CN117407479A - 基于gis的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,包括进行雨水分区、污水分区并生成GIS面要素,获取子类管网的点子类数据,筛选出雨水源头点及污水源投点,创建源头要素,创建泰森多边形切分工具,共享为服务,执行泰森多边形切分,完成自汇水区查询。本发明提供的一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,通过GIS平台实现快速的雨水、污水管网子汇水区的自动划分,克服了传统方法划分效率低、修正过程繁琐等缺点,同时利用在线GIS平台管理和治理排水管网数据,为后续耦合排水管网模型提供了便利。

Description

基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法
技术领域
本发明涉及管网信息化技术领域领域,尤其涉及一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法。
背景技术
城市排水管网系统是用于收集、输送、分配雨水、污水、再生水的管道、渠道、泵站、调蓄池等排水设施的总称,是城市基础设施和水资源系统的重要组成部分。随着地理信息系统技术的不断发展,城市排水管网系统也朝着数字化方向迈进。
基于水文、水动力、水质等模块搭建的城市排水管网模型在解决城市排污、内涝等问题的模拟中发挥了重要作用。城市排水管网模型需要根据管网分布情况对城市汇水区进行划分,其划分的好坏对模拟结果的精度具有显著影响。
在传统城市排水管网建模过程中,汇水区的划分主要分为两种方法,一是基于城市行政区划图、地形图、规划图等资料的人工手绘,该方法划分精度较高,但耗时长、效率低;二是基于泰森多边形法则的汇水区划分,以雨水、污水进水源头点为中心划分不规则的多边形雨水和污水汇水区,实现汇水分区的高效划分。
现有的汇水区划分方法多为静态地通过离线数据包在本地进行汇水分区操作,若排水管网数据发生变动,则需重新进行数据整理和汇水分区,效率低下,修正过程繁琐,难以满足现代城市排水管网监控需求。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,基于GIS平台进行雨水、污水管网子汇水区的自动划分,解决了传统方法划分效率低、修正过程繁琐等问题,同时利用在线GIS平台监控排水管网数据,为后续耦合排水管网模型提供了便利。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:提供了一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,包括以下步骤:
S1、根据地形地貌进行雨水分区,根据排水管分布及走向进行污水分区,将各分区生成GIS(Geographic Information System,地理信息系统)面要素;
S2、基于SDE(Spatial DataBase Engine,空间数据库引擎)的数据库利用SQL(Structured Query Language,结构化查询语言)结构化查询语句获取各子类管网的点子类数据,从中筛选出雨水源头点及污水源头点,将雨水源头点和污水源头点分别创建为新的雨水源头和污水源头要素,仅保留要素属性表里面的一个字段作为唯一编码;
S3、创建泰森多边形切分工具;
S4、将泰森多边形切分工具通过GIS Server(Geographic Information SystemServer,地理信息系统服务)共享为服务,发布成功后通过URL(Uniform ResourceLocator,统一资源定位符)形式进行参数传递,在前端调用GP(Geoprocessing,地理处理)工具进行参数传入及结果获取;
S5、选择输入数据和结果保存路径,执行泰森多边形切分;
S6、利用GIS平台完成子汇水区查询。
步骤S1所述的雨水分区包括一级雨水分区、二级雨水分区和三级雨水分区,污水分区包括一级污水分区、二级污水分区和三级污水分区。
步骤S2所述的各子类管网包括井类管网、箅类管网、排类管网和特类管网。
井类管网的点子类数据包括检查井、化粪池、隔油池、隔油沉砂池、沉砂池、垃圾点以及其它池。
箅类管网的点子类数据包括单箅、双箅和多箅。
排类管网包括排放口。
特类管网包括立管点、入户、出户、进水口和出水口。
步骤S3利用Arcpy工具( Python 站点包)创建泰森多边形切分工具。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于:
(1)本发明提供的一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法通过耦合GIS技术和SDE数据库,从SDE数据库中查询管网节点属性,并从中筛选出雨水源头点及污水源头点,选择物探编号为唯一编码,GIS端能够通过物探编号属性筛选多边形输入点。
(2)本发明提供的一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法通过采用网格化管理方式及数据分库来解决数据查询效率低的问题,即对目标区域进行多级划分(雨水和污水的一级分区、二级分区、三级分区),三级分区作为泰森多边形划分的基础单元。同时在构建数据库时,易于采用分库和分表的策略实现,一级工区之间进行分库存储,二级工区之间进行分表处理。
(3)本发明提供的一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,基于GIS平台进行雨水、污水管网子汇水区的自动划分,解决了传统方法划分效率低、修正过程繁琐等问题,同时利用在线GIS平台监控排水管网数据,为后续耦合排水管网模型提供了便利。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法的流程示意图。
图2是雨污水源头点的筛选流程示意图。
图3是子汇水区查询流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,参照图1,包括以下步骤:
S1、根据地形地貌进行雨水分区,根据排水管分布及走向进行污水分区,将各分区生成GIS面要素。所述的雨水分区包括一级雨水分区、二级雨水分区和三级雨水分区,污水分区包括一级污水分区、二级污水分区和三级污水分区:
雨水一级分区:主干河涌的汇水范围;
雨水二级分区:支干河涌的汇水范围;
雨水三级分区:村级支涌对应的汇水范围,参考管网;
一级污水分区:污水厂或不接入污水厂的农污站的污水收集范围;
二级污水分区:接入污水处理厂的进厂干管对应的污水收集范围;
三级污水分区:接入进厂干管的污水次干管对应的污水收集范围。
S2、从基于SDE的数据库中,利用SQL结构化查询语句获取“井、箅、排、特”四大点子类管网数据,并从中筛选出雨水源头点及污水源头点。将雨水源头和污水源头筛选出的点分别创建为新的雨水源头和污水源头要素,并仅保留要素属性表里面的一个字段作为唯一编码(这个字段的值不重复且唯一,这里选择物探编号为唯一编码),作为创建泰森多边形的输入点。
点子类管网数据字段名及定义如表1所示:
表1 点子类管网数据
类别 点子类
检查井:检查井是为城市排水、排污等维修安装方便而设置的井。化粪池:是处理粪便并加以过滤沉淀的设施。隔油池:利用油滴与水的密度差产生上浮作用来去除含油废水中可浮性油类物质的一种废水预处理构筑物。隔油沉砂池:起到隔油和沉砂作用的水处理构筑物(一般汽修场所用到)。沉砂池:一般是设在污水处理厂生化构筑物之前的泥水分离的设施;用于沉淀水流中大于规定粒径泥沙的水池。垃圾点:堆放收集垃圾的点或构筑物。其他池:除以上外的其他类别的井。
单箅:箅子数量为1的。双箅:箅子数量为2的。多箅:箅子数量在3个及以上的。
排放口:排放到河道目录的出水口。
立管点:一般指房屋墙边的排水立管,一定要有立管高度。入户:接入到用户的点,一般没有(供水系统当中的概念)。出户:一般指从庭院管接出来的;从房屋里出来的非立管也为出户。进水口:没有箅子的边沟的起点叫进水口,一般指是明渠边沟的起点;地漏也算进水口。出水口:一般认为,只要不排到河道的排口都是出水口;小区管流出到草坪、小型水塘的点叫出水口。预留口:预留在此处作为其他用途的。虚拟点:正常:明显的没有构筑物的拐点;推测:推测此处存在的点。非探测区:不在整个工程项目的探测范围的井点可以称为非探测区。其他:其他情况的。
雨水源头点包括:
(1)雨水属性和合流属性的出户、立管点、进水口三个点子类,雨水污水合流的箅子,孤立的点除外;
(2)明沟上的雨水属性和合流属性的虚拟点和末端检查井。
污水源头点包括:
(1)污水属性和合流属性的出户、立管点、进水口、化粪池、隔油池、垃圾池、源头其他和其他(特征点子类的其他及检查井里面的其他池),孤立的点除外;
(2)污水和合流箅子,孤立的点除外。
按照雨水源头点和污水源投点的定义进行筛选,流程如图2所示。
S3、创建泰森多边形切分工具,具体包括以下过程:
S3.1、在GIS工具箱ArcToolbox中添加Script脚本工具;
S3.2、填写基本参数,并选择相对路径;
S3.3、选择提前写好的Python脚本文件(泰森多边形切分脚本);
S3.4、根据脚本文件配置模型参数,需要注意输入及输出的类型;
S3.5、脚本工具的运行及调试。
S4、将步骤三所创建的泰森多边形切分工具通过GIS Server共享为服务,并设置发布服务的相关参数,发布成功后可通过URL形式进行参数传递({“url”:“服务地址”}),并在前端调用GP工具进行参数传入及结果获取。
S5、选择输入数据和结果保存路径,执行泰森多边形切分,具体包括以下步骤:
S5.1、以步骤S2中得到的雨水、污水源头点要素作为“输入点”,步骤一中得到的雨水、污水一级、二级、三级分区的面要素作为“输入面”,选择一个文件夹作为“临时文件夹”,并在“输出结果”中选择该文件夹作为存放位置;
S5.2、运行工具进行泰森多边形切分,在一、二、三级分区的基础上将源头点划为在更细小的子汇水区中;
S5.3、将泰森多边形切分后的子汇水区与输入的点要素进行空间连接,保证点要素和切出的泰森面要素能够一一对应。可在切出的泰森面中创建Input_FID字段作为点和面的一一对应关系(为保证唯一对应关系的正确性,这里选择物探编号作为Input_FID的字段值)。
S6、参照图3,在GIS平台中点击某个待识别子汇水区的井点(井点属性表中存在上游井点和下游井点字段),系统自动溯源查询出该井点的所有上游井点,并将所有上游井点中作为雨、污水源头点的点分别进行高亮并将其泰森面匹配出来(根据泰森多边形中的面与点的一一对应关系),该泰森面即为雨水、污水子汇水区。查询结果可导出为CAD等格式,以地图形式加以展示。
以本实施例所展示的区域官网数据为例,若采用传统人工划分方法,耗时主要在于泰森多边形的计算。划分一次耗时约1.5~3.0 h,准确率在95%~99%之间。当管网数据发生变动时,再次划分仍需1.5~3.0 h。
若采用GIS技术直接进行划分:耗时主要包括前期数据创建(GIS数据导入及编辑)和泰森多边形计算。划分一次时前期数据创建耗时约为3.0~6.0 h,泰森多边形计算时间约为5.0~10.0 min。当管网数据发生变动时,再次划分时需修改GIS数据并再次执行泰森多边形划分,总耗时约为10~15 min。
采用本发明提供的一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,耗时主要包括前期数据创建(GIS数据导入及编辑、SDE数据库建库)和泰森多边形计算。划分一次时前期数据创建耗时约3.0~6.0 h,泰森多边形计算时间约为10~60 s,较GIS技术直接划分方式提升近10倍,可满足实时处理要求。当管网数据发生变动时,再次划分时需修改GIS数据及SDE数据库数据并再次执行泰森多边形划分,总耗时约为5~8 min,划分效率明显大幅提升。
本发明提供的一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,基于GIS平台进行雨水、污水管网子汇水区的自动划分,解决了传统方法划分效率低、修正过程繁琐等问题,同时利用在线GIS平台监控排水管网数据,为后续耦合排水管网模型提供了便利。

Claims (8)

1.一种基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于包括以下步骤:
S1、根据地形地貌进行雨水分区,根据排水管分布及走向进行污水分区,将各分区生成GIS面要素;
S2、基于SDE的数据库利用SQL结构化查询语句获取各子类管网的点子类数据,从中筛选出雨水源头点及污水源头点,将雨水源头点和污水源头点分别创建为新的雨水源头和污水源头要素,仅保留要素属性表里面的一个字段作为唯一编码;
S3、创建泰森多边形切分工具;
S4、将泰森多边形切分工具通过GIS Server共享为服务,发布成功后通过URL形式进行参数传递,在前端调用GP工具进行参数传入及结果获取;
S5、选择输入数据和结果保存路径,执行泰森多边形切分;
S6、利用GIS平台完成子汇水区查询。
2.根据权利要求1所述的基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于:步骤S1所述的雨水分区包括一级雨水分区、二级雨水分区和三级雨水分区,污水分区包括一级污水分区、二级污水分区和三级污水分区。
3.根据权利要求1所述的基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于:步骤S2所述的各子类管网包括井类管网、箅类管网、排类管网和特类管网。
4.根据权利要求3所述的基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于:井类管网的点子类数据包括检查井、化粪池、隔油池、隔油沉砂池、沉砂池、垃圾点以及其它池。
5.根据权利要求3所述的基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于:箅类管网的点子类数据包括单箅、双箅和多箅。
6.根据权利要求3所述的基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于:排类管网包括排放口。
7.根据权利要求3所述的基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于:特类管网包括立管点、入户、出户、进水口和出水口。
8.根据权利要求1所述的基于GIS的城市排水管网子汇水区自动快速划分方法,其特征在于:步骤S3利用Arcpy工具创建泰森多边形切分工具。
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