專利名稱：一種基于形態(tài)分布的給水管網(wǎng)規(guī)劃評價方法
技術領域：
本發(fā)明涉及給水管網(wǎng)規(guī)劃，尤其是基于形態(tài)分布的給水管網(wǎng)規(guī)劃是否合理的評價方法。
背景技術：
現(xiàn)有給水管網(wǎng)規(guī)劃經常是沿著城市道路憑經驗布置管線，某些項目布置的管網(wǎng)過密，某些項目布置的管網(wǎng)過疏。實際上給水管網(wǎng)有一個最優(yōu)分布形態(tài)，在最優(yōu)分布形態(tài)下的給水管網(wǎng)在滿足使用功能的前提下造價最經濟。而給水管網(wǎng)的生長形態(tài)是具有分形特 征的，可以應用“分形理論”來研究給水管網(wǎng)的最優(yōu)分布。曼德布羅特(MandeLbrot)曾經給分形下個這樣一個定義分形是使其組成部分以某種形式與整體相似的形。也就是說，分形是一類混亂復雜、無規(guī)則，但局部和整體有相似的體系，這樣的體系成為自相似體系。自相似性是重要的分形原理，通常在幾何變換下，表征分形具有不變性。分形理論被MandeLbrot在1973年提出以后,大量的事實證明分形廣泛存在于自然界。在自然界、社會界和工程界中，隨處可見各種各樣的分形網(wǎng)絡結構。分形理論已經廣泛應用于各種領域，如城市形態(tài)和空間結構分形、道路網(wǎng)絡系統(tǒng)分形、城市邊界形態(tài)和城市人口的分形研究，都取得了一定的成果。近年來在給排水管網(wǎng)方面也有一定的研究成果，但尚未見市政管線規(guī)劃行業(yè)將分形理論運用至實踐工作中。傳統(tǒng)管網(wǎng)的優(yōu)化設計就是以經濟性為目標函數(shù)，而將其余作為約束條件以建立目標函數(shù)和約束的表達式，從而求出最優(yōu)解，優(yōu)化結果很大程度上依賴于研究管網(wǎng)問題的尺度、水力參數(shù)的確定、管網(wǎng)模型的選擇、優(yōu)化方程的類型、如何簡化管網(wǎng)圖形等。這種方法有明確的理論作基礎，但是對管網(wǎng)的規(guī)劃布置形態(tài)缺少相關的量化評價指標，并未完全擺脫經驗的束縛。目前學者們在給水管網(wǎng)的形態(tài)特征方面已有相關研究，可考慮由管網(wǎng)形態(tài)分布等方面的內在規(guī)律著手，經過分析計算來確定給水管網(wǎng)的布局，從而達到優(yōu)化給水管網(wǎng)規(guī)劃成果，提高設計產品質量的目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于形態(tài)分布的給水管網(wǎng)規(guī)劃評價方法，計算并評價具體項目給水管網(wǎng)規(guī)劃布局的合理性，接著根據(jù)優(yōu)化方向進一步完善給水管網(wǎng)，從而達到優(yōu)化給水管網(wǎng)規(guī)劃成果的目標。為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是一種基于形態(tài)分布的給水管網(wǎng)規(guī)劃評價方法，其特征在于，包括以下步驟(I)系統(tǒng)初始化；( 2)打開需要評價的dwg格式的給水管網(wǎng)規(guī)劃圖；(3)將圖形中的管網(wǎng)選中為計算的集合；(4)在AutoCAD提示符中輸入計算參數(shù)，包括網(wǎng)格最終等分數(shù)和初始網(wǎng)格邊長；
(5)計算給水管網(wǎng)的分維數(shù)D及理論上的最優(yōu)維數(shù)D優(yōu)；分維數(shù)D 的計算公式ln Ns (F)=-Dln 6 +In k其中，5為網(wǎng)格的變長，N5 (F)為包含給水管網(wǎng)的網(wǎng)格，k為常數(shù)；采用盒計數(shù)法計算給水管網(wǎng)分維數(shù)時，以邊長為的正方形將管網(wǎng)分割，數(shù)出包含管網(wǎng)的正方形盒子數(shù)N S y最后以In S i作為橫坐標，以InN S i為縱坐標作雙對數(shù)圖，用最小二乘法擬合坐標圖中的點，所得擬合直線的斜率負值就是管網(wǎng)的分維數(shù)D;最優(yōu)維數(shù)D優(yōu)的計算公式Da = l.5l-^. + ().l^￡j其中，S為供水服務面積(KM2)，Q為供水服務人口(萬人)；
(6)根據(jù)計算得到的給水管網(wǎng)的分維數(shù)D及理論上的最優(yōu)維數(shù)Dtt，自動判斷給水管網(wǎng)規(guī)劃布置是否合理，并輸出評價結論。作為改進，所述盒計數(shù)法包括以下步驟(I)開始計算N=2i時的網(wǎng)格數(shù)；(2)N=2等分時在方格左下角開始循環(huán)，計算網(wǎng)格中每個方格中間點，根據(jù)方格邊長的一半用BOX函數(shù)計算網(wǎng)格對象；(3)循環(huán)管網(wǎng)每一條線，計管網(wǎng)與網(wǎng)格的交點；(4)判斷當管線與網(wǎng)格有兩個交點時，計算長度，L大于0. 2時判斷有效；當管線與網(wǎng)格只有一個交點時，將網(wǎng)格縮小0.2，再計算管線與網(wǎng)格的交點，如果有交點則判斷有效，沒有交點則判斷無效；(5)刪除已計算的網(wǎng)格，循環(huán)下一個方格；(6)循環(huán)下一等分；(7)統(tǒng)計各等分的有效網(wǎng)格數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比所帶來的有益效果是通過對給水管網(wǎng)采用分形理論的方法進行分析，主要意義有兩點第一，這是規(guī)劃設計技術具體應用的技術創(chuàng)新。規(guī)劃設計單位目前在進行給水管網(wǎng)規(guī)劃時，在通過分析計算確定了給水主干管網(wǎng)后，對次要管網(wǎng)的布置主要的設計方法是憑經驗沿著規(guī)劃道路布置給水管網(wǎng)，但暫無評價指標能針對管網(wǎng)分布形態(tài)方面界定如何布置次要管網(wǎng)才能達到最優(yōu)配置。應用分形理論的研究成果并結合具體項目開展管網(wǎng)規(guī)劃設計，通過對給水管網(wǎng)分形維數(shù)這個評價指標的應用來優(yōu)化給水管網(wǎng)布局，對規(guī)劃設計行業(yè)是一種技術創(chuàng)新，符合中國工程勘察設計行業(yè)對設計企業(yè)的發(fā)展要求。第二，通過基于分形理論的管網(wǎng)設計優(yōu)化，使得給水管網(wǎng)規(guī)劃設計成果更科學。經過優(yōu)化后，給水管網(wǎng)在網(wǎng)絡自身形態(tài)方面更接近最優(yōu)配置，能更切合實際地指導城市供水管網(wǎng)建設。


圖I為本發(fā)明控制流程示意圖。圖2為給水管網(wǎng)盒維數(shù)求法示意圖。圖3為給水管網(wǎng)盒維數(shù)具體算法步驟示意圖。
圖4為實施例2進入AutoCAD操作界面示意圖。圖5作雙對數(shù)坐標圖示意圖。圖6為作最小二乘法擬合直線。圖7為第一次優(yōu)化運算后的管網(wǎng)示意圖。圖8為第一次優(yōu)化擬合直線示意圖。圖9為第二次優(yōu)化運算后的管網(wǎng)示意圖。圖10為第二次擬合直線示意圖。圖11為給水管網(wǎng)優(yōu)化前后對比圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例I在分形研究中，實際測定分形維數(shù)有多種方法，對于像河流和給水管網(wǎng)這種有大量分岔的圖形，適合采用改變觀察尺度的方法求分形維數(shù)。盒計數(shù)法計算容易、適用范圍廣，因此采用盒計數(shù)法來計算。設F是Rn上一個非空有界子集，Ns(F)是直徑最大為S，可以覆蓋F的集的最少個數(shù)，則F的分形維數(shù)D為
權利要求
1.一種基于形態(tài)分布的給水管網(wǎng)規(guī)劃評價方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)系統(tǒng)初始化； (2)打開需要評價的dwg格式的給水管網(wǎng)規(guī)劃圖； (3)將圖形中的管網(wǎng)選中為計算的集合； (4)在AutoCAD提示符中輸入計算參數(shù)，包括網(wǎng)格最終等分數(shù)和初始網(wǎng)格邊長； (5)計算給水管網(wǎng)的分維數(shù)D及理論上的最優(yōu)維數(shù)D優(yōu)； 分維數(shù)D的計算公式In N5 (F)=-Dln 6 +In k 其中，8為網(wǎng)格的變長，Ns (F)為包含給水管網(wǎng)的網(wǎng)格，k為常數(shù)； 采用盒計數(shù)法計算給水管網(wǎng)分維數(shù)時，以邊長為Si=Siv^i=Id,...的正方形將管網(wǎng)分割，數(shù)出包含管網(wǎng)的正方形盒子數(shù)NS i，最后以In 6 i作為橫坐標，以InNS i為縱坐標作雙對數(shù)圖，用最小二乘法擬合坐標圖中的點，所得擬合直線的斜率負值就是管網(wǎng)的分維數(shù)D ； 最優(yōu)維數(shù)Dtt的計算公式
2.根據(jù)權利要求I所述的基于形態(tài)分布的給水管網(wǎng)規(guī)劃評價方法，其特征在于所述盒計數(shù)法包括以下步驟 (1)開始計算N=2i時的網(wǎng)格數(shù)； (2)N=2等分時在方格左下角開始循環(huán)，計算網(wǎng)格中每個方格中間點，根據(jù)方格邊長的一半用BOX函數(shù)計算網(wǎng)格對象； (3)循環(huán)管網(wǎng)每一條線，計管網(wǎng)與網(wǎng)格的交點； (4)判斷當管線與網(wǎng)格有兩個交點時，計算長度，L大于0.2時判斷有效；當管線與網(wǎng)格只有一個交點時，將網(wǎng)格縮小0. 2，再計算管線與網(wǎng)格的交點，如果有交點則判斷有效，沒有交點則判斷無效； (5)刪除已計算的網(wǎng)格，循環(huán)下一個方格； (6)循環(huán)下一等分； (7)統(tǒng)計各等分的有效網(wǎng)格數(shù)。
全文摘要
一種基于形態(tài)分布的給水管網(wǎng)規(guī)劃評價方法，其特征在于，包括以下步系統(tǒng)初始化；打開需要評價的dwg格式的給水管網(wǎng)規(guī)劃圖；將圖形中的管網(wǎng)選中為計算的集合；在AutoCAD提示符中輸入計算參數(shù)；計算給水管網(wǎng)的分維數(shù)D及理論上的最優(yōu)維數(shù)D優(yōu)；根據(jù)計算得到的給水管網(wǎng)的分維數(shù)D及理論上的最優(yōu)維數(shù)D優(yōu)，自動判斷給水管網(wǎng)規(guī)劃布置是否合理，并輸出評價結論。利用計算并評價具體項目給水管網(wǎng)規(guī)劃布局的合理性，接著根據(jù)優(yōu)化方向進一步完善給水管網(wǎng)，從而達到優(yōu)化給水管網(wǎng)規(guī)劃成果的目標。
文檔編號G06F17/50GK102968517SQ201210301730
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2012年8月23日
發(fā)明者馮炳燕, 熊秋文 申請人:廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院