[发明专利]泛型空间网络分析模型及其算法

说明书

技术领域

本发明涉及地学信息处理技术、地下综合管线管理、泛型程序设计等领域，特别是涉及空间分析模型及其算法的建立。

背景技术

随着社会经济的快速发展，城市规模不断扩大，功能不断完善，对城市建设的管理水平要求也越来越高，城市地下管线作为城市的重要基础设施之一，其高效管理对城市的安全和发展具有重要意义。近年来全国许多城市都利用GIS技术建立城市综合地下管线管理信息系统，实现城市地下管线自动化管理，提高了城市管理水平。

建立城市综合地下管线管理信息系统中的一个重要部分就是建立网络分析模型及其算法。也就是对各种管线所构成的管网进行物理管网状况的逻辑描述，用一种数据结构来记录整个管网中的各条管线之间的连接状况。

现今许多城市地下综合管线管理信息系统的网络模型，都是基于GIS软件网络分析模块建立的。但由于泛型程序设计的思想近期才发展起来，所以在网络分析方面的应用还不常见。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于泛型程序设计思想的网络分析模型及其算法，以实现几何模型、属性模型、拓扑模型、网络模型的统一数据结构，并实现模型与算法的分离，从而提高开发效率，节约开发成本，提高系统的易维护性和健壮性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用GeoView——大型的地学三维信息系统作为开发平台，对管网对象的空间信息与属性信息进行整合，并且统一数据结构，由此创建泛型空间网络分析模型。

本发明基于泛型程序设计思想来创建网络分析模型及其算法。泛型程序设计兴起于20世纪90年代中后期，其主要推动来自C++的标准模板库(Standard Template Library，简称STL)，包含了许多在计算机科学领域里所常用的基本数据结构和基本算法。

本发明在建立管网空间网络分析模型和进行最短路径分析、联通子网分析等算法设计中，较好地运用了STL，在很大程度上简化了代码，提高了城市地下管线管理信息系统的运行效率，在组织逻辑数据并达到优秀的运算性能方面，有较好的效果。

本发明还具有以下主要优点：

其一.基于大型地学三维信息系统平台(GeoView)开发，GeoView本身已经实现了管网对象空间信息与属性信息的整合，因而在建立几何模型与属性模型时，具有一定的优势。

其二.城市地下管线管理信息系统(以下简称“系统”)通过导入指定格式的标准数据文件(MDB数据库文件)自动创建管网对象，每个管网对象都保留其属性信息。该系统定义了特定的数据结构来存储管网对象之间的逻辑关系，因此在创建管网对象几何信息的同时，也建立起管网对象之间的逻辑关系。这种方式节省了用户大量的编图时间，并确保了数据的准确性和安全性。

其三.系统有两种描述模型：几何模型和逻辑模型。几何模型是几何要素的集合，是由边线和交汇点相连组成的系统。一条边线有两个交汇点，而一个交汇点可以与任何数量的边线相连。逻辑网络由一系列连接的边和弧段组成，用特定的属性表存储网络的连通信息，因此它不包含坐标值。一个几何网络总是关联到一个逻辑网络，当编辑几何网络对象时，逻辑网络中的要素将会自动更新。因此，我们不需要同时维护管网对象的几何模型与逻辑模型，有效地提高了工作效率。

其四.泛型程序设计的关键，在于实现ADT(Abstract Data Type，抽象数据类型)，它将各种类型按照一小组功能性的需求加以抽象，然后以这些需求为条件实现算法。由于算法在其操作的数据类型上定义了一个严格的窄接口，同一个算法便可以应用于各种类型之上。因此，基于泛型程序设计的网络分析模型及算法具有较高的通用性，可以有效地提高开发效率。

在建立网络分析模型的时候，基于图论的知识，将各管线连通交点、用户节点等抽象为网络的“节点”，将管线抽象为“边”，将管网抽象为几何上的“网”。点、线建立拓扑关系，组成网络。图的模型，也就是网络模型，其表示方法多种多样。这样就可以将系统内部的数据结构如管点、管线、管网对象的逻辑拓扑关系等抽象为一个与具体特征无关的抽象的网络，在这个网络中，只有节点、边、权、方向和网等要素；算法建立于抽象的网络之上，就实现了模型与算法的分离，具有很强的通用性。

其五.本发明在组织逻辑数据时主要用的是泛型程序设计范例——STL容器。STL容器对最常用的数据结构提供了支持，允许制定容器中元素的数据类型，将许多重复工作进行简化。网络分析算法直接操作STL容器中的数据，因此只需要通过调用算法模板，就可以完成所需要的功能并大大提升效率，而且不依赖于任何特定的数据类型。