一種供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，包括以下兩個(gè)步驟：基于節(jié)點(diǎn)壓力對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，將位置上相鄰的并且壓力值相近的節(jié)點(diǎn)劃分為同一個(gè)供水子區(qū)；和對(duì)每個(gè)供水子區(qū)分別運(yùn)用靈敏度系數(shù)法對(duì)管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選址，以從所述供水子區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)中選出壓力檢測(cè)點(diǎn)。本發(fā)明的供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，可以滿足大型城市供水管網(wǎng)的施工需求，壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置位置的計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，并可以簡(jiǎn)化計(jì)算量。
【專利說(shuō)明】
一種供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及給排水工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)中的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般指利用有線或者無(wú)線進(jìn)行數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)傳輸?shù)膲毫τ涗泝x。在管網(wǎng)中設(shè)置壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)是為了實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)城市供水管網(wǎng)的運(yùn)行 狀態(tài)。在滿足用戶用水壓力的情況下，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的壓力值，合理的調(diào)節(jié)栗站水栗的運(yùn)行 方式，以降低管網(wǎng)漏水減少栗站的耗能。因此，在城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)中的合適位置布置壓力 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠科學(xué)合理的調(diào)整管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，滿足居民的用水需求，進(jìn)而對(duì)提高供水的安 全性和可靠性有重大的意義。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)有關(guān)供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的選址方法做了一些富有成效的研究， 比較具有代表性的有靈敏度系數(shù)法和基于遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化方法。然而，基于靈敏 度系數(shù)法的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方法，需要首先求出每個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于其它節(jié)點(diǎn)的靈敏度系數(shù)， 然后利用聚類方法將靈敏度值相近的節(jié)點(diǎn)歸為一類，分別選擇每一類中最大靈敏度值所對(duì) 應(yīng)的節(jié)點(diǎn)作為壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。然而上述方法的缺點(diǎn)是計(jì)算量太大，例如，對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)目為10萬(wàn) 的大型城市供水管網(wǎng)，需要進(jìn)行10萬(wàn)次平差計(jì)算以得到10萬(wàn)X 10萬(wàn)的靈敏度系數(shù)矩陣。如 此巨大的計(jì)算量及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量使得該方法難以應(yīng)用。而遺傳算法也有缺陷，當(dāng)供水管網(wǎng)的 規(guī)模較大時(shí)，采用遺傳算法計(jì)算，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)難以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。
[0004] 因此，需要一種新型的供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，以滿足大型城市供水管 網(wǎng)的施工需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述部分或全部技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布 置方法，包括步驟:基于節(jié)點(diǎn)壓力對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，將位置上相鄰的并且壓力值相近的節(jié)點(diǎn) 劃分為同一個(gè)供水子區(qū)；和對(duì)每個(gè)供水子區(qū)分別運(yùn)用靈敏度系數(shù)法對(duì)管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行 選址，以從所述供水子區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)中選出壓力檢測(cè)點(diǎn)。
[0006] 進(jìn)一步地，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟（1):A，按照管道的編號(hào)順序，分別 計(jì)算每根管道相鄰節(jié)點(diǎn)的壓力差A(yù)h1P并將計(jì)算的結(jié)果作為權(quán)值賦予該管道;B，設(shè)定分區(qū) 閥值S;C，制定分區(qū)結(jié)果數(shù)據(jù)格式，將分區(qū)計(jì)算結(jié)果存放在矩陣中，所述矩陣中的每一行表 示一個(gè)子區(qū)；以及D，初始化矩陣，將矩陣內(nèi)的所有元素設(shè)為零。
[0007] 進(jìn)一步地，節(jié)點(diǎn)壓差A(yù)hij為：|hi-hj I，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j相連接時(shí);或0,當(dāng)節(jié)點(diǎn)i與 節(jié)點(diǎn)j為同一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí);或00，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j不相連接時(shí)。
[0008] 進(jìn)一步地，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)還包括計(jì)算步驟(2)至(5): (2)按照管道編號(hào)順序從管 道k=l開(kāi)始搜索；（3)判斷該管道k的起始節(jié)點(diǎn)i是否存在于矩陣中，若節(jié)點(diǎn)i已經(jīng)存在于矩 陣中，則轉(zhuǎn)到下一個(gè)步驟(4);若節(jié)點(diǎn)i不存在于矩陣中，則將節(jié)點(diǎn)i賦給矩陣中的一個(gè)新行； (4)判斷矩陣中是否已經(jīng)存在管道k的終止節(jié)點(diǎn)j;若存在，則繼續(xù)判斷所述分區(qū)閾值δ是否 大于節(jié)點(diǎn)j所在行中所有節(jié)點(diǎn)之間的的Ahu，若滿足，則合并節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j所在的行，若不 滿足，則轉(zhuǎn)到步驟(5);若不存在，則繼續(xù)判斷閾值δ是否大于節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j所在行中所有節(jié) 點(diǎn)的Ah 1P若滿足，則將節(jié)點(diǎn)j加入到節(jié)點(diǎn)i所在的行中，若不滿足，則將節(jié)點(diǎn)賦給矩陣中的 一個(gè)新行；以及(5)對(duì)下一個(gè)管道k = k+l重復(fù)步驟(3)和步驟(4)直到遍歷所有的管道為止。
[0009]進(jìn)一步地，對(duì)管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選址的過(guò)程包括:定義節(jié)點(diǎn)之間的壓差相似系 數(shù)矩陣并對(duì)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化;對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)化后的壓差相似系數(shù)矩陣，利用歐式距離法計(jì)算 節(jié)點(diǎn)間的相似程度系數(shù)，得到模糊相似矩陣；以及分別計(jì)算節(jié)點(diǎn)與其余節(jié)點(diǎn)的平均歐式距 離，選取最小平均歐式距離的節(jié)點(diǎn)為壓力檢測(cè)點(diǎn)。
[0010]進(jìn)一步地，壓差相似系數(shù)矩陣為由叫組成矩陣Xnxn;
[0011]
[0012]其中Hl、Hj分別為正常狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)i與j的壓力值;Hmax與H min分別為正常狀態(tài)下，管 網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)壓力的最大與最小值;η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。
[0013] 進(jìn)一步地，對(duì)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化包括:對(duì)矩陣X進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差變換得到矩陣X7 ;和對(duì)矩 陣V進(jìn)行極差變換得到矩陣X"。
[0014] 進(jìn)一步地，矩陣f由Xi1/組成；
[0015:
[0016]其中，&表示矩陣X中對(duì)第k列元素取平均值，
；Sk表示矩陣X中第k 列元素的標(biāo)準(zhǔn)：
η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。
[0017] 進(jìn)一步地，矩陣Χ〃由Xik〃組成；
[0018
[0019] 其中：X 'kmir^示矩陣X'中對(duì)第k列元素取最小值;X '表示矩陣X'中對(duì)第k列元素 取最大值;〇 < X" 1; η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。
[0020] 模糊相似矩陣為由相似程度系數(shù)rij組成的矩陣Rnxn;其中rij計(jì)算公式為：
[0021]
[0022] 其中x"lk，x" 分別為第i行、第j行各元素;η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。
[0023] 進(jìn)一步地，壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定需要分別計(jì)算節(jié)點(diǎn)與其余節(jié)點(diǎn)的平均歐式距離
選取最小平均歐式距離的節(jié)點(diǎn)為測(cè)壓點(diǎn)。
[0024] 本發(fā)明的供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，可以滿足大型城市供水管網(wǎng)的施工需 求，壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置位置的計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算量小。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的供水管網(wǎng)分區(qū)計(jì)算過(guò)程的流程圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的供水管網(wǎng)模型圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的供水管網(wǎng)模型圖的分區(qū)圖；以及
[0029] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的供水管網(wǎng)模型圖的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置結(jié)果圖。
[0030] 在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032] 在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例中，如圖2所示，為一個(gè)實(shí)際供水管網(wǎng)的管網(wǎng)模型 圖。該管網(wǎng)模型由6個(gè)用水節(jié)點(diǎn)1-1、1-2、1-3、1-4、1-5以及1-6，一個(gè)水源水庫(kù)和一個(gè)水栗組 成。利用管網(wǎng)平差軟件EPANET對(duì)管網(wǎng)模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力，如表所示 1〇
[0033]表1節(jié)點(diǎn)壓力計(jì)算結(jié)果
[0035]在該實(shí)施例中，首先對(duì)管網(wǎng)按照壓力采用如圖1所示的計(jì)算流程進(jìn)行分區(qū)，具體的 計(jì)算過(guò)程如下：
[0036] (1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。按照管道的編號(hào)順序，分別計(jì)算每根管道相鄰節(jié)點(diǎn)的壓力差A(yù)hlj, 并將計(jì)算的結(jié)果作為權(quán)值賦予該管道;設(shè)定分區(qū)閾值δ = 2.0，初始化矩陣RESULT。相應(yīng)的計(jì) 算結(jié)果如表2所示。
[0037] 弄2管道相郃書(shū)點(diǎn)壓力差A(yù)Li+笪結(jié)里
[0039]其中，初始化后的矩陣RESULT為：
[0040]
[00411 (2)按照管道順序，從管道Pl開(kāi)始搜索，若Pl起始節(jié)點(diǎn)J-I沒(méi)有在矩陣RESULT中，則 將J-I賦給RESULT-個(gè)新行;若Pl終止節(jié)點(diǎn)J-2沒(méi)有在矩陣RESULT中，J-I與J-2之間的壓力 差Δ hi」=1.21，小于允許誤差δ，因此將J-2加入到J-3所在的行，此時(shí)RESULT為：
[0042]
[0043]同理，對(duì)于管道?2，？3，？4，？5，？6，？7，按照上述圖1中的流程進(jìn)行計(jì)算，最終得到分 區(qū)計(jì)算結(jié)果RESULT，此時(shí)RESULT為：
[0044] V u V
^ v v v/
[0045] 從結(jié)果矩陣RESULT中可以看出，管網(wǎng)被分為2個(gè)區(qū)域。分區(qū)結(jié)果如圖3所示。
[0046] 接下來(lái)對(duì)每個(gè)區(qū)域設(shè)定一個(gè)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以分區(qū)1為例，計(jì)算過(guò)程如下：
[0047] 由干壓差相M賽翁鉭陳為由Yd日成鉭陳XnXn;
[0048]
[0049] 其中H1A分別為正常狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)i與j的壓力值;Hmax與!1_分別為正常狀態(tài)下，管 網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)壓力的最大與最小值;η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。
[0050] (1)計(jì)算兩兩節(jié)點(diǎn)的壓差相似系數(shù)，將表1中的數(shù)據(jù)帶入壓差相似系數(shù)技術(shù)公式 中：
[0051；
[0052；
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 同理，對(duì)矩陣X的第2列、第3列分別進(jìn)行計(jì)算，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的兩兩節(jié)點(diǎn)的壓差相 似系數(shù)矩陣：
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]同理，矩陣R中其余元素按照上述過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：
[0071：
[0072:
[0073:
[0074:
[0075:
[0076]最后，選取最小平均歐式距離的節(jié)點(diǎn)為測(cè)壓點(diǎn)，即選擇節(jié)點(diǎn)I，即J-I作為區(qū)域1的 壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
[0077]同樣地，可以計(jì)算區(qū)域2的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果如圖4所示。
[0078]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況 下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖 突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來(lái)。本發(fā)明并不局限于文 中公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種供水管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，包括如下步驟： 基于節(jié)點(diǎn)壓力對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，將位置上相鄰的并且壓力值相近的節(jié)點(diǎn)劃分為同一個(gè) 供水子區(qū)；和 對(duì)每個(gè)供水子區(qū)分別運(yùn)用靈敏度系數(shù)法對(duì)管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選址，W從所述供水子 區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)中選出壓力檢測(cè)點(diǎn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)包 括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟(1): A，按照管道的編號(hào)順序，分別計(jì)算每根管道相鄰節(jié)點(diǎn)的壓力差A(yù)hu，并將計(jì)算的結(jié)果 作為權(quán)值賦予該管道； B，設(shè)定分區(qū)閥值δ; C，制定分區(qū)結(jié)果數(shù)據(jù)格式，將分區(qū)計(jì)算結(jié)果存放在矩陣中，所述矩陣中的每一行表示 一個(gè)子區(qū)；W及 D，初始化矩陣，將矩陣內(nèi)的所有元素設(shè)為零。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)壓差Δ hu為： llu-lij I,當(dāng)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j相連接時(shí)；或 0，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j為同一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí);或 °°，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j不相連接時(shí)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)還 包括計(jì)算步驟(2)至(5): (2) 按照管道編號(hào)順序從管道k= 1開(kāi)始捜索； (3) 判斷該管道k的起始節(jié)點(diǎn)i是否存在于矩陣中，若節(jié)點(diǎn)i已經(jīng)存在于矩陣中，則轉(zhuǎn)到 下一個(gè)步驟(4); 若節(jié)點(diǎn)i不存在于矩陣中，則將節(jié)點(diǎn)i賦給矩陣中的一個(gè)新行； (4) 判斷矩陣中是否已經(jīng)存在管道k的終止節(jié)點(diǎn)j; 若存在，則繼續(xù)判斷所述分區(qū)闊值δ是否大于節(jié)點(diǎn)j所在行中所有節(jié)點(diǎn)之間的Ahu，若 滿足，則合并節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j所在的行，若不滿足，則轉(zhuǎn)到步驟(5); 若不存在，則繼續(xù)判斷闊值S是否大于節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j所在行中所有節(jié)點(diǎn)的Ahu，若滿 足，則將節(jié)點(diǎn)j加入到節(jié)點(diǎn)i所在的行中，若不滿足，則將節(jié)點(diǎn)賦給矩陣中的一個(gè)新行；W及 (5) 對(duì)下一個(gè)管道k = k+l重復(fù)步驟(3)和步驟(4)直到遍歷所有的管道為止。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述對(duì)管網(wǎng)壓力檢測(cè)點(diǎn) 進(jìn)行選址的過(guò)程包括： 定義節(jié)點(diǎn)之間的壓差相似系數(shù)矩陣并對(duì)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化； 對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)化后的壓差相似系數(shù)矩陣，利用歐式距離法計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的相似程度系數(shù)， 得到模糊相似矩陣；W及 分別計(jì)算節(jié)點(diǎn)與其余節(jié)點(diǎn)的平均歐式距離，選取最小平均歐式距離的節(jié)點(diǎn)為壓力檢測(cè) 點(diǎn)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述壓差相似系數(shù)矩陣 為由：?^組成矩陣ΧηΧη ;其中出、田分別為正常狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)i與j的壓力值;Hmax與Hmin分別為正常狀態(tài)下，管網(wǎng)中 節(jié)點(diǎn)壓力的最大與最小值;η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述對(duì)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 包括： 對(duì)矩陣X進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差變換得到矩陣公；和 對(duì)矩陣公進(jìn)行極差變換得到矩陣X"。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述矩陣r由xii/組成；其中，而表示矩陣X中對(duì)第k列元素取平均值：;Sk表示矩陣X中第k列元 素的標(biāo)準(zhǔn)差，η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述矩陣X"由xik"組 成；其中：X'k min表示矩陣X'中對(duì)第k列元素取最小值;X'k max表示矩陣X'中對(duì)第k列元素取 最大值;〇《義"11<《1;11為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置方法，其特征在于，所述模糊相似矩陣為 由相似程度系數(shù)ru組成的矩陣Rnxn;其中ru計(jì)算公式為：其中A分別為第i行、第j行各元素;η為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105938505SQ201610228129
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】李國(guó)斌, 曾憲靈, 曾鋒, 周揚(yáng), 陳圣鵬, 馮炎輝
【申請(qǐng)人】廣州京維智能科技有限公司