摘要
了解供水系统（WDS）管道拓扑结构是水力模拟、相互依赖分析和应急响应规划的前提，但网络记录被视为安全敏感的关键基础设施信息而不予公开，外部研究人员和应急响应人员极少能获取这些数据。现有重建方法需要运营商提供输入数据，尽管消防栓是管道网络的实体组成部分，但没有任何方法利用消防栓的位置信息。我们将基于树的WDS骨架布置问题表述为在开放街道地图（OSM）道路网络上进行的约束规划（CP）优化问题，其中硬约束强制满足连通性和树结构要求，软目标则涵盖需求覆盖、地形水头合理性以及消防栓邻近度引导。该方法仅需使用OSM公开数据和自由可用的数字高程模型（DEM）。采用空间分层k折交叉验证协议，利用保留的消防栓数据，可在没有真实管道数据的情况下进行定量评估。我们以德国达姆施塔特市为研究对象评估该方法，对比了文献中的答案集编程（ASP）基线方法、无消防栓引导的CP表述方法以及消防栓引导变体。在全城范围内包含554个消防栓的实例中，消防栓引导方法相比ASP基线方法将保留消防栓到最近重建管道的平均距离降低了10.2%（降低幅度为2.76米，各折的95%置信区间为0.94–4.59米；p < 0.001），并在三次独立求解器运行中降低了8.2–10.2%，同时保持了完整的需求覆盖和相当数量的管道。由于无法获取公用管道记录，这一指标衡量的是与优化器未见过的消防栓位置之间的一致性，而非与实际管道网络的一致性。结果表明，公开标注的消防栓位置蕴含着可推广至从优化过程中保留的消防栓的空间信息。
