CN116305952A - 基于cad的排水管网模型构建方法及存储介质 - Google Patents

基于cad的排水管网模型构建方法及存储介质 Download PDF

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CN116305952A CN202310280704.8A CN202310280704A CN116305952A CN 116305952 A CN116305952 A CN 116305952A CN 202310280704 A CN202310280704 A CN 202310280704A CN 116305952 A CN116305952 A CN 116305952A
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刘勇
鄞衡
张俊
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Abstract

本发明公开了一种基于CAD的排水管网模型构建方法及存储介质，方法包括：获取全要素CAD文件；在全要素CAD文件中进行管网要素识别和汇水区要素识别，并获取各管网要素的基础信息以及各汇水区的基础信息，管网要素包括节点对象类要素和线对象类要素，节点对象类要素包括检查井和排出口，线对象类要素包括管道，节点对象类要素的基础信息包括坐标、地面高程和井底高程，线对象类要素的基础信息包括上游节点、下游节点、上游底高程、下游底高程、管径和管长，汇水区的基础信息包括顶点坐标、面积和出口节点；根据各管网要素以及各汇水区的基础信息，转换得到INP文件，生成排水管网模型。本发明可实现基于CAD文件的快速建模。

Description

基于CAD的排水管网模型构建方法及存储介质
技术领域
本发明涉及管网建模技术领域，尤其涉及一种基于CAD的排水管网模型构建方法及存储介质。
背景技术
SWMM(Storm Water Management Model，雨水管理模型)是一款模拟动态降雨、径流、管网水动力、水质变化等过程的免费开源计算机程序。SWMM模型最早由USEPA(U.S.Environmental Protection Agency，美国环境保护局)开发于1971年，此后经历了多次版本更新升级，在世界范围内取得了广泛认可和应用。在国内，SWMM模型也被广泛应用于城市雨水径流分析、排水管道规划和设计、面源污染控制、海绵城市建设等诸多领域。
当前，我国仍处于城镇化快速发展的阶段，排水管网数据的信息化程度仍然较低，尤其是当前GIS数据的更新跟不上城市发展建设的脚步，GIS数据不一定能反映当前管网真实的建设状况，因而DWG格式储存的各类管网数据依然是建模工程师能够获取的第一手资料。但利用DWG文件构建SWMM模型依然主要存在以下难点：(1)由于排水管网大多是有固定单一流向的树状结构，DWG格式文件无法保存其拓扑信息；(2)排水管道的管径、内底标高等重要信息无法直接保存在图形文件中，而是以文字标注的形式存在，因而DWG文件无法直接被SWMM识别；(3)CAD并不具备数据分析功能，代表排水管网汇水区的多边形无法与临近节点产生关联。
针对当下遇到的难点，有不少学者对这个问题进行了一些研究，并给出了解决方法。
在公开号为CN107423520A的中国专利中，提供了一种基于CAD二次开发快速提取管线信息SWMM建模方法，该方法通过AutoCAD自带的VisualLISP语言对DWG格式的排水管网模型进行快速SWMM模型构建，可用于管网拓扑结构信息建立、管网基础信息提取、数据转化与导出以及INP文件生成，生成的INP文件即可直接被SWMM模型读取。然而，该方法局限于管道和节点本身，只是完成了管线信息导入SWMM的工作，构建的INP文件并不是完整的排水模型，无法直接用于雨水径流分析、海绵城市规划设计等应用。使用该方法汇水区依然需要通过另外的途径进行构建，然后再通过整合的方式才能构建完整可用的排水模型。此外，该方法无法实现自动识别所需信息，尤其是对于常用的管径标注格式是直接将标注文字整体保存，需要再次对文字内容进行拆解。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于CAD的排水管网模型构建方法及存储介质，可实现基于DWG格式文件的快速建模。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于CAD的排水管网模型构建方法，包括：
获取全要素CAD文件，所述全要素CAD文件中包含管网数据和汇水区数据；
在所述全要素CAD文件中进行管网要素识别，并获取各管网要素的基础信息，所述管网要素包括节点对象类要素和线对象类要素，所述节点对象类要素包括检查井和排出口，所述线对象类要素包括管道，所述节点对象类要素的基础信息包括坐标、地面高程和井底高程，所述线对象类要素的基础信息包括上游节点、下游节点、上游底高程、下游底高程、管径和管长；
在所述全要素CAD文件中进行汇水区要素识别，并获取各汇水区的基础信息，所述汇水区的基础信息包括顶点坐标、面积和出口节点；
根据各管网要素的基础信息以及各汇水区的基础信息，转换得到INP文件，并根据所述INP文件，生成排水管网模型。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本发明的有益效果在于：对于包含管网数据和汇水区数据的CAD文件，通过识别其中的管网要素及其基本信息，从而提取得到管网拓扑结构及关键基础信息，通过识别其中的汇水区，并识别其出口节点，从而提取得到汇水区；通过将识别得到的管网信息及汇水区信息导出为可被SWMM模型读取的INP格式文件，从而实现排水管网模型的快速建模。本发明能够统一在CAD平台下将DWG格式文件转化成包含管网和汇水区的全要素的SWMM可识别模型对象，实现基于DWG格式文件的快速建模。
附图说明
图1为本发明实施例一的基于CAD的排水管网模型构建方法的流程图；
图2为本发明实施例一的节点属性表示意图；
图3为本发明实施例一的管道属性表示意图；
图4为本发明实施例一的管道和节点的容差示意图；
图5为本发明实施例一的标注提取示意图；
图6为本发明实施例一的汇水区属性表示意图；
图7为本发明实施例一的SWMM模型效果示意图；
图8为本发明实施例二的SWMM模型效果示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种基于CAD的排水管网模型构建方法，包括：
获取全要素CAD文件，所述全要素CAD文件中包含管网数据和汇水区数据；
在所述全要素CAD文件中进行管网要素识别，并获取各管网要素的基础信息，所述管网要素包括节点对象类要素和线对象类要素，所述节点对象类要素包括检查井和排出口，所述线对象类要素包括管道，所述节点对象类要素的基础信息包括坐标、地面高程和井底高程，所述线对象类要素的基础信息包括上游节点、下游节点、上游底高程、下游底高程、管径和管长；
在所述全要素CAD文件中进行汇水区要素识别，并获取各汇水区的基础信息，所述汇水区的基础信息包括顶点坐标、面积和出口节点；
根据各管网要素的基础信息以及各汇水区的基础信息，转换得到INP文件，并根据所述INP文件，生成排水管网模型。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：能够统一在CAD平台下将DWG格式文件转化成包含管网和汇水区的全要素的SWMM可识别模型对象，实现基于DWG格式文件的快速建模。
进一步地，所述获取全要素CAD文件，具体为：
获取管网的CAD文件以及汇水区的CAD文件，并将所述管网的CAD文件中的管网数据与所述汇水区的CAD文件中的汇水区数据进行合并，得到全要素CAD文件。
由上述描述可知，通过获取包含管网数据和汇水区数据的全要素CAD文件，可直接在同一CAD下实现管网和汇水区的提取。
进一步地，所述在所述全要素CAD文件中进行管网要素识别，并获取各管网要素的基础信息，具体为：
分别根据各管网要素的样例图形，在所述全要素CAD文件中识别得到管网要素，并读取节点对象类要素的坐标以及线对象类要素的管长；
若一节点对象类要素与一管道的中间部分之间的距离小于预设的第一容差值，则将所述一管道划分为两根管道，并将所述一节点对象类要素作为所述两根管道的端点；
分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离，并根据所述距离，确定各线对象类要素的上游节点和下游节点；
分别根据各标注文字、各标注引线和各节点对象类要素之间的位置关系，确定各节点对象类要素的地面高程和井底高程以及与各节点对象类要素连接的管道的上游底高程和下游底高程；
分别根据各标注文字及其与各线对象类要素之间的距离，确定各线对象类要素的管径。
由上述描述可知，通过将未打断的管道进行打断，保证管网拓扑结构的准确性；通过对标注和标注文字进行识别，从而提取得到高程和管径等信息。
进一步地，所述分别根据各管网要素的样例图形，在所述全要素CAD文件中识别得到管网要素，并读取节点对象类要素的坐标以及线对象类要素的管长之后，进一步包括：
依序对各节点对象类要素进行编号，得到各节点对象类要素的节点编号，同时依序对各线对象类要素进行编号，得到各线对象类要的管道编号；
若一线对象类要素中存在至少两条线段且存在折点，则获取所述折点的坐标。
进一步地，所述分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离，并根据所述距离，确定各线对象类要素的上游节点和下游节点，具体为：
分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离；
若一节点对象类要素与一管道的一端点之间的距离小于预设的第二容差值，则根据所述一管道的一端点与管线的起终点之间的位置关系，将所述一节点对象类要素作为所述一管道的上游节点或下游节点。
由上述描述可知，通过确定各线对象类要素的上游节点和下游节点，实现管网拓扑结构的提取。
进一步地，所述分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离，并根据所述距离，确定各线对象类要素的上游节点和下游节点之后，进一步包括：
若一管道的上游节点至下游节点的方向与所述一管道的实际流向不一致，则将所述一管道的上游节点和下游节点进行调换。
由上述描述可知，通过进行流向调整，保证管网拓扑结构的准确性。
进一步地，所述分别根据各标注文字各标注引线和各节点对象类要素之间的位置关系，确定各节点对象类要素的地面高程和井底高程以及与各节点对象类要素连接的管道的上游底高程和下游底高程；分别根据各标注文字及其与各线对象类要素之间的距离，确定各线对象类要素的管径，具体为：
若一标注文字与一标注引线之间的距离小于预设的第三容差值，则将所述一标注文字与所述一标注引线进行关联；
若一标注引线的端点与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第四容差值且所述一标注引线的样式与预设的节点高程标注样式匹配，则根据所述一标注引线对应的标注文字，确定所述一节点对象类要素的地面高程和井底高程；
若一标注引线的端点与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第四容差值且所述一标注引线的样式与预设的管底高程标注样式匹配，则根据所述一标注引线对应的标注文字，确定第一管道的上游底高程和第二管道的下游底高程，其中，所述第一管道的上游节点为所述一节点对象类要素，所述第二管道的下游节点为所述一节点对象类要素；
若一标注文字与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第五容差值，则根据所述一标注文字，确定所述一节点对象类要素的地面高程、所述一节点对象类要素的井底高程、第一管道的上游底高程或第二管道的下游底高程；若一标注文字与一线对象类要素之间的距离小于预设的第六容差值且所述一标注文字与预设的管径文字样式匹配，则根据所述一标注文字，确定所述一线对象类要素的管径。
由上述描述可知，通过关联管网要素与标注/标注文字，实现高程、管径等信息的提取。
进一步地，所述在所述全要素CAD文件中进行汇水区要素识别，并获取各汇水区的基础信息，具体为：
根据汇水区的图形特征，在所述全要素CAD文件中识别得到汇水区，并获取各汇水区的面积以及顶点坐标；
分别根据各汇水区的顶点坐标，计算各汇水区的形心；
将与一汇水区的形心距离最近的一节点对象类要素作为所述一汇水区的出口节点。
由上述描述可知，按照就近原则为汇水区分配出口节点，实现汇水区信息的提取。
进一步地，所述分别根据各汇水区的顶点坐标，计算各汇水区的形心，具体为：
根据一汇水区的各顶点的顶点坐标以及原点坐标，分别计算各顶点的向量；
计算所述一汇水区的各顶点的向量之和，并根据所述向量之和以及所述一汇水区的顶点数量，计算得到所述一汇水区的形心的向量；
根据所述形心的向量以及原点坐标，计算得到所述一汇水区的形心坐标。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
实施例一
请参照图1-7，本发明的实施例一为：一种基于CAD的排水管网模型构建方法，可实现SWMM模型的快速建模。
如图1所示，包括如下步骤：
S1：获取全要素CAD文件，其中，全要素CAD文件中包含管网数据和汇水区数据。
汇水区基础数据通常为用地类型图，常用的有GIS的shp格式，或DWG格式文件，shp格式文件可以输出为CAD文件，此时即可得到汇水区的CAD文件，然后获取管网的CAD文件，在CAD中将管网数据与汇水区数据合并，即可得到全要素CAD文件。
S2：在所述全要素CAD文件中进行管网要素识别，并获取各管网要素的基础信息。其中，管网要素包括节点对象类要素和线对象类要素，节点对象类要素包括检查井和排出口，线对象类要素包括管道，节点对象类要素的基础信息主要包括坐标、地面高程和井底高程，线对象类要素的基础信息主要包括上游节点、下游节点、上游底高程、下游底高程、管径和管长。
对于排水管网来说，其主要的数据信息包含三大类：第一类是管网的平面几何信息，主要包含节点对象类要素(检查井、排出口)的平面位置坐标，线对象类要素(管道)的端点、折点平面位置坐标，这些信息包含在CAD图形中，可以直接读取；第二类是管网内在的基础属性，这些是图形的平面几何信息无法直接反映的，主要包含节点对象类要素(检查井、排出口)的地面标高、井底标高，线对象类要素(管道)的上下游底标高、管径、管长信息；第三类是管网的拓扑结构信息，该信息代表了管道的流向，反映在模型中代表的是线对象类要素(管道)的上下游节点号。管网的基础属性以及拓扑结构是构建排水模型的关键所在。
具体地，本步骤包括如下步骤：
S201：分别根据各管网要素的样例图形，在所述全要素CAD文件中识别得到管网要素，并读取节点对象类要素的坐标以及线对象类要素的管长。
在CAD视图中，分别对检查井、排出口、管道进行要素识别，进行识别的原则是：在同一图层下相同图形元素会被一次性一起识别为同一类对象。因而分别拾取代表检查井、排水口、管道的样例图形，然后将图层中同类型的对象都拾取作为检查井、排水口、管道，被识别出的对象会增加一个属性表(节点对象类要素即对应节点属性表，线对象类要素即对应管道属性表)，用于保存相关属性。本实施例中，如图2所示，节点属性表中的字段包括节点ID、X坐标、Y坐标、地面高程、井底高程和备注；如图3所示，管道属性表中的字段包括管道ID、上游节点号、下游节点号、长度、高度、宽度、形状、上游底高程、下游底高程、折点坐标和备注。
识别得到管网要素后，依序对各节点对象类要素进行编号，作为节点ID，同时依序对各线对象类要素进行编号，作为管道ID。进一步地，当一个管道包含多条线段且有折点时，还需要保存该管道中的折点坐标。
此时识别完成的各管网要素的基础信息中除坐标、管长可直接读取外，其他基础信息均为空，也就是说，此时图2中的地面高程和井底高程以及图3中的上游节点号、下游节点号、长度、高度、宽度、形状、上游底高程、下游底高程均为空，通过后续步骤获取。
S202：将未打断的管道进行打断，即若一节点对象类要素与一管道的中间部分之间的距离小于预设的第一容差值，则将所述一管道划分为两根管道，并将所述一节点对象类要素作为所述两根管道的端点。
由于在CAD绘制过程中，可能出现管道在节点处未打断的情况，此时识别出来的只有一根管道，但实际此处应有两根管段，因此需要在该节点处打断管道。具体地，如图4所示，如果一个节点对象类要素与一根管道的中间部分(即非端点的部分)之间的距离(如图4中的S)小于预设的第一容差值，则会在该节点对象类要素处打断管道，即将该管道分为两根管道，而该节点对象类要素则会作为这两根管道的端点。
S203：分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离，并根据所述距离，确定各线对象类要素的上游节点和下游节点。
具体地，若一节点对象类要素与一管道的一端点之间的距离(如图4中的T)小于预设的第二容差值，则根据所述一管道的一端点与管线的起终点之间的位置关系，将所述一节点对象类要素作为所述一管道的上游节点或下游节点；其中，如果所述一管道的一端点更接近管线的起点，则将该节点对象类要素作为该管道的上游节点，如果更接近管线的终点，则将该节点对象类要素作为该管道的下游节点。
进一步地，将该节点对象类要素的节点ID作为该管道的上游节点号或下游节点号。
通过步骤S202-S203，保证管道和节点位置有偏差时也可以被正确识别。本实施例中，第一容差值和第二容差值可以设为检查井的半径(可直接从CAD中获取)。
当确定了每根管道的上游节点和下游节点后，也就确定了管道的流向。由于CAD绘制时线段的起终点不一定与管道的实际流向一致，这样识别的管道的上下游节点就与实际情况有误，因而需要对识别的管道对象进行流向梳理。
具体地，若一管道的上游节点至下游节点的方向与所述一管道的实际流向不一致，则将所述一管道的上游节点和下游节点进行调换。
其中，管道的实际流向有多种获取方式，由于排水管网一般是单向的枝状管网，建模工程师可以根据其他地形、规划资料或管网中标注的标高等资料来结合自身经验判断得到，或者在有些CAD资料中，管道的实际流向会在边上用箭头表示出来。
通过进行管道打断和流向调整，保证管网拓扑结构的准确性。
S204：分别根据各标注和各标注文字与各节点对象类要素之间的位置关系，确定各节点对象类要素的地面高程和井底高程。
具体地，若一标注文字与一标注引线之间的距离小于预设的第三容差值，则将所述一标注文字与所述一标注引线进行关联；若一标注引线的端点与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第四容差值，则将所述一标注引线与所述一节点对象类要素进行关联，此时，通过上述两个关联关系，即可得到标注文字、标注引线和节点对象类要素的关联关系。
然后，根据标注引线的样式，来确定其对应的标注文字对应的是节点高程信息(即地面高程和井底高程)还是管底高程信息(即管道的上游底高程和下游底高程)。
具体地，若一标注引线的样式与预设的节点高程标注样式匹配，则根据所述一标注引线对应的标注文字，确定所述一标注引线对应的所述一节点对象类要素的地面高程和井底高程。
若一标注引线的样式与预设的管底高程标注样式匹配，则根据所述一标注引线对应的标注文字的内容及其排列方向，确定第一管道的上游底高程和第二管道的下游底高程，其中，第一管道即以所述一节点对象类要素为上游节点的管道，第二管道即以所述一节点对象类要素为下游节点的管道。
本实施例中，对于节点高程标注样式，标注引线中的基线呈一字形，地面高程信息和井底高程信息分别位于基线的上下两侧。对于管底高程标注样式，标注引线中的基线呈十字形，管底高程信息分别位于被十字形基线分割出的不同区域中。例如，如图5所示，图5中左侧的标注引线的样式为节点高程标注样式，图5中中间的标注引线的样式为管底高程标注样式，其中，管地高程标注样式中，标注文字的排列方向与其对应的管道的长度方向平行，根据排列的位置确定管道与标注文字中的数字的对应关系，如图5中，左侧的“3.00”为左侧管道的上游底高程或下游底高程，右侧的“3.00”为右侧管道的下游底高程或上游底高程。进一步地，当有三根或四根管道连接同一个节点时，在管地高程标注样式中会有对应的三个方向或四个方向标注有数字。
进一步地，还存在直接用标注文字标注高程信息的情况(即无标注引线)，如图5中最右侧的标注。此时，直接根据标注文字和节点对象类要素之间的位置来确定节点对象类要素的地面高程、井底高程或与节点对象类要素连接的管道的上游底高程、下游底高程。具体地，若一标注文字与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第五容差值，则根据所述一标注文字，确定所述一节点对象类要素的地面高程、所述一节点对象类要素的井底高程、第一管道的上游底高程或第二管道的下游底高程。
S205：分别根据各标注文字及其与各线对象类要素之间的距离，确定各线对象类要素的管径。
具体地，若一标注文字与一线对象类要素之间的距离小于预设的第六容差值且所述一标注文字与预设的管径文字样式匹配，则根据所述一标注文字，确定所述一线对象类要素的管径。
对于步骤S204-S205，管网的标高、管径等信息通常是以文字图形标注的方式进行标记，而代表管网本身的图形不包含相关内容，因此需要将这些文字标注进行识别，并且根据标注引线将标高、管径等信息给到节点和管道。
例如，如图5所示，图5中示出了四种标注样式，分别表示对地面高程和井底高程的标注(即节点高程标注样式)、对管底高程的标注(即管底高程标注样式)、对地面高程或井底高程或管底高程的标注、对管道管径的标注，图5中的A-D表示的含义如下：
A：标注引线的端点与节点对象类要素的中心点之间的距离；
B：标注文字与标注引线之间的距离；
C：标注文字与节点对象类要素的中心点之间的距离；
D：标注文字与管道之间的距离。
当B小于预设的第三容差值时，则表示该标注文字为该标注引线对应的文字。
当A小于预设的第四容差值时，则表示该标准引线是对该节点对象类要素的标注。
图5中左侧的标注引线的样式为节点高程标注样式，由于地面高程一般高于井底高程，因此，图5中最左侧的节点的地面高程为10.00，井底高程为7.00。
图5中中间的标注引线的样式为管底高程标注样式，假设图5中管道的流向为从左至右，即中间的节点为左侧管道的下游节点，为右侧管道的上游节点，此时，左侧管道的下游底高程为3.00，右侧管道的上游底高程为3.00。
当C小于预设的第五容差值时，则可根据该标注文字，确定该节点对象类要素的地面高程、井底高程或与其连接的管道的管底高程。由于图5中最右侧的标注文字只有一个数字，因此可由用户灵活指定为地面高程、井底高程或管底高程(第一管道的上游底高程或第二管道的下游底高程)，或者放入备注字段中。
当D小于预设的第六容差值且标注文字与预设的管径文字样式匹配时，则可根据该标注文字，确定管道的管径。
目前，有以下几类常用的圆形管径标注方式且不区分大小写：DN500/dn500，De500/de500，D500/d500，Φ500/φ500，500。另外，还有常用的矩形管径标注方式且不区分大小写：1000X500/1000x500。当匹配到这些文字样式时，即可识别得到管径。因此，图5中两根管道的管径均为300mm。
本实施例中，识别到的管径会分为宽度和高度进行存储，并记录管道的截面形状。
通过步骤S204-S205，保证标注的文字能被节点和管道获取，并存储至属性表的相应字段中，也可以单独保存在备注字段中，以供灵活取用。本实施例中，第四容差值可以设为检查井的半径；第三容差值和第六容差值可以设为0-2倍的文字字高；第五容差值可以设为0-2倍的文字字高与检查井的半径之和。
S3：在所述全要素CAD文件中进行汇水区要素识别，并获取各汇水区的基础信息，所述汇水区的基础信息包括顶点坐标、面积和出口节点。
具体地，本步骤包括如下步骤：
S301：根据汇水区的图形特征，在所述全要素CAD文件中识别得到汇水区，并获取各汇水区的面积以及顶点坐标。
代表汇水区的封闭多段线、填充图形，同管网一样，可以将其识别为汇水区，也就是说，汇水区在CAD中一般为封闭的多边形。识别完成后增加汇水区属性表。本实施例中，如图6所示，汇水区属性表中的字段包括汇水区ID、面积、出口节点ID、顶点坐标和备注。
识别得到各汇水区后，依序对各汇水区进行编号，作为汇水区ID。每个汇水区的面积和顶点坐标可以根据CAD中已有的图形数据读取得到。此时，汇水区属性表中只有出口节点ID为空。
S302：分别根据各汇水区的顶点坐标，计算各汇水区的形心。
本实施例中，汇水区形心计算按照均质多边形计算过程进行，以一个含有n个顶点的多边形为例，计算过程如下：
首先，根据汇水区的顶点坐标Pi(xi，yi)以及原点坐标O(0，0)，计算各顶点的向量Vi＝(xi-0，yi-0)＝(xi，yi)，其中，i＝1,2,……,n。
然后，计算各顶点的向量之和
Figure BDA0004137959920000131
接着，根据各顶点的向量之和以及顶点数量，计算形心的向量Vcenter，即
Figure BDA0004137959920000132
最后，根据形心的向量以及原点坐标，计算得到形心坐标
Figure BDA0004137959920000133
Figure BDA0004137959920000134
S303：分别将与各汇水区的形心距离最近的一节点对象类要素作为各汇水区的出口节点。
也就是说，出口节点按照就近原则进行分配，对于每个汇水区，通过计算汇水区的形心坐标，并计算形心与各节点对象类要素之间的距离，取距离最小的一个节点对象类要素作为汇水区的出口节点，将该节点对象类要素的节点ID作为该汇水区的出口节点ID。
S4：根据各管网要素的基础信息以及各汇水区的基础信息，转换得到INP文件，并根据所述INP文件，生成排水管网模型。
经过上述步骤，已得到检查井、排出口、管道和汇水区的基础信息，将这些基础信息转化成标准INP文件格式，得到可供SWMM识别的INP文件。
本实施例中，INP文件通过记事本打开后，包含的组成部分包括[SUBCATCHMENTS]、[SUBAREAS]、[INFILTRATION]、[JUNCTIONS]、[OUTFALLS]、[CONDUITS]、[XSECTIONS]、[COORDINATES]、[VERTICES]、[Polygons]，共10个部分，各部分的说明如表1所示。
表1：INP文组成部分详表
Figure BDA0004137959920000135
Figure BDA0004137959920000141
基于上述提取的检查井、排出口、管道和汇水区的数据，依次将这些数据与INP文件中的各个部分一一对应。需要注意的是，部分数据需要进行计算转化才能输出至INP文件中。例如，SWMM中检查井对象没有地面高程这个字段属性，只有井底高程和最大深度这两个字段，因而，在获取检查井的地面高程和井底高程后，需换算出最大深度后才能进行输出，最大深度＝地面高程-井底高程。管道内底高程有两种表示方式，本实施例中采用标高偏移方式进行输出，这样高程可不用进行换算。
除上述从CAD中提取的基础信息外，在生成INP文件时其他模型参数设定为统一默认参数。
输出完成后的INP文件即可被SWMM模型识别，包含节点、管道、汇水区的模型效果如图7所示，该模型可作为基础模型进一步用于城市内涝分析、海绵城市规划方案评估等应用场景。
本实施例中，对于AutoCAD的DWG管网数据格式文件，可以快速提取其中的管网拓扑结构、关键基础信息等内容，且可快速识别汇水区，并将识别的汇水区就近关联到附近检查井上，构成完成的排水模型。识别完成的管网和汇水区可以一起导出为INP格式文件，并被SWMM模型读取。本实施例可以实现利用DWG格式管网数据的快速建模，大大地提高了模型工程师运用DWG格式文件构建排水模型的效率，减少了建模的工作量。
实施例二
请参照图8，本实施例是实施例一的一个具体应用场景。
选取某小区的基础数据，基础数据为DWG格式的小区排水管网图以及用地平面图。此外，还包含降雨、河道水位等外部条件基础数据。
通过实施例一的方法，对节点、管道进行识别，识别后对管网的拓扑结构进行梳理，并依次提取文字标注的管网基础信息将其识别为所需的信息，完成管网基础信息的收集；然后识别汇水区多边形，并将其关联至附近节点，完成上述步骤后，输出为INP文件。
对于SWMM读取的模型，添加雨量计和降雨时间序列，并根据自身需求对其他模型参数进行调整，即可用于运行模拟。输出的INP文件被SWMM读取后并成功计算的效果如图8所示。
在此模型运行成功的基础上，可以开展管网排水能力分析、内涝分析、海绵方案评估等应用。
实施例三
本实施例是对应上述实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述实施例中一种基于CAD的排水管网模型构建方法的各个步骤，且能达到相同的技术效果，此处不再累述。
综上所述，本发明提供的一种基于CAD的排水管网模型构建方法及存储介质，对于包含管网数据和汇水区数据的CAD文件，通过识别其中的管网要素及其基本信息，从而提取得到管网拓扑结构及关键基础信息，通过识别其中的汇水区，并识别其出口节点，从而提取得到汇水区；通过将识别得到的管网信息及汇水区信息导出为可被SWMM模型读取的INP格式文件，从而实现排水管网模型的快速建模。本发明可以实现利用DWG格式管网数据的快速建模，大大地提高了模型工程师运用DWG格式文件构建排水模型的效率，减少了建模的工作量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，包括：
获取全要素CAD文件，所述全要素CAD文件中包含管网数据和汇水区数据；
在所述全要素CAD文件中进行管网要素识别，并获取各管网要素的基础信息，所述管网要素包括节点对象类要素和线对象类要素，所述节点对象类要素包括检查井和排出口，所述线对象类要素包括管道，所述节点对象类要素的基础信息包括坐标、地面高程和井底高程，所述线对象类要素的基础信息包括上游节点、下游节点、上游底高程、下游底高程、管径和管长；
在所述全要素CAD文件中进行汇水区要素识别，并获取各汇水区的基础信息，所述汇水区的基础信息包括顶点坐标、面积和出口节点；
根据各管网要素的基础信息以及各汇水区的基础信息，转换得到INP文件，并根据所述INP文件，生成排水管网模型。
2.根据权利要求1所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述获取全要素CAD文件，具体为：
获取管网的CAD文件以及汇水区的CAD文件，并将所述管网的CAD文件中的管网数据与所述汇水区的CAD文件中的汇水区数据进行合并，得到全要素CAD文件。
3.根据权利要求1所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述在所述全要素CAD文件中进行管网要素识别，并获取各管网要素的基础信息，具体为：
分别根据各管网要素的样例图形，在所述全要素CAD文件中识别得到管网要素，并读取节点对象类要素的坐标以及线对象类要素的管长；
若一节点对象类要素与一管道的中间部分之间的距离小于预设的第一容差值，则将所述一管道划分为两根管道，并将所述一节点对象类要素作为所述两根管道的端点；
分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离，并根据所述距离，确定各线对象类要素的上游节点和下游节点；
分别根据各标注文字、各标注引线和各节点对象类要素之间的位置关系，确定各节点对象类要素的地面高程和井底高程以及与各节点对象类要素连接的管道的上游底高程和下游底高程；
分别根据各标注文字及其与各线对象类要素之间的距离，确定各线对象类要素的管径。
4.根据权利要求3所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述分别根据各管网要素的样例图形，在所述全要素CAD文件中识别得到管网要素，并读取节点对象类要素的坐标以及线对象类要素的管长之后，进一步包括：
依序对各节点对象类要素进行编号，得到各节点对象类要素的节点编号，同时依序对各线对象类要素进行编号，得到各线对象类要的管道编号；
若一线对象类要素中存在至少两条线段且存在折点，则获取所述折点的坐标。
5.根据权利要求3所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离，并根据所述距离，确定各线对象类要素的上游节点和下游节点，具体为：
分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离；
若一节点对象类要素与一管道的一端点之间的距离小于预设的第二容差值，则根据所述一管道的一端点与管线的起终点之间的位置关系，将所述一节点对象类要素作为所述一管道的上游节点或下游节点。
6.根据权利要求3所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述分别计算各节点对象类要素与各线对象类要素的两端点之间的距离，并根据所述距离，确定各线对象类要素的上游节点和下游节点之后，进一步包括：
若一管道的上游节点至下游节点的方向与所述一管道的实际流向不一致，则将所述一管道的上游节点和下游节点进行调换。
7.根据权利要求3所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述分别根据各标注文字各标注引线和各节点对象类要素之间的位置关系，确定各节点对象类要素的地面高程和井底高程以及与各节点对象类要素连接的管道的上游底高程和下游底高程；分别根据各标注文字及其与各线对象类要素之间的距离，确定各线对象类要素的管径，具体为：
若一标注文字与一标注引线之间的距离小于预设的第三容差值，则将所述一标注文字与所述一标注引线进行关联；
若一标注引线的端点与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第四容差值且所述一标注引线的样式与预设的节点高程标注样式匹配，则根据所述一标注引线对应的标注文字，确定所述一节点对象类要素的地面高程和井底高程；
若一标注引线的端点与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第四容差值且所述一标注引线的样式与预设的管底高程标注样式匹配，则根据所述一标注引线对应的标注文字，确定第一管道的上游底高程和第二管道的下游底高程，其中，所述第一管道的上游节点为所述一节点对象类要素，所述第二管道的下游节点为所述一节点对象类要素；
若一标注文字与一节点对象类要素的中心点之间的距离小于预设的第五容差值，则根据所述一标注文字，确定所述一节点对象类要素的地面高程、所述一节点对象类要素的井底高程、第一管道的上游底高程或第二管道的下游底高程；若一标注文字与一线对象类要素之间的距离小于预设的第六容差值且所述一标注文字与预设的管径文字样式匹配，则根据所述一标注文字，确定所述一线对象类要素的管径。
8.根据权利要求1所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述在所述全要素CAD文件中进行汇水区要素识别，并获取各汇水区的基础信息，具体为：
根据汇水区的图形特征，在所述全要素CAD文件中识别得到汇水区，并获取各汇水区的面积以及顶点坐标；
分别根据各汇水区的顶点坐标，计算各汇水区的形心；
将与一汇水区的形心距离最近的一节点对象类要素作为所述一汇水区的出口节点。
9.根据权利要求8所述的基于CAD的排水管网模型构建方法，其特征在于，所述分别根据各汇水区的顶点坐标，计算各汇水区的形心，具体为：
根据一汇水区的各顶点的顶点坐标以及原点坐标，分别计算各顶点的向量；
计算所述一汇水区的各顶点的向量之和，并根据所述向量之和以及所述一汇水区的顶点数量，计算得到所述一汇水区的形心的向量；
根据所述形心的向量以及原点坐标，计算得到所述一汇水区的形心坐标。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的方法。
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