[發明專利]一種面向城市燃氣專業管線與綜合管線的空間數據匹配方法

有效

• 申請號: 201810833594.2
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN108959638B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 張書亮;焦一峰;王銘楠;王智慧;江游;戴夢奇;龔之妍
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06F16/245;G06Q50/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種面向城市燃氣專業管線與綜合管線的空間數據匹配方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)以燃氣綜合管線空間數據和燃氣專業管線空間數據為研究對象，對管網數據進行分層分析，并對兩類管線數據分別進行數據預處理；

(2)分析各類管點的連通性，選取連通度最高的一類管點建立種子管段，根據燃氣管網整體骨架線結構特征，依據相應骨架線生成規則策略，生成表征燃氣管網整體結構特征的燃氣管網骨架線；

(3)選擇一定閾值生成兩類管線骨架線的緩沖區，依據緩沖區面積疊置率和夾角余弦值計算骨架線匹配率，按照每對最優原則挑選匹配的骨架線；所述步驟(3)中步驟包括：

(3.1)選定緩沖區半徑閾值，基于閾值生成綜合管線骨架線的緩沖區和專業管線骨架線的緩沖區；

(3.2)計算兩個骨架線集合兩兩骨架線之間的緩沖區疊置面積和方向夾角余弦值，并設計骨架線匹配率計算公式：

和分別表示一條待匹配骨架線首尾管點所連成的向量，基于該公式最終得到骨架線匹配率矩陣；

(3.3)按照每對最優的原則，即對于每條待匹配骨架線都選擇其匹配率最高的匹配對，為每個管線骨架線挑選最優的匹配結果，得到骨架線匹配集；

(3.4)存在無法匹配管線的情況時，通過人工驗證的方法檢驗匹配對，查看是否存在錯誤匹配，并對錯誤匹配進行人工修正；

(3.5)假設兩條綜合管線骨架線有一個交叉點P1，這兩條綜合管線骨架線分別與兩條專業管線骨架線匹配，且兩條專業管線骨架線有一個交叉點P2，則P1與P2形成關鍵結點匹配；

(3.6)依據步驟(3.5)的規則找到骨架線匹配集中存在的所有關鍵結點匹配對，形成燃氣管網關鍵管點匹配集；

(4)基于管點空間相似性、結構相似性和語義相似性計算管點相似性結果，篩選出管點匹配結果集，依據管點匹配結果集確定最終的管線匹配結果。

2.根據權利要求1所述的一種面向城市燃氣專業管線與綜合管線的空間數據匹配方法，其特征在于，所述步驟(1)中步驟包括：

(1.1)基于空間結構特征，將燃氣管線數據分為3種，分別為道路骨架型管線、小區多分叉型管線和獨立管線，道路骨架型管線指的是沿道路修建、整體布局和道路一致的管線；小區多叉樹型管線指的是從主干道上分支進入建筑區，且在空間不上呈樹狀特征的管線，獨立管線是與其它管線不存在連通關系，無法建立其與周圍管線、管點之間的聯系的管線；

(1.2)檢查所有管線一端無管點的情況，如果無管點的一端不再連接其他管線，則將該管線刪除，如果無管點的一端連接有其他管線，則將該端點添加管點數據；為燃氣綜合管線和燃氣專業管線創建唯一標識碼，并基于唯一標識碼創建每條管段數據的起點編碼和止點編碼。

3.根據權利要求1所述的一種面向城市燃氣專業管線與綜合管線的空間數據匹配方法，其特征在于，所述步驟(2)中步驟包括：

(2.1)計算各類管點的連通性，選取三連通或四連通的多通點作為骨架線生成起始點；

(2.2)計算多通點所連管線兩兩之間的夾角，選取兩兩夾角最大且大于150°的兩條管段作為骨架線生成的種子管段；

(2.3)設置骨架線生成規則為角度大于150°、管徑相同且材質相同，從種子管段開始判斷與其起止管段相連的其它管段能否進行連接；

(2.4)如果存在能夠連接的管段，且該管段沒有被生成骨架線，則在所有滿足骨架線生成規則的管段中，選擇夾角小于180°且夾角最大的管段與種子管段相連，形成骨架線，并繼續步驟(2.4)；如果不存在能夠連接的管段，則完成一條骨架線的生成；

(2.5)遍歷所有多通點，執行步驟(2.4)和步驟(2.5)，直到所有多通點都被加入骨架線中。

4.根據權利要求1所述的一種面向城市燃氣專業管線與綜合管線的空間數據匹配方法，其特征在于，所述步驟(4)中步驟包括：

(4.1)記管點A為待匹配綜合管點，選擇半徑閾值ε，在以ε為半徑的圓內選擇共s個專業管點，形成候選匹配集合S＝{z₁,z₂,…,z_s}，在s個候選匹配集中選取一個管點z_t記作管點B，其中1≤t≤s，開始管點A和管點B的相似性計算；

(4.2)管點A關聯了m根管段，分別為l_a1,l_a2,…,l_am；管點B關聯了n根管段，分別為l_b1,l_b2,…,l_bn；計算弧段l_a1與弧段l_b1之間的相似性算法為計算兩根弧段對應向量的相似度，計算方法為：設l_a1比l_b1短，則以B點為起點，在管段l_b1上截取一段長度與l_a1相等的距離，截點為C，令向量的起點為A，終點為l_a1的另一端點；向量起點為B，終點為C，向量的相似度如下所示：

在完成管點A所關聯管段與管點B所關聯管段的相似性計算的基礎上，需要進行最優匹配，使得對應管點對的向量相似度總和最大，以管點A和管點B關聯的管段建立二分圖，二分圖邊的權重即為兩個管段的相似性大小，二分圖中連接邊的權重可轉換為相似性矩陣表達，如下所示：

相似性矩陣的元素v_ij代表l_ai與l_bj的相似性，最優匹配的過程首先在相似度矩陣T中選取最大元素值v_ij，表示l_ai與l_bj是相匹配的，之后將第i行與第j列的元素全部置為0；循環以上過程，直到確定了min(m,n)對匹配管段，基于此，可以進行管線空間結構相似性的計算，計算公式為

(4.3)基于燃氣管網管點實體特征，建立燃氣綜合管線數據與燃氣專業管線數據的地下管線語義層次樹和語義同義詞集，并設計語義相似度計算公式為：

公式中，w與v的和為1，分別表示的是控制概念名稱相似度與屬性相似度在語義相似度計算中的權重，為待匹配綜合管點的語義內容，為待匹配專業管點的語義內容，S_synonyms是概念名稱相似度，S_features是屬性相似度；

(4.4)候選匹配集s個管點，其中匹配集s包括管點B，與管點A的距離記作dt，其中管點A與管點B的距離為dj，其中t和j均為大于等于1且小于等于s的整數，則管點A與管點B的空間相似性計算公式為：

其中α是衰減系數，取值為正實數；

(4.5)設X為管點結構相似性閾值，Y為管點語義相似性閾值和Z為管點空間相似性閾值，綜合三個閾值最終確定匹配成功管點集；

(4.6)設置管線匹配規則為：假設一條綜合管線的兩端管點分別與另一條專業管線的兩端管點匹配成功，則確定該條綜合管線與專業管線匹配，基于成果匹配管點集，找到所有符合管線匹配規則的管線匹配對，形成匹配成功管線集。