城市给水管网可视化计算论文

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1、城市给水管网可视化计算论文.freelatlab引言城市给水管网系统是保障工业生产和群众生活的重要体系之一。运用计算机及其应用软件来解决管网优化调度问题，提高管理效率，节约运行费用，是当前给水系统新理论、新技术发展研究的基本方向。国内外科研工作者已经做了大量工作并取得了相应的成果。但需要较多的经验，且操作上存在诸多不便。本文以为开发平台.freelatlab作为开发平台，在可视化操作环境下，以图形的形式建立管网结构图，并输入节点和管段的各种信息。在此基础上，由计算机根据管网的几何形状，自动生成衔接矩阵并赋予管段初始流量。初始流量分配不当将增加迭代次数，甚至可能导致计算不收敛。因此，合理分配初

2、始流量是很重要的。根据几何关系，环状管网中的管段数P，节点数J和环数L存在如下关系：P=J+L-1，而连续性方程（1）的独立方程只有J-1个，显然运用连续性线性方程解管段流量时将有无数组解，要求唯一解将要补充其他方程，增加了编程的工作量。本文以Matlab中特有的PINV函数找出一组恰当的解作为初分流量，较好地解决了这一问题。多次实践证明，运用该法计算得到的结果与实际情况相当吻合。在进行可视化操作绘制管网结构图的过程中，我们将管段图形概化为直线，沿线流量简化到节点，并且节点流量由用户自由输入。建立环路时规定用户按逆时针方向绘制管线直到闭合成环结束，根据各个环路的拓扑结构，构造管段的拓扑关系。

3、完成所有环路的建立以后，计算机按已存储的节点与管段的图形学关系，即可直接建立回路矩阵和衔接矩阵。2软件开发平台及管网计算的可视化编程是一个既可以进行分析计算，又能进行数据可视化的高效操作平台，可以方便的建立具有用户图形界面（GUI）的参数输入、数值计算、结果分析调整一体化的仿真环境。利用其专业的绘图工具，快速的建立管网模型并得到所期望的数值图形解。有关Matlab语言本身及建立GUI应用程序的方法和具体开发过程，可阅读相关文献3。在进行用户界面GUI设计时，研发人员一般应遵守三个原则：第一是简单化，即界面结构清晰，层次分明，操作方便；第二是一致性。界面各部分功能应相互匹配，不产生抵触；第三是

4、人性化，界面要友好，符合人们的正常逻辑思维方式和使用习惯。本文将GUI设计成四个区域（见图2）。最上方是下拉菜单区，右侧是主操作区，左上方是图形区，左下方是节点编辑区。下拉式菜单占据空间小，信息多；缺点是调用麻烦。根据这些特性，把不常调用的命令置于其中，如文件存储和打开，图形缩放，坐标系调整等。主操作区系列操作按键实现最主要的和频繁调用的命令。主操作区又分为四个子区。子区一设有addNode和delNode按键，用于添加和删除节点，加点时给出节点号，删除节点时剩余节点号自动调整；子区图2软件界面。二设有addCircle和delCircle按键，用于添加和删除环路。添加环路时在环的形心位置给

5、出环标号，该标号具有重要意义，是环路删除时用于寻找对象的标志；子区三设有setNodeQ和setLineProp按键，用以给节点和管段赋予计算用的初始值；子区四有calculate、shoatlab中开发工具GUIDE、PROPEDIT、MENUEDIT进行设定。Matlab6.5开发环境下，系统自动生成与各个元素相对应的callback函数框架。实现程序功能的关键工作是编写这些元素所要完成的处理函数，即GUI的处理代码编写。在编写函数处理代码的过程中，要使程序真正达到简洁、高效，除了思路上要清晰外，下面两个问题也很值得重视。第一是如何解决函数间的相互联系，确保数值正确传递的问题。用户图形界

6、面上的元素表面上似乎是独立的，内部却有着紧密的联系，后面很多工作往往涉及到前面的基础。函数间数值的传递，Matlab6.5下可用handles命令来解决，无须像以前那样用findobj命令来查找句柄，使用起来相当方便；第二个问题是函数结构化、一体化思想。编程过程中，可将多处使用的代码用一个通用子函数编写，以供直接调用。如本文中管网重绘代码，在管网构建、平差计算以及计算结果可视化中多次用到，可写成子函数形式。使程序更加简洁，易于阅读、查找错误和修改，减少程序之间的影响，提高可靠性。基于以上思路，本文设计了具有GUI的城市给水管网结果可视化计算模型，它具有按键和鼠标操作的全部功能，集建立管网模型

7、，参数赋值，计算，结果可实视化为一体。可进行局部缩放，对管网结构和各种参数能作出任意修改，使用起来相当方便。图3、图4为利用本文模型计算所得的结果。图3管网水头损失平差计算结果图4管网流量平差计算结果3全文小结城市给水管网是一个比较复杂的系统，从初始流量的分配，水力计算到优化调度和图形结果显示，涉及的因素很多，任何一部分的改进与完善都与整体的优化密不可分。本文探讨并建立了具有GUI的环状管网定线，初分流量、平