近年来，在智慧城市、实景三维等飞速发展的情况下，为进一步推动城市治理的数字化、信息化和智能化，全国各地陆续开展各项专题普查，涵盖住房、土地、耕地、交通、水资源、自然灾害及地下管网等领域。城市地下排水管网是城市运行的地下生命线，事关城市的安全运行、健康发展和高质量发展等城市管理的工作目标。为了进一步推动城市治理的数字化、信息化及智能化，全国多地开展了城市排水管网普查工作[1]。以ArcGIS、MapGIS、QGIS等为代表的地理信息系统（GIS）是作为创建、管理、分析和绘制所有类型数据的系统。GIS将数据连接到地图，将未知数据与所有类型的描述性信息集成到仪器，为城市排水管网内所有行业的制图和分析提供了基础。ArcPy等第三方库利用行业领先的空间分析和空间机器学习算法，可以轻松创建和自动化简单或复杂的工作流，为空间分析、数据管理和数据转换等工作提供一定帮助。1项目概况城市排水管网调查项目主要目的是通过收集地下管网及附属设施的指定信息（坐标、材质、尺寸、流向、高程和淤积等），按照指定数据库入库格式建立地理数据库。在城市排水管网调查工作中，数据来源具有复杂性和多样性，包括自行采集的测量数据和从各部门收集的规划设计资料等，数据类型包括矢量数据和扫描图形、图件等。因此，在数据收集整理过程中，参与数据录入的人员和收集的资料均来自不同的单位部门，难以避免数据录入的错误。材质及尺寸等字段属性可通过数据库软件排查等方式进行检查，但点号、几何位置、连接及流向等通常需要通过ArcGIS等地理信息软件进行拓扑质检分析。单一的拓扑分析需要进行悬挂点问题、重叠问题及相交问题等各种拓扑检查，难以兼顾流向、高程错误等问题，耗时长且难以排查出所有问题。因此，高效地检查出管网中的拓扑、流向等问题是城市排水管网调查项目的难点。在城市排水管网中，各排水节点连接正确、无拓扑及空间位置错误的前提下，出水口一般会出现在河流、污水处理厂等特定位置，所有的悬挂点问题、重叠问题、相交问题及流向问题等反映在排水管网几何网络中均会出现错误的入水口及出水口。在一条独立的排水管网中，入水口包括大多数的集雨设施和排水管线中无上游管线的节点，而排水口的数量较少且仅布设在指定的河流沟渠沿岸及污水处理厂等位置，所以找出异常的排水口能排查出绝大多数的拓扑问题，对城市排水管网数据库的建立排查具有重要意义。2几何网络分析与常规的拓扑分析工具相比，几何网络分析是针对现实中各种网络建模及重现分析的一种重要工具，是GIS空间分析功能的核心问题之一。几何网络分析提供一种对现实世界网络进行建模和分析的方式，研究网络的状态及模拟分析资源在网络上的流动与分配。通过研究网络的状态及模拟分析资源在网络上的流动和分配情况，可解决网络结构及资源优化[2]。利用几何网络分析可以模拟现实世界中的网络问题，包括寻找最短路径、确定最近设施及服务范围等，主要应用在水利设施、电力线路、煤气管线和通信线路等行业。在ArcGIS应用中，几何网络分为有权网络和无权网络。网络权重通常表示在网络中穿过某要素的影响，如在供水管网中管道的摩擦系数、管径和长度等，网络权重用于最短路径分析等现实应用中。本文讨论的城市排水管网仅对齐拓扑关系和流向等进行分析，属于无权重网络的一种应用[3]。在创建城市排水管网几何网络时，地理数据库会创建一个对应的排水管网逻辑网络，用于表示各附属设施之间的连通性关系，并建立几何模型。这个逻辑网络在后续城市排水管网几何网络分析过程中作为追踪操作和流式操作的联通图，所有附属设施和网络路线之间的连通性和流向均可以在逻辑网络中进行维护和查看[4]。城市排水管网将城市排水管网中的网络线路矢量数据、节点数据按照规定的数据结构建立几何网络，能够明确管网中各线路流向及节点信息，并可以在此基础上实现各种追踪分析、网络连接要素分析、网络环路分析、网络中断要素分析、网络上溯路径分析、网络下溯追踪及网络上溯追踪等网络分析。通过这些功能可以验证网络连通性、查找孤立网络、查找网络环路、确定闸阀控制范围、爆管分析或故障推算等，以此作为突破口，可以在此基础上寻找提取排水管网中出水口的方法。管网数据结构如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.019.T001表1管网数据结构管线类型管线属性管线点CString ptID；//管线点号Double dx，dy；//管点坐标CString ptName//管线点名Double ptElev，ptDept//管线点高程、深度CString ptDim//管线点尺寸管线CString LnID；//管线段号CString ptSt，ptEd//起终点号Int flow_Dir//管线流向（0为正向，1为反向）Double ptStElev，ptEdElev//起终点高程3算法设计在ArcGIS中，排水管网的出水口可通过建立几何网络分析功能，以人机交互的方式逐一标记兴趣点，并逐个进行网络下溯追踪找出每条管线的出水口。但初步采集并建立的城市排水管网数据库存在诸多拓扑问题，导致几何网络中的错误出水口数量较多且人工排查难度较大。如果想通过程序或脚本批量提取出水口，需要将其转换成数学问题后，采用批量处理的方式进行。从图论的角度上讲，城市排水管网是有向图的一种，由节点V（附属设施）及有向边E（管线）组成，即G=（V，E），其中从顶点V出发边的数目称为V的出度k-，到达顶点V边的数目称为V的入度k+，单条排水管网的起点入度为0，称为源点，出水口出度为0，称为汇点，可以通过检索出度k-=0的节点，提取出水口。Arcgis在Arcpy第三方库中加入了追踪几何网络函数arcpy.TraceGeometricNetwork_management（），开发者可通过追踪几何网络函数在python等程序语言中实现网络追踪事件的批量操作，并利用有向图汇点k-=0的特点，通过下溯追踪生成的节点数量来判断当前节点是否为汇点，采取遍历方法对排水管网数据库进行遍历，并筛选出所有出度为0的点。城市排水管网有向图如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.019.F001图1城市排水管网有向图追踪几何网络函数中的下溯追踪结果点集包含当前标记点，即k-=0汇点下溯追踪结果点集中的元素数量为1。主要代码示例如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.019.F002图2主要代码示例提取出所有汇点后，可以看到城市排水管网中错误汇点的分布情况，异常汇点如图3所示。图3异常汇点10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.019.F3a1（a）悬挂点10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.019.F3a2（b）流向错误10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.019.F3a3（c）连接错误10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.019.F3a4（d）遗漏节点图3为提取出的部分多余悬挂点、流向错误、连接错误及遗漏节点等原因所产生的异常汇点。对于网络中可能存在的有向环可通过追踪几何网络函数提取，由于有向环在实际生产过程中数量较少，故在此文中不作讨论。4结语本文提出的利用追踪几何网络提取城市排水管网汇点的方法，引入了有向图、几何网络遍历的设计思想。通过利用汇点提取和比对，可快速排查出城市排水管网数据库建立过程中由于人为输入及原始资料不符等原因产生的悬挂点、重叠、相交、流向及高程等问题。通过利用python语言及Arcpy第三方库对城市排水管网进行检索，减少了各种拓扑检查及人工排查的过程，提升了工作效率及城市排水管网数据库的建库质量。几何网络分析中的其他功能，可应用到管网设计、爆管分析及城市管网运营管理等项目中。