[发明专利]一种采用并行排序构建水库调度网络节点拓扑关系的方法

说明书

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种采用并行排序构建水库调度网络节点拓扑关系的方法。相比于以前只能手动构建或单目标构建网络拓扑图并且构建速度慢的构建方法，本发明所提出的并行排序构建水库调度网络节点拓扑关系的方法具有两方面优势，一方面在于根据所需的调度目标构建拓扑图，简化节点，并提供节点信息，方便查看；另一方面之前的遍历关联方法平均时间复杂度为O(m²)，本方法的平均时间复杂度为O(nlog₂ⁿ),其中m为所有节点数量，n为河道数量，且节点数量远大于河道数量。因此本发明所提出方法快于目前已有方法，且当拓扑关系趋于复杂时，时间优势越明显。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种采用并行排序构建水库调度网络节点拓扑关系的方法。

背景技术

水库优化调度网络拓扑图关系构建是编制通用型水库优化调度模型的基础工作。水库优化调度网络拓扑图具有普适性、通用性，能为开发通用型水库优化调度系统发挥重要作用。将其应用于流域水库优化系统，不仅能清晰的得到其空间分布信息，且能够充分表现河网的层次关系且便于利用计算机实现，对流域适应性强。但由于水库建设目标、调度方案目标的不同，传统一次性手动构建的流域水系全拓扑关系虽然能直观表现所需水库、控制断面之间的关系及断面约束要求等情况，但难以适应调度水库数量变化的情况，导致重复编写计算程序代码，增大工作量。近年来，国内外部分学者对上述问题也做了相关研究，但仍存在以下不足之处：

一方面从DEM中处理获取拓扑关系上，利用arcgis等处理DEM数据可以直接生成流域拓扑关系，如任洪玉等撰写的论文《全国水文计算单元空间数据库的建立与应用》利用Arc/Info基于DEM水文分析生成流域图和河网图后，根据流域和河段的对应关系，人工进行流域拓扑关系的建立；雷晓辉等撰写的论文《基于DEM的流域尺度水资源网络图构建》以DEM为基础数据利用ArcGIS开展海河流域划分研究；刘先龙等撰写的论文《流域拓扑关系建立方法研究》基于该方法将河段看作节点，将河段的拓扑关系看作节点的连接边，从而利用ArcGIS图表达河网结构；此类方法虽能构建流域的拓扑关系，但仅反映河流与各支流关系，且形成的拓扑网络图是静态的，难以适应调度程序动态变化的需求。

上述拓扑关系仅反映了河道关系，并未反应河道内节点关系，并不适合于实际调度中使用，因而部分学者采用其他方式以适应调度需求，如魏传江等撰写的《区域水资源配置系统网络图》详细论述了水资源系统网络图的基本原理，提出绘制水资源系统网络图的基础是水量平衡原理，并针对水资源配置供需平衡分析和耗水平衡分析，将经济、生态环境、水资源系统简化和抽象为节点、计算单元水传输系统、流域单元水传输系统三类元素，并进行了实例应用。此类方法生成的拓扑图虽然可以直接为调度服务，但同样也是静态网络拓扑，并不能根据调度目标直观表示拓扑关系。陈立华等撰写的论文《西江流域水资源优化调度网络图动态构建研究》利用Unity3D将水库、水文站简化成点，河道简化为线段，通过遍历关联所有节点及线段来生成全流域拓扑。上述研究不仅反映了流域各水文节点间的拓扑关系，而且能在实际调度中使用，但仅采用遍历数据库进行关联节点，仅能将所有节点均用来构建拓扑关系，无法根据不同的调度目标选择不同的节点生成不同的拓扑关系图。并且此类方法采用的遍历关联法是通过单线程循环所有节点的方式来生成拓扑关系，当流域节点过多时，生成时间较长，平均时间复杂度为O(n²),即当节点数增加，网络拓扑变复杂时，所需时间增加迅速。另外该论文所生成的拓扑图仅能展示河段线段，水库、水文站节点之间的空间关系，对于节点之间的时间关系无法进行表示。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种采用并行排序构建水库调度网络节点拓扑关系的方法，其包括水库信息处理、控制断面信息处理、河道信息处理及水网拓扑生成四部分，具体技术方案如下：

一种采用并行排序构建水库调度网络节点拓扑关系的方法，包括以下步骤：

S1：水库信息处理：根据建设目标对水库进行分类，以水库编号为主键，建立库表结构，存入对应信息，建立水库信息表；