CN201570064U - 一种城市管网模拟结果数据集成显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种城市管网模拟结果数据集成显示系统，模拟结果数据库与模拟结果视图单元连接，模拟结果视图单元从模拟结果数据库获取当前时间节点要素的模拟结果，模拟结果播放控制器与模拟结果视图单元连接，模拟结果视图单元向模拟结果播放控制器注册，并接收模拟结果播放控制器发出的刷新指令，模拟结果集成显示单元与模拟结果视图单元连接，用于对模拟结果进行渲染，并进行显示。采用了本实用新型的技术方案，能够将模拟结果数据以平面专题图、结果图表及曲线、纵断图、三维图等方式进行可视化集成显示，供用户进行动态分析对比，方便其对模拟结果的直观理解，并辅助作出科学专业的决策。

Description

一种城市管网模拟结果数据集成显示系统

技术领域

本实用新型涉及城市基础设施数字化管理技术领域，尤其涉及一种城市管网模拟结果数据集成显示系统。

背景技术

城市基础设施是城市赖以生存和发展的基础性条件。目前我国处于经济高速发展时期，城市基础设施建设的速度和规模不断加大，结构不断升级，对基础设施的信息化管理显得尤为重要。城市管网(如给水管网、污水管网、天然气管网和输配电网等)是构建在城市三维空间上的错综复杂的网络系统，是城市基础设施的主体。由于管网系统组成的复杂性和影响因素的多样性，一般很难对其进行全面而准确的描述。为了提高管网运营管理的科学性和有效性，避免决策失误，通常需要建立管网系统数学模型，通过对多种情景下的模拟结果数据进行比较、分析，为管理者提供客观有效的决策信息，以便做出科学决策。模型的准确性和适用性以及基础数据的真实性和完整性决定了模拟结果的可靠性。而模拟结果数据的处理、分析和显示方式则直接影响模拟结果的易读性和决策的高效性。因此，在利用管网数学模型进行精确仿真模拟的基础上，将模拟结果数据通过静态、动态的平面图表、三维视图或用户指定类型的专题图等多种形式进行集成显示，对于方便用户对模拟计算结果的直观理解和高效决策具有重要的现实意义。

目前，基于监测和模拟的城市管网综合管理模式逐渐取代了结合纸图的经验管理模式和简单的信息化存储管理模式。该模式综合地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)和专业模型的优势，利用GIS提供的数据管理和空间分析功能以及管网模型提供的专业计算和分析功能，为管网运营管理提供了科学的决策依据。目前，专业模型软件只能将模拟结果数据报表或根据模拟结果数据生成的简单的静态矢量图片或标量图片呈现给决策制定者，再由决策制定者进行数据处理、分析，在地图数据或属性数据通用管理软件的协助下，结合实际工作经验进行分析对比并做出决策。

目前的技术方案存在以下缺点：

一是大量的专业模拟结果是以复杂数据的形式存在的，模拟分析难度大，需要进行进一步的数据分析和可视化处理才能有效支持决策。

二是静态的数据报表和图形显示模式不能直观反映某一时段内模拟结果空间分布规律的动态变化过程。

三是模拟结果数据与模拟对象之间缺乏有效的联系，模拟结果不能与电子地图、管网属性数据等动态关联，不便于用户在决策制定过程中全面考虑地形因素和管网状态等实际情况来进行综合决策。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种城市管网模拟结果数据集成显示系统，能够让管网运营管理人员从不同视图任意查看相关区域的模拟结果，对模拟数据进行动态分析对比，以方便其对模拟结果的直观理解，从而辅助其作出科学的专业的决策分析。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种城市管网模拟结果数据集成显示系统，包括模拟结果数据库、模拟结果视图单元、模拟结果集成显示单元和模拟结果播放控制器，

其中所述模拟结果数据库与所述模拟结果视图单元连接，用于所述模拟结果视图单元从所述模拟结果数据库获取当前时间节点要素的模拟结果；

所述模拟结果播放控制器与所述模拟结果视图单元连接，用于所述模拟结果视图单元向所述模拟结果播放控制器注册，并接收所述模拟结果播放控制器发出的刷新指令；

所述模拟结果集成显示单元与所述模拟结果视图单元连接，用于对模拟结果进行渲染，并进行显示。

采用了本实用新型的技术方案，可以将模拟结果数据以平面专题图、结果图表及曲线、纵断图、三维图等方式进行可视化集成显示，供用户进行动态分析对比，方便其对模拟结果的直观理解，并辅助作出科学专业的决策。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中城市管网模拟结果数据集成显示系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型的主要技术思想是将复杂的模拟结果数据以多种形式集成动态显示，并与管网要素动态关联。具体原理如下：

管网模拟结果集成显示功能的实现采用MVC模式

(Model-View-Controller，模型-视图-控制器，其中，Model：模拟结果数据模型，View：模拟结果表达视图，Controller：模拟结果播放控制器)。首先，系统由管网模型的模拟结果构建模拟结果数据模型。然后，根据用户所需的模拟结果表达方式，调用相应的表达算法。最后，实现算法后，在控制器处进行视图注册，完成新渲染视图的添加。模拟结果集成显示包括多种渲染显示方式，如二维表格视图、地图二维视图、地图三维视图、纵断面视图、横截面视图、曲线视图等。其中，二维表格视图根据当前控制器的时间节点，显示该时间节点所有模拟要素的各个模拟变量数据；地图二维视图将当前时间节点的某一要素中某一模拟变量的数据，渲染为一专题图层，通过叠加管网地图和基础地形数据，从空间上进行直观地显示；地图三维视图则是在二维地图的基础上进行Z轴的渲染，加入高程信息；曲线视图反映某一要素中某一模拟变量在整个模拟时间段的变化过程，在曲线视图中通过动态推进的时间轴来显示当前时间节点的模拟结果。

在模拟时间范围内，每个管网要素在各个时间点的模拟结果数据构成了一个动态变化的数据场。模拟结果集成显示系统中的模拟结果视图单元通过侦听模拟结果播放控制器来动态表达模拟结果。模拟结果播放控制器是根据时间驱动的，每到一个时间节点，模拟结果播放控制器会向模拟结果视图单元分发刷新的视图事件。模拟结果视图单元接收到事件后，从模拟结果数据库获取当前时间节点各个要素的模拟结果，然后各个视图采取各自的渲染方式在模拟结果集成显示单元进行显示，这样就完成一次“时间驱动-分发事件-响应事件-渲染表达”的显示过程。通过一段时间的连续演绎，就形成了整个模拟结果的动态渲染过程。

管网模拟结果数据集成显示系统通过消息事件驱动。系统根据用户的可视化需求，实现相应的算法，并对表达视图进行注册后，模拟结果播放控制器才会发出的刷新指令。因此，只有向模拟结果播放控制器进行注册，模拟结果视图单元才会随着模拟结果播放控制器中时间的推进，动态地响应和刷新视图。

图1是本实用新型具体实施方式中城市管网模拟结果数据集成显示系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括模拟结果数据库1、模拟结果视图单元2、模拟结果集成显示单元3和模拟结果播放控制器4，其中模拟结果数据库与模拟结果视图单元连接，模拟结果视图单元从模拟结果数据库获取当前时间节点要素的模拟结果，模拟结果播放控制器与模拟结果视图单元连接，模拟结果视图单元向模拟结果播放控制器注册，并接收模拟结果播放控制器发出的刷新指令，模拟结果集成显示单元与模拟结果视图单元连接，用于对模拟结果进行渲染，并进行显示。

下面以某城市某排水流域的污水管网为例，对本实用新型的具体实施方式进行描述：

该排水流域采用合流制管网，污水干管总长约600公里，日输送污水25万吨。为了对该排水流域内污水管网的运营进行科学、高效地管理，首先需要导入污水管网的空间和属性数据，并进行拓扑关系检查，构建准确的污水管网模型。然后，根据设定的模拟情景，设置模拟时间、模拟步长和入渗模型等模拟参数，调用模型计算引擎进行模拟计算。最后，得到模拟结果。该结果是一系列复杂的时间序列数据，分析难度大，需要进行进一步的数据分析和可视化处理才能有效支持决策，因此，基于本发明的管网模拟结果数据集成显示方法，设计开发了一套模拟结果集成显示子系统。

该模拟结果集成显示子系统的应用流程如下：首先，用户根据数据分析需要，选择一种或几种视图形式。被选中视图向模拟结果播放控制器进行注册。然后，模拟结果播放控制器根据时间驱动向模拟结果视图单元分发事件。最后，模拟结果视图单元在接收事件后作出响应，从模拟结果数据库中获取当前时间节点各个要素的模拟结果，采取相应的渲染方式进行模拟结果表达，实现模拟结果集成显示。

在本具体实施方式中，以污水管网模型为基础，以一场5年一遇的、降雨历时为3小时的降雨过程为特定模拟情景。设置汇报时间步长为5min，入渗计算方法选择Horton模型，管网水力学计算采用稳定波模式。根据设置的降雨类型、水文条件和模拟边界条件等模拟参数，运行管网模型，得到管网模拟分析结果。该排水流域的模拟结果集成显示子系统采用本发明的模拟结果集成显示方法后，能够根据上述模拟结果提供以下模拟结果表达方式：

(1)模拟结果数据表，显示所有管网要素的各个模拟变量数据。管网中每个要素都会对应一张二维表格。其中，检查井会模拟得到每个时刻的水深、水头、总入流量及溢流量等结果数据，管道则会得到每个时刻的流速、流量、充满度等结果信息。

(2)某模拟变量的专题图。该表达方式能够根据当前时间节点的某一要素中某一模拟变量的数据生成专题图层，并与管网地图和基础地形数据叠加生成地图专题二维视图。根据模拟结果数据和渲染分级标准，系统生成降雨过程中某时间点的管线流量专题图，用不同颜色的图标标记流量在不同范围的管线，便于用户了解各个管道的负荷状况，快速、准确地识别负荷较大、发生溢流(过载)风险较大或易发生淤积的区域和管段，从而为有效制定应急调度方案、管网改造方案和养护方案提供了科学的数据支持。

(3)三维视图。系统在二维地图的基础上，增加高程信息，生成三维视图，在模拟结果播放控制器的控制下，便于观察模拟过程中管网的水深变化。

(4)曲线视图。该视图通过曲线反映某一要素的某一模拟变量在整个模拟时间段的变化过程。选取模拟区域内出水口上游管线，通过该管线在模拟降雨时段内的流量变化曲线，可以直观地了解降雨强度和历时对污水排放量的影响。

(5)纵断面视图和横截面视图。该视图模式分别沿着或垂直于管道的流向切入，能够从不同视角剖析管网及模拟结果动态变化情况，便于发现导致管道负荷异常的原因(如管道逆坡、管径过小等)。

在该实施例中，采用了管网模拟结果数据集成显示方法的模拟结果集成显示子系统能够提供污水管网模拟结果集成显示功能，通过上述模拟结果表达视图的动态显示和关联显示，从多个角度展示模拟结果数据，有助于用户直观、全面地理解模拟结果，辅助作出科学专业的决策分析。

本实用新型的具体实施方式存在以下优点：

(1)集成多种显示模式。系统提供能够实现模拟结果集成显示的多种渲染方式，包括：二维表格视图，即以表格形式显示某一时间点所有模拟要素的各个模拟变量数据；专题图，即根据当前时间节点的某一要素中某一模拟变量的数据生成专题图层，并与管网地图和基础地形数据叠加生成地图专题二维视图；地图三维视图，即在二维地图的基础上，增加高程信息，生成三维视图，便于观察模拟过程中管网的水深变化；纵断面视图和横截面视图，即分别沿着或垂直于管道的流向切入，从不同视角剖析管网及模拟结果动态变化情况；曲线视图，即通过曲线反映某一要素中某一模拟变量在整个模拟时间段的变化过程。各种显示模式从多个角度展示模拟结果数据，有助于用户直观、全面地理解模拟结果。

(2)借助模拟结果播放器实现了模拟结果动态显示。连续演绎“时间驱动-分发事件-响应事件-渲染表达”过程，形成了整个模拟结果的动态表达过程，便于用户了解模拟结果的变化过程，从中发现规律，作出合理的趋势预测和运营决策。

(3)无需改变模拟结果数据结构即可实现多种数据渲染表达方式。本发明的模拟结果集成显示采用的MVC模式能够将逻辑与界面进行良好的剥离，并且利用模拟结果数据模型与模拟结果表达视图往往是一对多的关系，为将来添加多种渲染视图和表达方式提供方便的扩展方式。

(4)模拟结果视图能够与地形图、管网属性数据等相关联。在管网日常养护过程中，通过管网模拟能够分析各区域的管网负荷，确定系统的薄弱环节，将模拟结果视图与地形图、管网属性数据等关联显示能够帮助用户迅速定位，有针对性地制定维修养护计划。在对突发事件进行应急管理时，模拟结果视图与地形图、管网属性数据等相关联便于决策制定者在决策制定过程中全面考虑地形因素和管网状态等实际情况来进行综合决策，迅速、正确地制定应急调度方案，减少管网突发事件或事故造成的经济损失，降低其对人民群众环境卫生安全和对社会生产生活秩序的影响。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种城市管网模拟结果数据集成显示系统，其特征在于，包括模拟结果数据库、模拟结果视图单元、模拟结果集成显示单元和模拟结果播放控制器，

其中所述模拟结果数据库与所述模拟结果视图单元连接，用于所述模拟结果视图单元从所述模拟结果数据库获取当前时间节点要素的模拟结果；

所述模拟结果播放控制器与所述模拟结果视图单元连接，用于所述模拟结果视图单元向所述模拟结果播放控制器注册，并接收所述模拟结果播放控制器发出的刷新指令；

所述模拟结果集成显示单元与所述模拟结果视图单元连接，用于对模拟结果进行渲染，并进行显示。