入集合B；
基于监测站点数据、管网数据、小区或排水户数据以及排口数据之间的关联关系，遍历所有小区或排水户数据，筛选出与所述集合B中所有管点的外业点号关联的所有小区或排水户，获取最终的小区或排水户集合。
9.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～6中任一项所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法。
10.一种介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的基于有向图遍历的管网监测溯源方法。
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