本發(fā)明涉及一種城市供水管網(wǎng)的管道壓力監(jiān)測設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)診斷方法，具體涉及一種管網(wǎng)遠(yuǎn)傳的壓力監(jiān)測設(shè)備是否正常采集數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程通信是否正常。

背景技術(shù)：

隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市供水管網(wǎng)的壓力監(jiān)控儀表越來越多。供水系統(tǒng)壓力傳感器的布置有多種目的，包括了解被監(jiān)控區(qū)域的壓力是否平穩(wěn)，監(jiān)視供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力是否達(dá)到市政許可要求，監(jiān)視局部管網(wǎng)是否發(fā)生爆管事故。

由于絕大部分管網(wǎng)遠(yuǎn)傳的壓力傳感器是布置在野外；壓力傳感器放置的遙測井溫度、濕度以及通電通信狀況比較惡劣，導(dǎo)致傳感器精度、線性度、重復(fù)性發(fā)生變化；通訊設(shè)備受周邊環(huán)境影響，出現(xiàn)通訊中斷；隨著壓力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時間的增長，以上兩方面的因素造成壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)錯誤在所難免。

壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)錯誤主要包括偏差過大、回傳延遲超時或中斷。為了有效利用這些傳感器數(shù)據(jù)，需要花費(fèi)較大的精力在前期甄別和選取上。如果簡單地劃定上下限閾值判斷儀表是否正常，容易造成誤判：當(dāng)上下限閾值范圍太大，則容易漏報錯誤數(shù)據(jù)；如果閾值太小，容易頻繁產(chǎn)生誤報；必須指定合理的閾值進(jìn)行判斷管網(wǎng)遠(yuǎn)傳壓力傳感器的有效性和準(zhǔn)確性，并判斷通訊是否正常。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種城市供水管網(wǎng)的管道壓力監(jiān)測設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)診斷方法。

城市供水管網(wǎng)的管道壓力監(jiān)測設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)診斷方法，包括以下步驟：

步驟(1)、根據(jù)水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的歷史信息進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立監(jiān)測點(diǎn)24小時的數(shù)據(jù)分布特征，確定水壓監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理范圍

1.1獲取在線壓力監(jiān)測點(diǎn)的歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)；

1.2對步驟(1)獲取的歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)按照一天24小時進(jìn)行排列整理，每5～30分鐘作為一個時段對上述歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，提取每一個時段歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，并剔除明顯不合理的異常數(shù)據(jù)；

1.3獲取在線監(jiān)測壓力點(diǎn)所在時刻的水壓平均值μ和均方差σ；

1.4利用壓力監(jiān)測點(diǎn)的歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)，提取任意兩個壓力監(jiān)測點(diǎn)的同步樣本數(shù)據(jù)；

1.5建立多個壓力監(jiān)測點(diǎn)之間驗(yàn)證的證據(jù)公式：

設(shè)定任意兩個壓力監(jiān)測點(diǎn)i、j之間壓力監(jiān)測值線性擬合公式為xi＝k0i,j+k1i,jxj,k0、k1均為擬合系數(shù)；利用任意兩點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)的同步樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,并且計算擬合公式的誤差方差δi,j；

1.6計算任意兩個壓力監(jiān)測點(diǎn)i、j之間的相關(guān)系數(shù)；根據(jù)兩個測點(diǎn)之間的線性相關(guān)系數(shù)，提取選取排列在前5位的測點(diǎn)，并且相關(guān)系數(shù)大于0.8的為一組，作為相互驗(yàn)證的測點(diǎn)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)大于0.8的相關(guān)測點(diǎn)少于5個，按照大小順序，至少提取前3個作為一組；

1.7利用步驟(1)～(6)建立的多個線性擬合公式構(gòu)成了評判儀表數(shù)據(jù)是否可信的證據(jù)集，作為判斷是監(jiān)測數(shù)據(jù)是否處于合理范圍的依據(jù)；

步驟(2)、接收到遠(yuǎn)程壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)時，首先判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否在超時；其次判比較與前2次的數(shù)據(jù)完全一致，判斷是否為通訊和數(shù)據(jù)采集失效；再次計算是否超過上下限和與其他測點(diǎn)的擬合誤差是否超過2倍標(biāo)準(zhǔn)方差，計算壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)的失效概率和正常概率，采用d-s合成規(guī)則合成加權(quán)平均證據(jù)，判斷壓力監(jiān)測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)是否正常：

2.1從監(jiān)控裝置接入實(shí)時水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)與當(dāng)前時間之差是否超出允許范圍；若tc-ts<t0+tl時則為有效時間內(nèi)數(shù)據(jù)，繼續(xù)步驟2.2，否則為超時無效數(shù)據(jù)，輸出該監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)采樣為無效數(shù)據(jù)；其中tc為當(dāng)前時間，ts為監(jiān)控裝置無線通信模塊傳播數(shù)據(jù)的采集時間，t0為數(shù)據(jù)采集周期，tl為監(jiān)控裝置無線通信模塊傳播數(shù)據(jù)的傳播時間；

2.2根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)判斷連續(xù)三次采樣周期數(shù)據(jù)是否完全一樣；若完全一樣，則表明遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)采集傳感器出現(xiàn)異常，或者通訊環(huán)節(jié)失效，輸出該監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)采樣為無效數(shù)據(jù)；若不一樣，則進(jìn)行步驟2.3，判斷數(shù)據(jù)是否在合理范圍；

2.3利用步驟1.1～1.6建立的監(jiān)測數(shù)據(jù)證據(jù)集進(jìn)行基本判斷，水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)是否在合理的上限和下限范圍，所述的合理的上限和下限范圍為當(dāng)前壓力數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)中當(dāng)前時刻水壓監(jiān)測平均值的上下兩倍方差以內(nèi)；

若在上下限范圍內(nèi)，則表示在合理范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)失效概率為0.01和正常概率為0.99，則輸出該監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)采樣結(jié)果；若超出上下限范圍，根據(jù)以下公式計算失效和正常概率:

超過上限時的失效概率計算公式為正常概率為

超過下限時的失效概念定義為正常概率為

2.4利用步驟1.4～1.6建立的同一組的其他測點(diǎn)之間線性相關(guān)函數(shù)，計算同組壓力監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)是否超出合理范圍，這里的合理范圍是當(dāng)前壓力數(shù)據(jù)在相關(guān)線性函數(shù)兩倍方差內(nèi)；

若|xi-(k0i,j+k1i,jxj)|<2δi,j則認(rèn)為數(shù)據(jù)合理，正常概率為0.99，失效概率為0.01；

若超出范圍則按照公式計算失效概率和正常概率：失效概率正常概率為

2.5將步驟2.3和2.4獲得的所有失效概率和正常概率代入到證據(jù)理論公式中進(jìn)行耦合，計算失效概率和正常概率，具體步驟如下：

①根據(jù)步驟2.3-2.4計算正常概率和失效概率，并按照下式計算證

據(jù)間的相似系數(shù)：

其中，a、b代表證據(jù)集中的命題，i和j代表證據(jù)序號；m(a)是命題a的正常概率或失效概率，它代表證據(jù)對命題a的信任程度，代表空集；

②設(shè)收集的證據(jù)數(shù)目為n，計算出正常和失效概率兩兩間的相似系數(shù)，進(jìn)而得到如下相似矩陣：

③將相似距陣的每行相加可得到正常概率和失效概率支持度；支持度函數(shù)為

④將正常概率和失效概率證據(jù)的支持度歸一化可得到證據(jù)的可信度，計算公式為：

⑤可信度作為權(quán)重，對證據(jù)的基本信任分配進(jìn)行加權(quán)平均；

⑥根據(jù)d-s合成規(guī)則合成加權(quán)平均證據(jù)，當(dāng)有n組證據(jù)時，將加權(quán)平均證據(jù)合成n-1次，合成規(guī)則按照下式進(jìn)行計算，得到壓力監(jiān)測儀表是否在正常概率的融合結(jié)果和失效概率的融合結(jié)果；

本發(fā)明的有益效果是：

涉及一種城市供水管網(wǎng)的管道壓力監(jiān)測設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)診斷方法，判斷管網(wǎng)遠(yuǎn)傳的壓力監(jiān)測設(shè)備是否正常采集數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程通信是否正常。利用儀表之間的相互關(guān)系進(jìn)行相互驗(yàn)證，避免了在野外的壓力傳感器沒用正常通訊或偏離正常監(jiān)測而無法及時發(fā)現(xiàn)的問題，保證了供水監(jiān)控系統(tǒng)的完整性和正常運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的判斷壓力傳感器是否失效的流程圖；

圖2為壓力傳感器的24小時每個時段的平均值和上下兩倍方差。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的分析。

本發(fā)明管道壓力監(jiān)測設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)診斷方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟(1)、根據(jù)水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的歷史信息進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立監(jiān)測點(diǎn)24小時的數(shù)據(jù)分布特征，確定水壓監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理范圍

1.1獲取在線壓力監(jiān)測點(diǎn)的歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)；

1.2對步驟(1)獲取的歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)按照一天24小時進(jìn)行排列整理，每5～30分鐘作為一個時段對上述歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，提取每一個時段歷史水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，并剔除明顯不合理的異常數(shù)據(jù)；

1.3獲取在線監(jiān)測壓力點(diǎn)所在時刻的水壓平均值μ和均方差σ；

1.4利用壓力監(jiān)測點(diǎn)的歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)，提取任意兩個壓力監(jiān)測點(diǎn)的同步樣本數(shù)據(jù)；

1.5建立多個壓力監(jiān)測點(diǎn)之間驗(yàn)證的證據(jù)公式：

設(shè)定任意兩個壓力監(jiān)測點(diǎn)i、j之間壓力監(jiān)測值線性擬合公式為xi＝k0i,j+k1i,jxj,k0、k1均為擬合系數(shù)；利用任意兩點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)的同步樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,并且計算擬合公式的誤差方差δi,j；

1.6計算任意兩個壓力監(jiān)測點(diǎn)i、j之間的相關(guān)系數(shù)；根據(jù)兩個測點(diǎn)之間的線性相關(guān)系數(shù)，提取選取排列在前5位的測點(diǎn)，并且相關(guān)系數(shù)大于0.8的為一組，作為相互驗(yàn)證的測點(diǎn)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)大于0.8的相關(guān)測點(diǎn)少于5個，按照大小順序，至少提取前3個作為一組；

1.7利用步驟(1)～(6)建立的多個線性擬合公式構(gòu)成了評判儀表數(shù)據(jù)是否可信的證據(jù)集，作為判斷是監(jiān)測數(shù)據(jù)是否處于合理范圍的依據(jù)；

步驟(2)、接收到遠(yuǎn)程壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)時，首先判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否在超時；其次判比較與前2次的數(shù)據(jù)完全一致，判斷是否為通訊和數(shù)據(jù)采集失效；再次計算是否超過上下限和與其他測點(diǎn)的擬合誤差是否超過2倍標(biāo)準(zhǔn)方差，計算壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)的失效概率和正常概率，采用d-s合成規(guī)則合成加權(quán)平均證據(jù)，判斷壓力監(jiān)測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)是否正常：

2.1從監(jiān)控裝置接入實(shí)時水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)與當(dāng)前時間之差是否超出允許范圍；若tc-ts<t0+tl時則為有效時間內(nèi)數(shù)據(jù)，繼續(xù)步驟2.2，否則為超時無效數(shù)據(jù)，輸出該監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)采樣為無效數(shù)據(jù)；其中tc為當(dāng)前時間，ts為監(jiān)控裝置無線通信模塊傳播數(shù)據(jù)的采集時間，t0為數(shù)據(jù)采集周期，tl為監(jiān)控裝置無線通信模塊傳播數(shù)據(jù)的傳播時間；

2.2根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)判斷連續(xù)三次采樣周期數(shù)據(jù)是否完全一樣；若完全一樣，則表明遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)采集傳感器出現(xiàn)異常，或者通訊環(huán)節(jié)失效，輸出該監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)采樣為無效數(shù)據(jù)；若不一樣，則進(jìn)行步驟2.3，判斷數(shù)據(jù)是否在合理范圍；

2.3利用步驟1.1～1.6建立的監(jiān)測數(shù)據(jù)證據(jù)集進(jìn)行基本判斷，水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)是否在合理的上限和下限范圍，所述的合理的上限和下限范圍為當(dāng)前壓力數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)中當(dāng)前時刻水壓監(jiān)測平均值的上下兩倍方差以內(nèi)；

若在上下限范圍內(nèi)，則表示在合理范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)失效概率為0.01和正常概率為0.99，則輸出該監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)采樣結(jié)果；若超出上下限范圍，根據(jù)以下公式計算失效和正常概率，并進(jìn)行步驟2.4；

超過上限時的失效概率計算公式為正常概率為

超過下限時的失效概念定義為正常概率為

圖2為壓力傳感器的24小時每個時段的平均值和上下兩倍方差。

2.4利用步驟1.4～1.6建立的同一組的其他測點(diǎn)之間線性相關(guān)函數(shù)，計算同組壓力監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)是否超出合理范圍，這里的合理范圍是當(dāng)前壓力數(shù)據(jù)在相關(guān)線性函數(shù)兩倍方差內(nèi)；

若|xi-(k0i,j+k1i,jxj)|<2δi,j則認(rèn)為數(shù)據(jù)合理，正常概率為0.99，失效概率為0.01；

若超出范圍則按照公式計算失效概率和正常概率：失效概率正常概率為

2.5將步驟2.3和2.4獲得的所有失效概率和正常概率代入到證據(jù)理論公式中進(jìn)行耦合，計算失效概率和正常概率，具體步驟如下：

①根據(jù)步驟2.3-2.4計算正常概率和失效概率，并按照下式計算證

據(jù)間的相似系數(shù)：

其中，a、b代表證據(jù)集中的命題，i和j代表證據(jù)序號；m(a)是命題a的正常概率或失效概率，它代表證據(jù)對命題a的信任程度，代表空集；

②設(shè)收集的證據(jù)數(shù)目為n，計算出正常和失效概率兩兩間的相似系

數(shù)，進(jìn)而得到如下相似矩陣：

③將相似距陣的每行相加可得到正常概率和失效概率支持度；支持度函數(shù)為

④將正常概率和失效概率證據(jù)的支持度歸一化可得到證據(jù)的可信度，計算公式為：

⑤可信度作為權(quán)重，對證據(jù)的基本信任分配進(jìn)行加權(quán)平均；

⑥根據(jù)d-s合成規(guī)則合成加權(quán)平均證據(jù)，當(dāng)有n組證據(jù)時，將加權(quán)平均證據(jù)合成n-1次，合成規(guī)則按照下式進(jìn)行計算，得到壓力監(jiān)測儀表是否在正常概率的融合結(jié)果和失效概率的融合結(jié)果；

上述實(shí)施例并非是對于本發(fā)明的限制，本發(fā)明并非僅限于上述實(shí)施例，只要符合本發(fā)明要求，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。