测量平差算法在地下管网预测管理中的研究和应用
资料包括： 论文(64页38059字)
说明：
摘要：地下管网是城市基础设施的重要组成部分，它担负着传送信息和输送能量的工作，其空间地理位置及属性是城市规划建设管理的重要信息。地下管网的安全运行是现代化城市高效率、高质量运转的保证。
本文根据实际需要进行测量平差算法在地下管网预测管理中的研究和应用，可分为地下管网平差计算、管网漏损模拟预测分析和地下管网图形可视化三个相关的子模块。首先，测量平差计算分为坐标平差和流量平差计算两部分。本文分别对三维空间网的坐标平差和初始流量分配方法进行研究和改进，为获取管网的最优测量点空间位置和最优流量分配方案提供了理论依据。
其次，在平差计算的基础上，利用BP算法模型的模式分类和辨别功能，对管网发生漏损事故的可能性进行模拟预测，建立了影响管网中管段发生漏损的多种因素和管段危险系数之间的非线性关系模型。通过利用历史数据对该模型进行了影响因素训练（包括经过平差后的空间位置因素），并通过预测当前某一管段可能发生漏损的危险系数对管段漏损的动态定位进行了研究，得出关于使用神经网络算法进行地下管网漏损点动态分析的重要模型结论，达到了协助管理人员进行相应的安全处理、延长管网寿命，并为后期管网管理节约成本的目的。
最后，对经过平差计算和科学预测后的地下管网进行三维可视化显示。根据管点数据类型的不同，将图形可视化显示分为二维和三维图形分别予以编程实现。
在上述技术基础上，以Visual C++6.0和Matlab为开发工具，充分利用了它们各自的优点，并借助OpenGL图形函数包为图形处理工具，实现了管网平差计算、模拟预测模型以及三维可视化显示三个功能模块的设计，完成了平差算法在地下管网预测管理中的应用研究和开发。并采用本项目对城市某小区的地下管网进行了验证，结果显示该方法计算精度较高，达到了预期的效果，并为下一步开发打下了基础。
关 键 词：地下管网；导线测量平差；流量平差计算；预测管理模型；三维可视化
ABSTRACT ：The underground pipeline network is an important foundation facility of the city. It affords the work of transporting information and energy, and the space geographic location and attributes are important information of the urban planning and building management. The safe running of the underground pipeline network is the guarantee of the modernized city’s high efficiency and high quality work.
According to the realistic need, the paper carries out the research and application of the adjustment algorithm in the forecasting management of the underground pipeline network, including the algorithm of measured adjustment, the simulative forecasting analysis and the three-dimensional visualization of the underground pipe line network.
First, the algorithm of measured adjustment includes two parts: the coordinate adjustment and the water flux adjustment. The paper makes improvement on the coordinate adjustment of the three-dimensional space network and the assignment method of the initial water flux, which provided the theory basis to the optimum space point position and the optimum assignment scheme of the flux.
Second, by making use of BP algorithm model’s function of pattern classification and recognition, the paper forecasts the possibility of the leakage accident in the pipeline network, and establishes a nonlinearity relation model between the variety factors that affect the leakage accident and the water leakage dangerous coefficient.
The paper trains the influencing factor of the model by making use of history data, including the positional factor that had been adjusted, and then, study on the dynamic orientation of the leakage location, based on the result obtained from the forecast model. The model achieves the purpose of helping the managers with the security of the pipeline network, prolonging the age of the network, and reducing the management cost of the network.
Finally, the paper achieves the three-dimensional visualization of the underground pipeline network. According to the different data types of the space points, the paper achieves the programming of both the two-dimensional graphics and the three-dimensional graphics.
By using the Visual C++ 6.0 and Matlab as the programming language that make fully use of their respective merit, and using the OpenGL to be the graphics programming language, the paper achieves the design which contains three parts: the algorithm of measured adjustment, the leakage forecast model and the visualization of the three-dimensional graphics. By validating the research result on an urban underground pipeline network, the paper demonstrates that the research achieves the expect aim and has a high accuracy, and it will be the foundation for a further research.
Keywords: Underground pipeline network; Algorithm of measured adjustment; Algorithm of flux measured adjustment; Forecasting administration model; Three-dimensional visualization
1 绪论
1.1 论文选题的背景及研究意义
地下管网是城市基础设施的重要组成部分，城市地下管网担负着传送信息和输送能量的工作，是城市赖以生存和运转的物质基础，其空间地理位置及属性是城市规划建设管理的重要信息。地下管网的安全运行是现代化城市高效率、高质量运转的保证。
在现代文明社会，管网管线输送尤其是地下管网输送更是与我们的日常起居密不可分，无论对于一个城市还是一个大型企业，地下各种管线的管理工作日益繁重和艰巨。在进行城市规划、设计、施工和管理工作中，因为不能掌握完整准确的地下管网信息和传统管理工作方式的低效率，造成损坏地下管网从而导致停水、停电、停气、通讯中断等事故和重大损失的事例时有发生，而且存在着安全隐患甚至造成环境污染。而地下管网的图纸、资料又是城市规划建设的重要基础信息。良好的基础设施和完善的城市功能所形成的良好的投资环境，是加快经济发展，加速现代化进程的保障。
现有的大多数城市地形复杂，设备装置众多，各类管线种类繁多。已有的地下管网主要包括上水、污水、电力、通讯、燃气、工程管网等等。这些地下管网密如蛛网，纵横交错，上下穿插，并随着城市的发展建设尤其是基础设施的发展和装置的更新改造，地下管网也不断地加密、扩张。
1 绪论
2 测量平差概念及算法
3 城市地下管网预测管理模型
4 实现方法
5 地下管网模型应用实例
6 结论与展望
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作者点评：
6.1 论文主要工作及结论
全文的主要工作有以下几点：
（1）分析测量平差算法的基本原理和方法，分别建立测量坐标平差和管段流量平差的数学模型。
（2）对三维空间网进行平差计算能很好地消除各测量值之间的误差。在测距精测角比较匹配的情况下，其整体平差结果比将平面和高程分开来进行平差具有更高的严密性。因此，本文提出三种空间地下管网平差的方法：联合平差法、小三角平差法和拟中心点平差法。通过分析比较，拟中心点平差法处理数据能力较强，而且精度较高，最适合于在计算机上编程实现。
（3）根据地下管网漏损数据的大量统计，通过地下管网漏损原因的相关分析，对地下管网投入使用至当前年限下可能发生漏损事故的危险系数进行了科学预测，建立了地下管网漏损预测模型。该预测管理模型改变了地下管网被动式的漏损管理模式，为管网漏损做到早预测、早解决提供了一个新的思路。
（4）根据预测管理模型涉及因素众多，并且是较复杂非线性模拟预测模型的特点，选用BP算法模拟此预测管理模型并提出其实现流程。采用此方法有利于预测精度的提高，且加强了该预测管理模型的通用性，便于其适用于各种不同的环境。
（5）针对地下管网中各管点坐标的数据特点，采用OpenGL图形函数库对平差计算后的地下管网进行三维可视化显示，以将管网平差计算与管道可视化显示有效的结合起来。
（6）以Windows XP为平台，采用Visual C++和Matlab两种语言相结合的方式，并采用OpenGL图形函数包为绘图工具，对测量平差算法在城市地下管网预测管理中的应用进行编程实现。具体实现的主要功能包括：①管网数据的输入和保存功能；②测量平差计算和流量平差计算功能；③二维平面图形和三维空间图形的可视化显示；④建立了地下管网漏损模拟预测分析模块，并编程实现了使用神经网络算法来训练和学习此预测模型。
（7）将上述各个功能模块应用于城市某小区的地下管网系统进行实例计算并对结果进行对照分析，验证结果表明该项目计算精度高，使用方便快捷, 达到了预期的效果。
6.2 工作展望
针对本文所做的研究工作和所得到的结论，笔者认为在今后应相继开展好以下研究工作：
（1）加强平差算法的学习和研究，并考虑如何在原有算法基础上提出一种应用性较强的较优平差算法模型，以提高平差算法的计算效率。
（2）加强对漏损模拟预测模型的研究，全面分析与此预测模型相关的属性因素。并在使用神经网络训练、学习此模型的基础上，争取找到各属性向量与预测结果之间的线性关系，便于相关工作人员对其做进一步的研究和应用。
（3）进一步完善本文所设计实现的城市地下管网模型。