[发明专利]基于流向的管线单元-阀门拓扑模型构建方法及系统

说明书

本发明涉及管线分析领域，提供一种基于流向的管线单元‑阀门拓扑模型构建方法及系统，包括：S1：构建待研究区域的SV模型，对SV模型进行源段归一化后获得源段归一化SV模型Gsubgt;1/subgt;；S2：设置源段归一化SV模型Gsubgt;1/subgt;中所有关节点的有向边，获得混合图模型Gsubgt;2/subgt;；S3：设置混合图模型Gsubgt;2/subgt;中虚拟源段的有向边，获得SV‑FD模型，通过SV‑FD模型进行管线分析。本发明提出的SV‑FD模型构建方法不仅考虑了多源点共存的情况，更加符合管网实际，而且基于改进的Tarjan算法提升了SV‑FD模型的构建效率，加快了大规模管线分析的效率。

技术领域

本发明涉及管线分析领域，尤其涉及一种基于流向的管线单元-阀门拓扑模型构建方法及系统。

背景技术

随着城市管线如供水管线、排水管线、燃气管线、供热管线等规模的扩大及复杂程度的增加，其稳定性和可靠性是保证城市安全运行的基础。通常采用地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)来管理城市地下管线组成的网络，利用节点-边图(NodeEdge，NE)模型存储和表达设施网络，边表示管道，点状设施用连接管道，但是NE模型在反映管线网络工况方面存在局限性，无法准确的表示阀门在网络模型中的作用。水力模型相对于NE模型可进行水力计算和运行模拟，但是水力模型很少包含管线网络的完整拓扑结构，阀门通常被认为是放置在管道上的附属设施，也难以反映阀门的隔离作用。

为了描述和分析阀门在管线模型中的拓扑结构，Segment-Valve(SV)模型以阀门关闭后形成的最小隔离区域作为网络管理或可靠性评估的基本单元，将关断单元抽象为节点，阀门抽象为连接两个关断单元的边。虽然SV模型可作为管线模型可靠性分析的工具，但是利用SV模型在可靠性分析中存在一些不足，如在管道爆裂处的关断单元并不能反映全部的受影响区域，其下游单元也将受到中断的影响。

为了更准确地反映真实的关断单元上下游关系，一种考虑流向的单元-阀门图(segment-valvediagramwithflowdirections，SV-FD)模型被提出，通过在SV图中引入有向边来标记关键阀门处的流向，进而详细表示关键单元的下游单元。但是目前该模型的构建方法存在一些缺陷，比如：传统方法仅考虑单一源点管线，未考虑多个源点同时存在的情况，难以反映真实的管线模型；另外，在构建SV-FD模型时使用传统的Tarjan算法识别SV图的关节点和双连通分量，该算法的时间和空间复杂度较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于流向的管线单元-阀门拓扑模型构建方法，包括：

S1：构建待研究区域的SV模型，对SV模型进行源段归一化后获得源段归一化SV模型G₁；

S2：设置源段归一化SV模型G₁中所有关节点的有向边，获得混合图模型G₂；

S3：设置混合图模型G₂中虚拟源段的有向边，获得SV-FD模型，通过SV-FD模型进行管线分析。

优选的，步骤S1具体为：

S11：提取SV模型中的所有关断单元，关断单元包括：源段和普通关断单元，创建一个唯一的虚拟源段s₀；

S12：将各关断单元之间的边作为真实阀门，将虚拟源段s₀与所有源段之间的边作为虚拟阀门，获得源段归一化SV模型G₁。

优选的，源段为SV模型中带有源点的关断单元。

优选的，步骤S2具体为：

S21：通过改进的Tarjan算法获取源段归一化SV模型G₁的关断单元中的所有关节点和双连通分量；