基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法与流程

本发明涉及智慧城市水务管理，特别涉及一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法。

背景技术：

1、在城市供水管网数字化管理过程中，管线数据通常来源于测绘、gis建库、管线普查或后续运维更新。由于采集精度、坐标处理方式、线段打断习惯以及数据维护批次不同，不同管线线段端点之间往往存在微小坐标偏差（例如0.001米量级的坐标漂移），导致本应在物理上连通的管线在数据层面呈现为断开状态，严重影响后续拓扑关系的正确识别。

2、现有断管影响分析方法存在诸多不足。依赖人工经验与图形界面操作的方式效率极为低下（数千条管线的城市管网往往需要数人数天），且结果因人而异，无法标准化。基于图论的连通性分析虽然能输出“是否失源”的定性结果，但无法自动定量计算受影响管网总长度，也无法对枝状管网向下游搜索完整受影响子图并累加长度。更关键的是，当需要按道路、管材、口径等业务字段分组统计时，现有技术无法处理环状与枝状管网混合的情况，枝状管网的受影响范围存在包含关系（上游失效必然包含下游），简单累加必然导致重复计量，使统计数值虚高。此外，串行计算模式对于数万条管线的大规模管网，完整断管模拟可能需要数天时间。

3、因此，亟需一种能够自动进行拓扑归并修正、高效并行模拟断管、自动识别环状与枝状结构并量化影响长度，且在分组统计阶段能够智能合并重叠影响范围、避免重复计量的水务管网分析方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，至少解决背景技术中提出的问题之一。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，包括以下步骤：

4、加载管网线段数据和水源点数据，基于预设容差对管线节点进行归并处理，将距离不超过所述容差的节点映射为同一标准节点，根据归并后的标准节点序列构建无向拓扑图；

5、将水源点坐标与所述无向拓扑图中的标准节点进行匹配，标记有效水源节点，基于所述无向拓扑图识别全局连通分量并标记各连通分量的水源可达性；

6、基于所述无向拓扑图逐条模拟管线断开，对于当前管线，分别从两端节点出发在排除当前管线对应的边后执行连通性搜索，根据两端节点是否仍能到达有效水源判定当前管线的管网类型并计算影响管网长度。

7、进一步的改进在于，所述方法还包括以下步骤：根据用户选定的分组字段将管线划分到不同组合中，对于包含非环状管线的组合，合并具有包含关系的受影响管线集合后计算单元影响用户管长。

8、进一步的改进在于，所述基于预设容差对管线节点进行归并处理，将距离不超过所述容差的节点映射为同一标准节点，根据归并后的标准节点序列构建无向拓扑图的具体方法包括：遍历所有管线路径上的节点，计算任意两个节点之间的欧氏距离，将距离不超过所述容差的节点归并为同一标准节点，构建原始节点到标准节点的映射关系，将每条管线的路径点序列转换为标准节点序列；遍历相邻标准节点对，计算管线长度作为边权值，在邻接表中分别记录双向连接关系，同时存储边长度及所属管线编号，记录每条管线的起点、终点、总长度及全部标准节点序列。

9、进一步的改进在于，所述将水源点坐标与所述无向拓扑图中的标准节点进行匹配的具体方法包括：对于每个水源点坐标，遍历所有标准节点计算欧氏距离，当最小距离不超过所述容差时，将对应标准节点标记为有效水源节点，否则将该水源点标记为无效水源。

10、进一步的改进在于，所述基于所述无向拓扑图识别全局连通分量并标记各连通分量的水源可达性的具体方法包括：采用广度优先搜索算法遍历所述无向拓扑图中的所有节点，为每个节点分配连通分量编号，同时记录每个连通分量是否包含有效水源节点。

11、进一步的改进在于，所述广度优先搜索算法的具体执行方法包括：创建一个空队列，将起始节点入队并标记为已访问；循环执行以下操作直至队列为空：从队列中取出队首节点作为当前节点，遍历所述无向拓扑图中与当前节点相邻的所有节点，将每个未被访问的邻接节点入队并标记为已访问；当队列为空时，所有已访问节点构成一个连通分量。

12、进一步的改进在于，所述根据两端节点是否仍能到达有效水源判定当前管线的管网类型并计算影响管网长度的具体方法包括：当两端节点均能到达有效水源时，判定当前管线为环状管网，影响管网长度取当前管线自身长度；当仅一端节点能到达有效水源时，判定当前管线为枝状管网，从不可达的一端节点出发在所述无向拓扑图中搜索受影响子图，将当前管线长度与子图内所有管线长度之和作为影响管网长度。

13、进一步的改进在于，所述合并具有包含关系的受影响管线集合后计算单元影响用户管长的具体方法包括：提取组内所有非环状管线的受影响管线编号集合；从剩余集合中选取集合规模最大的管线作为代表，找出与所述代表集合存在包含关系的其他管线归为同一子组合；取所述子组合中受影响管线集合规模最大的管线的影响长度作为所述子组合的代表值，累加所有子组合的代表值得到非环部分的总影响长度；将组内所有环状管线的影响长度之和与所述非环部分的总影响长度相加，得到所述单元影响用户管长。

14、进一步的改进在于，所述逐条模拟管线断开采用多进程并行处理架构：将所有管线索引分批，每批分配至独立进程执行断开模拟，各进程基于所述无向拓扑图独立进行两端连通性判断及子图搜索，主进程收集各批次结果并合并。

15、进一步的改进在于，所述方法还包括：在原管网数据的基础上新增分析字段并将结果写回，所述分析字段包括是否为环状管网、影响管网长度、组合序号和单元影响用户管长中的至少一种。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明通过基于预设容差的节点归并处理，将距离不超过容差的多个节点映射为同一标准节点，有效消除了不同数据源之间因采集精度、坐标处理方式差异导致的坐标漂移问题，使本应在物理上连通的管线在数据层面恢复连通。相比现有技术中依赖人工目视检查或忽略坐标偏差的处理方式，本发明实现了拓扑关系的自动化修正，确保了后续环状与枝状管网识别、断管影响分析的准确性基础，适配多源、多精度数据的融合处理需求。

18、本发明通过逐条模拟管线断开，分别从两端节点出发在排除当前边后执行连通性搜索，根据两端是否仍能到达有效水源自动区分环状管网与枝状管网。相比现有技术中仅能定性判断“是否失源”的连通性分析方法，本发明不仅能够自动识别管网结构类型，还能够定量计算每条管线失效后的影响管网长度并记录受影响的管线编号集合，实现了从定性判断到定量分析的跨越。

19、本发明通过在分组统计阶段针对包含非环状管线的组合，采用贪心合并策略合并具有包含关系的受影响管线集合，以每个子组合中受影响范围最大的管线长度作为代表值进行累加，解决了环状与枝状混合分组时简单累加导致的重复计量问题。相比现有技术中组内所有管线影响长度简单相加的方式，本发明确保了单元影响用户管长指标的真实性和可信度，避免了数值虚高导致的决策偏差。

1.一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：根据用户选定的分组字段将管线划分到不同组合中，对于包含非环状管线的组合，合并具有包含关系的受影响管线集合后计算单元影响用户管长。

3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述基于预设容差对管线节点进行归并处理，将距离不超过所述容差的节点映射为同一标准节点，根据归并后的标准节点序列构建无向拓扑图的具体方法包括：遍历所有管线路径上的节点，计算任意两个节点之间的欧氏距离，将距离不超过所述容差的节点归并为同一标准节点，构建原始节点到标准节点的映射关系，将每条管线的路径点序列转换为标准节点序列；遍历相邻标准节点对，计算管线长度作为边权值，在邻接表中分别记录双向连接关系，同时存储边长度及所属管线编号，记录每条管线的起点、终点、总长度及全部标准节点序列。

4.根据权利要求1所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述将水源点坐标与所述无向拓扑图中的标准节点进行匹配的具体方法包括：对于每个水源点坐标，遍历所有标准节点计算欧氏距离，当最小距离不超过所述容差时，将对应标准节点标记为有效水源节点，否则将该水源点标记为无效水源。

5.根据权利要求1所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述基于所述无向拓扑图识别全局连通分量并标记各连通分量的水源可达性的具体方法包括：采用广度优先搜索算法遍历所述无向拓扑图中的所有节点，为每个节点分配连通分量编号，同时记录每个连通分量是否包含有效水源节点。

6.根据权利要求5所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述广度优先搜索算法的具体执行方法包括：创建一个空队列，将起始节点入队并标记为已访问；循环执行以下操作直至队列为空：从队列中取出队首节点作为当前节点，遍历所述无向拓扑图中与当前节点相邻的所有节点，将每个未被访问的邻接节点入队并标记为已访问；当队列为空时，所有已访问节点构成一个连通分量。

7.根据权利要求1所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述根据两端节点是否仍能到达有效水源判定当前管线的管网类型并计算影响管网长度的具体方法包括：当两端节点均能到达有效水源时，判定当前管线为环状管网，影响管网长度取当前管线自身长度；当仅一端节点能到达有效水源时，判定当前管线为枝状管网，从不可达的一端节点出发在所述无向拓扑图中搜索受影响子图，将当前管线长度与子图内所有管线长度之和作为影响管网长度。

8.根据权利要求2所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述合并具有包含关系的受影响管线集合后计算单元影响用户管长的具体方法包括：提取组内所有非环状管线的受影响管线编号集合；从剩余集合中选取集合规模最大的管线作为代表，找出与所述代表集合存在包含关系的其他管线归为同一子组合；取所述子组合中受影响管线集合规模最大的管线的影响长度作为所述子组合的代表值，累加所有子组合的代表值得到非环部分的总影响长度；将组内所有环状管线的影响长度之和与所述非环部分的总影响长度相加，得到所述单元影响用户管长。

9.根据权利要求1所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述逐条模拟管线断开采用多进程并行处理架构：将所有管线索引分批，每批分配至独立进程执行断开模拟，各进程基于所述无向拓扑图独立进行两端连通性判断及子图搜索，主进程收集各批次结果并合并。

10.根据权利要求2所述的一种基于拓扑归并及断管影响分析的水务管网分组统计方法，其特征在于，所述方法还包括：在原管网数据的基础上新增分析字段并将结果写回，所述分析字段包括是否为环状管网、影响管网长度、组合序号和单元影响用户管长中的至少一种。