1.一种市政管理中面向地下管网普查的分区方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,收集待普查区域管网信息,根据待普查区域管网信息得到管点数据和管段数据,面向地下管网普查中管网设备具有管网设备以及管段的相关信息,进行两次抽象,第一次将管网设备抽象为矢量点,管段抽象为矢量线,综合管点数据和管段数据形成管网矢量数据;第二次抽象将管点管段作为统一的空间实体对象,作为整体由欧式空间向拓扑空间进行投影,根据管网矢量数据将管点抽象成节点,将管段抽象成连接节点的边,将管段的长度作为边的权重,构造管网拓扑无向图;
步骤2,步骤1得到的管网拓扑无向图是实际的管网结构,并未通过简化,使用裁剪算法将管网结构进行划分;划分结果包括主干骨架网络结构和分支网络结构,主干骨架网络结构是整个管网的核心,主要由主线管网和部分涉及关键拓扑位置的支线管网构成的;分支网络结构有明显的前驱后继关系,形成有层次的树形结构,其中只有一个前驱节点,而无后继节点的为叶子节点;提取管网拓扑无向图中的供水管网的主干网络结构和分支网络结构;在管网拓扑无向图当中,存在诸多度为1的节点,删除这些节点之后又会出现新的度为1的节点,迭代之后,剩下的拓扑结构即为主干骨架网络结构;记录删除节点的顺序,逆序输出构建为树形结构;
步骤3,根据得到的主干网络结构和分支网络结构将供水管网划分为nc个单元;
步骤31,将主干网络结构中的每个节点看成一个独立的单元,初始单元的数目与节点个数相同;
步骤32,对每个节点i,尝试把节点i分配到其邻接节点所在的单元中,并计算分配前与分配后的模块度差值ΔQ,并记录模块度差值ΔQ最大的那个邻接节点;如果最大的ΔQ>0,则把节点i分配到ΔQ最大的那个邻接节点所在的单元,否则放弃此次划分;模块度差值的计算公式如下:其中,ΔQ表示模块度差值,TopologySim表示两个相邻节点的拓扑相似度,i,n是节点编号,i表示第i个节点,n为i的邻接节点, 是单元C内的权重之和, 表示单元C的内部权重, 是连接单元C的外部连接的权重之和, 表示连接单元C的外部权重,C表示邻接节点n所在的单元, 是节点i与内部节点的连接权重相加的和, 是连接节点i的外部连接的权重之和, 为整个网络的权重之和;
步骤33,重复步骤32,直到所有节点的所属单元不再发生变化;
步骤34,将步骤33得到的具有相同的归属的节点,视作一个新的节点,重新构造子图,两个新节点之间的权重为相应两个单元之间所有边的权重之和;
步骤35,给定最小社区子团分辨率参数,将步骤34得到的子图作为输入,重新执行步骤
31到步骤34,直到达给定的最小社区子团分辨率参数,得到最小社区子团以及社区子团;
步骤36,输出最小社区子团以及社区子团的连接关系,将最小社区子团作为管网的最小分区单元;
步骤4,根据指定分区数量,以长度相当为主要收敛条件,面积为次要收敛条件,实现管网最小分区单元聚合,达到指定的分区数目;将新节点作为社区子团的可能性,节点i被选为社区子团的可能性的计算具体公式如下:其中, 表示节点i被选为社区子团的概率,D(i)定义为节点i到邻居子团欧氏空间的质心的距离, 表示节点i的所有邻接节点n到节点i的距离平方和,还从面积分配的角度,定义空间面积上的收敛条件:其中, 表示每个分区面积的最小值, 表示分区数, 为候选节点, 是第个分区,mi为邻接节点的质心,根据不同的收敛数,选择 取极值点处的数值,作为最优的子团分配方式;
步骤41,将分支网结构的权重赋予其所挂载的主干网络结构的节点上,根据该节点的所属单元,将分支网结构的管段长度赋给所属单元;
步骤42,选择社区子团中权重最小的节点,合并其邻接节点中权重最小的节点为新节点,新节点权重由原节点与原节点之间的边权重的和相加得到;当权重最小的两个节点并不存在直接拓扑关联时,分别计算两节点加入邻居时外包矩形的面积大小,选择面积变化大的合并方案;
步骤43,重复步骤42,直到所有节点合并完成,得到不同分区方案下的各分区;
步骤44,分别计算不同分区方案下的各分区长度的方差,选取方差最小的分区方案,长度方差相等时,使用外包矩形的面积作为判断条件;
步骤5,输出管网分区结果,包括矢量数据以及普查分区中待普查的管网长度以及分区面积信息。
2.根据权利要求1所述市政管理中面向地下管网普查的分区方法,其特征在于:步骤1中构造管网拓扑无向图的方法如下:步骤11,管网矢量数据包括管点数据和管段数据;对管点数据和管段数据进行检查,确保每条管段是两个管点的连线,管段内部没有管点;对不符合要求的管段和管点进行修正,删除缺少端点管点的管段,打断内部有其他管点的管段;在完成检查的基础上,将管点抽象成节点,将管段抽象成连接节点的边,将管段的长度作为边的权重,构造管网的拓扑图;
步骤12,依次对每个节点进行分析,找到与该节点共边的邻接节点,构造节点的邻接表,若节点 与节点 相连,则邻接表中增加一条记录 , 是节点编号,、 分别表示第 个节点;
步骤13,按照节点编号大小规则,删除重复的节点邻接信息,依据邻接表形成管网拓扑无向图G。
3.根据权利要求2所述市政管理中面向地下管网普查的分区方法,其特征在于:步骤2中提取管网拓扑无向图中的供水管网的主干网络结构和分支网络结构的方法如下:步骤21,遍历管网拓扑无向图中的每一节点,若节点没有相邻的节点,则将该节点记录为离散值,并删除该节点;
步骤22,遍历管网拓扑无向图中的每一条边 , ,是边的编号, 表
示第 条边, 是节点编号, 表示第 个节点,若节点 的邻接节点数大于节点的邻接节点数,且节点 仅和节点 相邻,则 为 的父节点,更新父子关系表,并删除边 和节点 ;
步骤23,重复步骤21和步骤22,直到没有节点可以删除,管网拓扑无向图中剩下的结构即为管网的主干骨架网络结构R,该结构是整个管网的核心,主要由主线管网和部分涉及关键拓扑位置的支线管网构成的;
步骤24,根据父子关系表,对于父子关系表中的任一节点Vg1,找到其前驱节点Vj1,若Vj1仍然在父子关系表中,则继续查找Vj1的前驱节点Vk1,依次类推,直到前驱节点不存在或为主干骨架网络结构中的点,根据此规则构建树形结构T,该树形结构T即为分支网结构,g1、j1、k1是节点编号,分别表示第g1、j1、k1个节点。
4.根据权利要求3所述市政管理中面向地下管网普查的分区方法,其特征在于:步骤4中按需进行最小分区单元的聚合方法如下:步骤41,将分支网结构的权重赋予其所挂载的主干网络结构的节点上,根据该节点的所属单元,将分支网结构的管段长度赋给所属单元;
步骤42,选择图中权重最小的节点,合并其邻节点中权重最小的节点为新节点,新节点权重由原节点与原节点之间的边权重的和相加得到;
步骤43,重复步骤42,直到所有节点合并完成,得到不同分区方案下的各分区;
步骤44,分别计算不同分区方案下的各分区长度的方差,选取方差最小的分区方案。
5.根据权利要求4所述市政管理中面向地下管网普查的分区方法,其特征在于:步骤5中输出管网分区结果的方法如下:步骤51,将分区编号赋值给最小分区单元,以及单元内部的所有节点,得到管点的分区编号表;
步骤52,将分区编号表按照管点的标识字段和矢量数据进行关联;
步骤53,统计不同分区的管段长度,若一个管段两个管点为同一分区,则将此管段的长度记录为此分区的长度;否则忽略此管段长度;
步骤54,输出关联了分区表的矢量数据和各个分区的长度、所占面积的统计结果。