无管网资料区域排水管网重构与内涝模拟方法及相关装置与流程

本发明涉及城市水文，更具体地说，涉及一种无管网资料区域排水管网重构与内涝模拟方法及相关装置。

背景技术：

1、城市内涝数值模拟是评估城市防洪排涝能力、优化排水系统规划以及制定应急减灾策略的关键技术手段。在常规的城市精细化内涝模拟工作中，构建高精度的水力模型通常依赖于完整且准确的地下排水管网基础数据，这些数据涵盖了管网的几何尺寸、埋深标高以及复杂的拓扑连接关系。目前，行业内普遍采用的技术路线是基于实测的管网图纸或地理信息系统数据库，直接建立一维管网水动力模型，并结合二维地表漫流模型进行耦合计算，以模拟降雨事件下的地表积水过程。这种基于真实管网数据的建模方式构成了当前城市内涝风险评估的主流范式，广泛应用于海绵城市建设效果评估及易涝点排查等场景。

2、然而，在许多城市区域、历史悠久的老城区部分地段以及快速扩张的新建城区，往往面临着地下排水管网资料缺失、档案记录不全、数据保密限制或实地测绘成本过高等现实情况。在这些缺乏真实管网资料的区域，现有的等效处理方法通常将排水能力在空间上进行均质化假设或采用简化的经验公式进行概化，忽略了排水设施实际空间分布的非均质性特征。这种处理方式导致模拟结果难以准确反映由排水设施布局决定的局部径流汇集与排泄过程，无法精准刻画特定位置的积水形成、扩散及消退动态，从而使得在无管网资料区域开展高精度、可信赖的城市内涝模拟成为该领域长期面临的技术挑战。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明公开一种无管网资料区域排水管网重构与内涝模拟方法及相关装置，以解决在无管网资料区域开展高精度、可信赖的城市内涝模拟成为该领域长期面临的技术挑战的技术问题。

2、一种无管网资料区域排水管网重构与内涝模拟方法，包括：

3、获取目标区域的地表排水设施的离散坐标，以及所述目标区域的道路矢量数据；

4、将所述离散坐标投影至所述道路矢量数据中的道路中心线，基于投影位置和侧向属性对所述离散坐标进行分组；

5、将分组后的离散坐标按分布间距归并为节点并生成连接管段，在道路交叉处基于邻近关系进行缝合，重构出用于水力模拟的近似排水管网；

6、基于所述近似排水管网构建一维水动力模型，提取所述一维水动力模型与地表的水量交换数据；

7、基于所述水量交换数据驱动二维地表水动力模型，输出所述目标区域的地表淹没结果。

8、可选地，所述将所述离散坐标投影至所述道路矢量数据中的道路中心线，基于投影位置和侧向属性对所述离散坐标进行分组，包括：

9、将各所述离散坐标投影至所属道路中心线，计算各投影点沿所述道路中心线的里程位置；

10、根据各所述离散坐标相对所述道路中心线的偏向判定侧向属性；

11、对归属于同一道路且具有相同侧向属性的离散坐标，按所述里程位置进行排序。

12、可选地，所述将分组后的离散坐标按分布间距归并为节点并生成连接管段，在道路交叉处基于邻近关系进行缝合，重构出用于水力模拟的近似排水管网，包括：

13、将归属于同一道路且具有相同侧向属性的离散坐标中，相邻离散坐标的投影间距小于合并阈值的归并为一个聚类组；

14、基于所述聚类组内离散坐标的质心位置，沿垂直于所述道路中心线的方向朝向所述道路中心线偏移预设距离，生成检查井节点；

15、沿所述道路中心线依次连接相邻的检查井节点形成干管；

16、连接各离散坐标与对应检查井节点形成支管；

17、在道路交叉处，采用并查集算法将空间邻近且未连通的管网分支进行缝合连接，使所述近似排水管网形成连通网络。

18、可选地，所述将归属于同一道路且具有相同侧向属性的离散坐标中，相邻离散坐标的投影间距小于合并阈值的归并为一个聚类组之前，还包括：

19、对所述地表排水设施中属于雨水口类别的离散坐标进行空间聚类融合，将位于同一实际设施位置周边的多个离散坐标合并为一个雨水口节点；

20、统计融合后相邻雨水口节点之间的间距分布特征；

21、根据所述间距分布特征确定所述合并阈值。

22、可选地，所述基于所述聚类组内离散坐标的质心位置，沿垂直于所述道路中心线的方向朝向所述道路中心线偏移预设距离，生成检查井节点，包括：

23、获取所述聚类组内离散坐标的质心位置；

24、根据所述道路矢量数据中该道路的道路等级确定对应的偏移距离；

25、使所述质心位置沿垂直于所述道路中心线的方向朝向所述道路中心线平移所述偏移距离，得到所述检查井节点的平面坐标。

26、可选地，所述基于所述近似排水管网构建一维水动力模型，提取所述一维水动力模型与地表的水量交换数据，包括：

27、将设计降雨施加于所述一维水动力模型，模拟所述近似排水管网内的产汇流与非恒定流输送过程；

28、当所述一维水动力模型中节点的水位超过该节点的地表高程时判定发生溢流并提取该节点的溢流流量；

29、将所述溢流流量作为所述一维水动力模型与地表的水量交换数据。

30、可选地，所述基于所述水量交换数据驱动二维地表水动力模型，输出所述目标区域的地表淹没结果，包括：

31、将所述溢流流量作为所述二维地表水动力模型的唯一水量来源，按地理坐标映射至二维地表网格单元，作为所述二维地表水动力模型的点源入流边界条件；

32、以所述点源入流边界条件驱动所述二维地表水动力模型，求解二维浅水方程模拟地表漫流过程，得到地表漫流的解算结果；

33、根据所述地表漫流的解算结果，输出所述目标区域的地表积水深度与淹没范围，以作为所述地表淹没结果。

34、可选地，所述获取目标区域的地表排水设施的离散坐标，包括：

35、获取带地理位置与姿态元数据的实景影像；

36、采用目标检测模型从所述实景影像中识别地表排水设施并输出检测框；

37、根据采集所述实景影像的相机的预设安装高度与视场角，将所述检测框的像素位置换算为所述地表排水设施相对所述相机的俯角和水平偏角；

38、根据所述俯角和所述水平偏角，结合所述相机的地理位置与航向角，解算所述地表排水设施相对所述相机的水平物距和绝对方位角；

39、根据所述水平物距与所述绝对方位角进行空间向量逆映射，解算得到各所述地表排水设施的离散坐标。

40、可选地，在所述基于所述近似排水管网构建一维水动力模型之前，还包括：

41、将所述目标区域中剔除无效区域与水体区域后的有效地表栅格单元，按就近原则归属至最近的节点，使各节点分配得到对应的地表汇水面积；

42、获取所述目标区域的第一数字表面模型；

43、将所述第一数字表面模型重采样至设定分辨率，得到第二数字表面模型；

44、对所述第二数字表面模型进行洼地识别，并填平识别到的虚拟洼地，得到第三数字表面模型；

45、以所述第三数字表面模型为基础，将水体区域按预设方式处理，得到用于驱动所述二维地表水动力模型的地形数据。

46、一种无管网资料区域排水管网重构与内涝模拟装置，包括：

47、获取单元，用于获取目标区域的地表排水设施的离散坐标，以及所述目标区域的道路矢量数据；

48、分组单元，用于将所述离散坐标投影至所述道路矢量数据中的道路中心线，基于投影位置和侧向属性对所述离散坐标进行分组；

49、排水管网重构单元，用于将分组后的离散坐标按分布间距归并为节点并生成连接管段，在道路交叉处基于邻近关系进行缝合，重构出用于水力模拟的近似排水管网；

50、一维水动力模拟单元，用于基于所述近似排水管网构建一维水动力模型，提取所述一维水动力模型与地表的水量交换数据；

51、二维地表水动力模拟单元，用于基于所述水量交换数据驱动二维地表水动力模型，输出所述目标区域的地表淹没结果。

52、一种电子设备，所述电子设备包括：存储器和处理器；

53、所述存储器用于存储至少一个指令；

54、所述处理器用于执行所述至少一个指令以实现上述所述的无管网资料区域排水管网重构与内涝模拟方法。

55、从上述的技术方案可知，本发明公开了一种无管网资料区域排水管网重构与内涝模拟方法及相关装置，获取目标区域的地表排水设施的离散坐标，以及目标区域的道路矢量数据，将离散坐标投影至道路矢量数据中的道路中心线，基于投影位置和侧向属性对离散坐标进行分组，将分组后的离散坐标按分布间距归并为节点并生成连接管段，在道路交叉处基于邻近关系进行缝合，重构出用于水力模拟的近似排水管网，基于近似排水管网构建一维水动力模型，提取一维水动力模型与地表的水量交换数据，基于水量交换数据驱动二维地表水动力模型，输出目标区域的地表淹没结果。本发明通过将目标区域的地表排水设施的离散坐标映射至道路矢量数据并重构出具有连通拓扑的近似排水管网，将地表设施的分布特征转化为可供水力模型求解的管网结构，从而在不依赖任何真实管网资料的前提下构建起排水系统的数值模拟基础，突破了传统方法因管网资料缺失而无法开展精细化模拟的瓶颈；在此基础上，通过一维水动力模型对重构管网进行产汇流与非恒定流模拟，能够精确反映排水设施实际空间分布对径流汇聚与排泄过程的控制作用，克服了现有等效处理方法因空间均质化假设而无法刻画排水系统非均匀特征的缺陷；通过二维地表水动力模型对管网溢流在地表的二维演进过程进行解算，能够准确模拟积水在地形约束下的扩散路径与范围，弥补了简化方法难以动态追踪积水消退过程的不足；上述环节构成从地表设施数据到内涝淹没结果的完整推演链条，使模拟结果能够真实反映由排水设施空间布局所决定的局部积水点的形成、扩散与消退动态，从而解决了现有技术因忽略排水设施空间非均质性而无法精准识别内涝高风险点的技术难题。