一种排水管道设计优化方法及待优化排水区域的划分方法技术

本发明专利技术公开了一种排水管道设计优化方法及待优化排水区域的划分方法，通过迭代优化有向图中每个节点相连接的管道的方法将所有节点都进行积水模拟，通过模拟真实场景，迭代优化所有管道的管道数据

【技术实现步骤摘要】
一种排水管道设计优化方法及待优化排水区域的划分方法


[0001]本专利技术涉及市政建设的设计领域，尤其涉及一种排水管道设计优化方法及待优化排水区域的划分方法
。

技术介绍

[0002]随着城市建设的发展，排水系统的规划设计越来越复杂，采用普通的人工来设计规划排水管道会导致计算量大设计困难，成果产出慢且结果误差较大
。
[0003]进一步的，现有技术中采用计算机模拟辅助排水管道设计的方法
。
使用
SWMM
模型对降雨量等参数进行模拟，但是
SWMM
参数多，模型复杂，从现有图纸数据建立模型需要的步骤复杂，此外现有的
SWMM
在模拟时由于采用全网模拟
(
或从下游开始向上游优化
)
导致运算速度缓慢，制约了迭代模拟的次数从而影响了最终的输出质量，特别对于较大规模的管网设计需求，无法快速响应设计人员对参数调整
、
方案调试的需求
。
[0004]但是目前使用
SWMM
在模拟时无法自动的对管道进行设计优化，从而自动使得管线符合排水要求
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种排水管道设计优化方法及待优化排水区域的划分方法，以解决无法自动的对管道进行设计优化，从而无法自动使得管线符合排水要求的问题
。
[0006]第一方面，本申请提供了一种排水管道设计优化方法，包括：
[0007]根据待优化排水区域将管道网络简化为有向图；其中，所述有向图中的节点为待优化排水区域中的汇点，所述有向图中节点的方向为待优化排水区域中经过汇点的管道的排水流向；
[0008]根据有向图中各节点的流量和流速数据，分别对有向图中各第一节点进行迭代积水模拟，并根据迭代积水模拟结果优化与当前迭代节点相连接管道的管道数据，直到有向图中所有第一节点均完成迭代，输出所有管道的管道数据；
[0009]其中，所述第一节点为所述有向图中入度为0的节点；每次迭代时，根据当前迭代节点的上游节点的流量和流速数据，对当前迭代节点进行积水模拟，并在管道进行优化后，根据优化后的管道数据，更新当前迭代节点的流量和流速数据，再将当前迭代节点从有向图中移除
。
[0010]这样通过将所有管道根据排水流向简化为有向图，迭代优化有向图中每个节点相连接的管道的方法将所有节点都进行积水模拟，通过模拟真实场景，迭代优化所有管道的管道数据
。
这样系统性有序的完成了从上游到下游所有管道的迭代优化，防止出现有管道被遗漏的情况，并且符合真实的排水流向，可以根据上游节点的流量和流速数据影响下游节点的流量和流速数据，更符合真实排水中的流量获取方法
。
通过模拟真实情况通过优化管道排除积水情况
。
从而保证了管道优化结果的实用性和真实性，并且每次迭代仅优化一个节点的管道数据，降低每次迭代中的计算量，在保证优化结果的合理性和准确性的前提
下加快了迭代优化的速度
。
[0011]进一步的，所述根据当前迭代节点的上游节点的流量和流速数据，对当前迭代节点进行积水模拟，具体为：
[0012]判断当前迭代节点是否存在上游节点；
[0013]若当前迭代节点存在上游节点，则根据当前迭代节点的上游节点的流量和流速数据和预设的降雨强度变化曲线计算流向当前迭代节点的流量和流速数据；
[0014]若当前迭代节点不存在上游节点，则根据预设的降雨强度变化曲线设置确定流向当前迭代节点的流量和流速数据；
[0015]根据流向当前迭代节点的流量和流速数据，对当前迭代节点进行积水模拟
。
[0016]这样通过根据当前迭代节点是否存在上游节点，确定不同的流量和流速计算策略
。
采用根据预设的降雨强度模拟现实的降雨趋势计算当前迭代节点雨水的汇集情况，以及根据上游节点的流量和流速综合得到流向当前迭代节点的流量和流速数据，这样可以利用更加合理和真实的数据来对当前迭代节点进行积水模拟
。
[0017]进一步的，所述根据迭代积水模拟结果优化与当前迭代节点相连接管道的管道数据，具体为：
[0018]判断当前迭代节点的积水模拟结果是否小于阈值；
[0019]若当前迭代节点的积水模拟结果大于阈值，增加与当前迭代节点相连接管道的管径或坡度；
[0020]在每次增加与当前迭代节点相连接管道的管径或坡度后，重复判断当前迭代节点的积水模拟结果是否小于阈值，若当前迭代节点的积水模拟结果大于阈值，则再次增加与当前迭代节点相连接管道的管径或坡度；
[0021]若当前迭代节点的积水模拟结果小于阈值，则确定当前管道的管径或坡度为优化后的管道数据中的管径或坡度
。
[0022]其中所述阈值包括积水深度和水流速度
。
也就是说要保证当前迭代节点的积水深度和水流速度要小于预设阈值
。
并得到满足预设条件的最小管径以及最小坡度，实现在控制施工成本的前提下达到设计要求
。
[0023]进一步的，所述当前迭代节点相连接管道的管道数据还包括确定所述当前迭代节点相连接管道的管道数据的初始值，具体为：
[0024]判断当前迭代节点是否存在上游节点；
[0025]若当前迭代节点存在上游节点，则设置所述与当前迭代节点相连接管道的管道数据的初始值等于当前迭代节点的上游节点的管道的管道数据；
[0026]若当前迭代节点不存在上游节点时，确定当前迭代节点相连接管道的管道数据的初始值为管道设计中允许的最小值；
[0027]其中，当当前迭代节点存在多个上游节点，则与当前迭代节点相连接管道的管径和坡度等于所有上游节点管道中的管径最大的节点相连接管道的管径和坡度
。
[0028]这样直接确定根据上游节点确定当前迭代节点的管径或坡度，减少当前迭代节点迭代更新的次数，增加计算效率加快计算速度
。
[0029]进一步的，所述分别对有向图中各第一节点进行迭代积水模拟，具体为：
[0030]在每次迭代时，将当前迭代节点和相连接的管道转化为局部
SWMM
模型；
[0031]使用局部
SWMM
模型对当前迭代节点进行积水模拟，并记录管道进行优化后，优化后的管道数据和更新后的当前迭代节点的流量和流速数据
。
[0032]这样仅将局部节点转化为局部
SWMM
模型，减小模型规模，通过减少计算量来增加速度
。
进一步的，每次仅对当前迭代节点进行模拟，并记录更新后的当前迭代节点的流量和流速数据用于对后续节点的计算，因此这样也保证了计算的准确性
。
[0033]进一步的，所述将当前迭代节点从有向图中移除，还包括：
[0034]当当前迭代节点有向图中指向的下一个节点入度为1时，设置所述下一个节点相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种排水管道设计优化方法，其特征在于，包括：根据待优化排水区域将管道网络简化为有向图；其中，所述有向图中的节点为待优化排水区域中的汇点，所述有向图中节点的方向为待优化排水区域中经过汇点的管道的排水流向；根据有向图中各节点的流量和流速数据，分别对有向图中各第一节点进行迭代积水模拟，并根据迭代积水模拟结果优化与当前迭代节点相连接管道的管道数据，直到有向图中所有第一节点均完成迭代，输出所有管道的管道数据；其中，所述第一节点为所述有向图中入度为0的节点；每次迭代时，根据当前迭代节点的上游节点的流量和流速数据，对当前迭代节点进行积水模拟，并在管道进行优化后，根据优化后的管道数据，更新当前迭代节点的流量和流速数据，再将当前迭代节点从有向图中移除
。2.
根据权利要求1所述的排水管道设计优化方法，其特征在于，所述根据当前迭代节点的上游节点的流量和流速数据，对当前迭代节点进行积水模拟，具体为：判断当前迭代节点是否存在上游节点；若当前迭代节点存在上游节点，则根据当前迭代节点的上游节点的流量和流速数据和预设的降雨强度变化曲线计算流向当前迭代节点的流量和流速数据；若当前迭代节点不存在上游节点，则根据预设的降雨强度变化曲线设置确定流向当前迭代节点的流量和流速数据；根据流向当前迭代节点的流量和流速数据，对当前迭代节点进行积水模拟
。3.
根据权利要求1所述的排水管道设计优化方法，其特征在于，所述根据迭代积水模拟结果优化与当前迭代节点相连接管道的管道数据，具体为：判断当前迭代节点的积水模拟结果是否小于阈值；若当前迭代节点的积水模拟结果大于阈值，增加与当前迭代节点相连接管道的管径或坡度；在每次增加与当前迭代节点相连接管道的管径或坡度后，重复判断当前迭代节点的积水模拟结果是否小于阈值，若当前迭代节点的积水模拟结果大于阈值，则再次增加与当前迭代节点相连接管道的管径或坡度；若当前迭代节点的积水模拟结果小于阈值，则确定当前管道的管径或坡度为优化后的管道数据中的管径或坡度
。4.
根据权利要求1所述的排水管道设计优化方法，其特征在于，所述当前迭代节点相连接管道的管道数据还包括确定所述当前迭代节点相连接管道的管道数据的初始值，具体为：判断当前迭代节点是否存在上游节点；若当前迭代节点存在上游节点，则设置所述与当前迭代节点相连接管道的管道数据的初始值等于当前迭代节点的上游节点的管道的管道数据；若当前迭代节点不存在上游节点时，确定当前迭代节点相连接管道的管道数据的初始值为管道设计中允许的最小值；其中，当当前迭代节点存在多个上游节点，则与当前迭代节点相连接管道的管径和坡度等于所有上游节点管道中的管径最大的节点相连接管道的管径和坡度
。
5.
根据权利要求1所述的排水管道设计优化方法，其特征在于，所述分别对有向图中各第一节点进行迭代积水模拟，具体为：在每次迭代时，将当前迭代节点和相连接的管道转化为局部
SWMM
模型；使用局部
SWMM
模型对当前迭代节点进行积水模拟，并记录管道进行优化后，优化后的管道数据和更新后的当前迭代节点的流量和流速数据
。6.
根据权利要求1所述的排水管道设计优化方法，其特征在于，所述将当前迭代节点从有向图中移除，还包括：当当前迭代节点有向图中指向的下一个节点入度为1时，设置所述下一个节点相连接管道的管道数据与当前迭代节点相连接管道的管道数据相同；当当前迭代节点从有向图中移除后，将所述下一个节点确认为下一迭代节点
。7.
根据权利要求5所述的排水管道设计优化方法，其特征在于，所述将当前迭代节点和相连接的管道转化为局部
SWMM
模型，具体为：根据待优化排水区域中当前迭代节点对应汇水区的相关参数和雨量计模型，将当前迭代节点和相连接的管道转化为局部
SWMM
模型；所述汇水区的相关参数汇水区所在的地理位置确定；所述雨量计模型根据汇水区所在地暴雨强度公式计算获得
。8.
根据权利要求1所述的排水管道设计优化方法，其特征在于，所述与当前迭代节点相连接管道，具体为：判断所述当前迭代节点在有向图中是否有指向的下一个节点；若所述当前迭代节点在有向图中有指向的下一个节点，所述与当前迭代节点相连接管道为当前迭代节点与当前迭代节点有向图中指向的下一个节点之间的管道；若所述当前迭代节点在有向图中没有指向的下一个节点时，认定当前迭代节点为排水口
。9.
一种待优化排水区域的划分方法，其特征在于，包括：根据待优化区域中的道路图设置管道，将单段管道的入口节点设置为汇点；根据待优化区域的排水口位置确定排水流向，将待优化区域划分为多个待优化排水区域；所述待优化排水区域的划分方法可以实现如权利要求1至8任一项所述的排水管道设计优化方法中待优化排水区域的确定
。10.
根据权利要求9所述的待优化排水区域的划分方法，其特征在于，所述根据待优化区域的排水口位置确定排水流向之前，还包括：在管道上每隔预设距离选取一个节点，作为待优化区域中的划分节点；对待优化区域中的所有划分节点的集合计算泰森多边形；将同一单段管道内的所有泰森多边形合并为一个多边形，设置所述多边形为对应管道的汇水区
。11.
根据权利要求9所述的待优化排水区域的划分方法，其特征在于，所述根据待优化区域的排水口位置确定排水流向，将待优化区域划分为多个待优化排水区域，具体为：确定每个汇点到最近的排水口的最短路径为每个汇点对应的最短路径；根据每个汇点对应的最短路径经过的管道时的路径走向，确定所有管道中的排水流
向；将所有汇点对应的最短路径为同一个排水口的汇点确定为一个待优化排水区域；确定各个待优化排水区域中所有汇点到排水口的最短路径距离最长的为所述待优化排水区域的总管
。12.
根据权利要求
11
所述的待优化排水区域的划分方法，其特征在于，所述将所有汇点对应的最短路径为同一个排水口的汇点确定为一个待优化排水区域，还包括：判断相邻待优化排水区域的公共管道的长度是否小于预设值；若所述公共管道小于预设值，则将所述公共管道归纳至总管较短的待优化排水区域；若所述公共管道大于等于预设值，则将所述公共管道拆分为两部分管道，将拆分后的所述两部分管道分别接入相邻待优化排水区域中，使得所述相邻待优化排水区域的总管长度相同
。13.
根据权利要求
11
所述的待优化排水区域的划分方法，其特征在于，所述根据每个汇点对应的最短路径经过的管道时的路径走向，确定所有管道中的排水流向，还包括：确定所有汇点的最短路径都不经过的管道为第一管道；获取所述第一管道中的平衡点，所述平衡点到最近的排水口存在两条长度相同的最短路径；判断所述第一管道的长度是否小于预设值；若所述第一管道的长度小于预设值，则获取所述第一管道上距离平衡点更远的一端汇点通过平衡点和所述第一管道上另一端汇点最短路径相连接的连接路径，所述连接路径的走向作为所述第一管道中的排水方向；若所述第一管道的长度大于等于预设值，则将所述管道从平衡点处拆分为两段连接路径，所述两段连接路径分别与第一管道两端节点的最短路径相连，所述两段连接路径的走向作为所述第一管道中的排水方向
。14.
一种排水管道设计优化装置，其特征在于，包括：有向图简化模块和管道迭代优化模块；所述有向图简化模块用于根据待优化排水区域将管道网络简化为有向图；其中，所述有向图中的节点为待优化排水区域中的汇点，所述有向图中节点的方向为待优化排水区域中经过汇点的管道的排水流向；所述管道迭代优化模块用于根据有向图中各节点的流量和流速数据，分别对有向图中各第一节点进行迭代积水模拟，并根据迭代积水模拟结果优化与当前迭代节点相连接管道的管道数据，直到有向图中所有第一节点均完成迭代，输出所有管道的管道数据；其中，所述第一节点为所述有向图中入度为0的节点；每次迭代时，根据当前迭代节点的上游节点的流量和流速数据，对当前迭代节点进行积水模拟，并在管道进行优化后，根据优化后的管道数据，更新当前迭代节点的流量和流速数据，再将当前迭代节点从有向图中移除
。15.
根据权利要求
14
所述的排水管道设计优化装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欣，王柏林，谢宇铭，郭盛，刘俊彦，
申请(专利权)人：广州正选信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：