GIS环境下污水管网设计流量的快速计算

第22卷第1期武汉测绘科技大学学报Vol.22No.11997年3月JounralofWuhanTechnicalUniversityofSurveyingandMappngMarch1997收稿日期:1996-05-10.孟令奎,男,29岁,博士后,现从事GIS理论与应用研究.GIS环境下污水管网设计流量的快速计算孟令奎边馥苓刘玉贤(武汉测绘科技大学信息工程学院,武汉市珞喻路39号,430070)摘要针对GIS环境下污水管网设计问题,提出了一种快速计算管段设计流量的方法——递归方法。分析了递归的原理、链式表的建立以及递归算法的具体实现等,并以实例阐述了递归计算的各个步骤。关键词GIS;污水管网;设计流量;递归;链式表分类号TU992;TP391本文结合GIS技术在城市污水管网设计中的具体应用,针对管段设计流量计算复杂、准确度低等问题[1],提出了一种快速简捷的递归计算方法,旨在为管网的设计提供计算管段设计流量的切实有效的途径和方法。1GIS环境下污水管网的数据组织GIS技术为污水管网的设计提供了有效的数据管理和组织手段[2]。以ARC/INFO为例,在污水管网这种空间型系统中,一般以矢量数据结构和关系模型来组织管网的几何数据与属性数据(包括几何数据之间的拓扑关系)。几何数据主要包括管网的各种图形要素信息,如管段(弧段)、检查井(节点)、污水泵站(点状地物)、污水处理厂(点状地物)等的几何坐标。属性数据是几何数据的属性描述信息,如管段类型、级别、管径、流量、检查井标高、类型等等。涉及设计流量计算的管网数据主要是弧段数据,其属性信息一般包括管段起止节点号、左右多边形(哑值)、内部标识码、用户标识码、管长、类型、级别、埋深、本段流量、设计流量、坡度等。为了描述和分析的需要,属性信息中的本段流量包含了本段集中流量。2递归运算原理污水管网是一种重力流的枝状结构网络,整个网络可抽象为由若干有向树构成的森林。对于每棵有向树而言,根节点表示污水处理厂,叶节点为污水收集节点,内节点(除根节点和叶节点以外的节点)是污水转输节点,同时也可能是污水收集节点(当有本段流量时),树枝代表污水管道(段)。树的方向性表现在污水是从叶节点(或内节点)逐级往下游管段和节点流动,直至到达根节点的。假设管网中节点编号集为SN,管段编号集为SP,叶节点编号集为SNleaves,映射关系Fn-odes和Tnodes分别表示取管段的起节点和终节点编号。容易得到:SNleavesFnodes(SP)SNTnodes(SP)=SN-SNleaves若任一管段i的设计流量和本段流量分别以Q(i)和QB(i)表示,则管段设计流量的递归计算有如下形式:1)Q(i)=QB(i)iffi∈SP,Fnodes(i),∈Fnodes(i)∈SNleaves2)Q(i)=QB(i)+∑Q(k)iffi∈SP,Fnodes(i),∈Fnodes(i)∈Tnodes(SP)∧k∈SP,Tnodes(k)andFnodes(k),∈(Tnodes(k)∈Tnodes(SP)∧Fnodes(k)∈SN∧(Tnodes(k)=Fn-odes(i)∨ARC(Fnodes(k)→Fnodes(i))∈SP))其中,ARC表示两节点所连成的管段的编号。3链式表的建立3.1链式表的内涵建立链式表的目的是将污水管网的物理形态进一步抽象为管段与管段、管段与节点相关信息的逻辑和量化关系,以便进行有效的递归运算。其DOI:10.13203/j.whugis1997.01.003构成主要包含以下项目:①本段索引号(链式表的元组顺序号);②本段ID(属性信息中的管段内部标识码);③父管段索引号(本段相邻的下游管段在链式表中的索引号);④本段FN(属性信息中本段起始节点号);⑤本段TN(属性信息中本段终止节点号);⑥本段流量(属性信息中本段流量,包含本段集中流量);⑦本段设计流量(属性信息中本段设计流量);⑧本段子管段数(本段相邻上游管段个数,递归控制参数);⑨计算未完成标志(递归控制参数)。其中,①为顺序累加结果;③,⑦～⑨的内容由初始化链式表时自动计算或设置;其它各项的内容直接由属性信息中提取。3.2链式表的初始化链式表初始化是递归计算的前提。设污水管网中共有n个管段,对于第i个管段,ID号以ID(i)表示。相应地,本段流量、设计流量、FN、TN、父管段索引号、子管段数及计算未完成标志分别用QB(i)、Q(i)、FN(i)、TN(i)、Findex(i)、Cnumber(i)、Unfinished(i)表示。初始化主要包括5个步骤:1)建立一个索引号为0的虚元组,各属性项预赋0值。该虚元组对应的虚管段作为各个根节点对应管段的父管段,虚管段的设计流量为整个污水管网的设计流量。以虚管段作为连接的纽带,可将整个污水管网抽象