一種基于地統(tǒng)計(jì)空間分析理論的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地統(tǒng)計(jì)空間分析理論的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法，選取供水管網(wǎng)水源泵站節(jié)點(diǎn)及其它帶有壓力監(jiān)測設(shè)備的節(jié)點(diǎn)的壓力作為已知壓力，然后基于已知節(jié)點(diǎn)壓力采用泛克里格插值法對無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力進(jìn)行插值計(jì)算，從而得到供水管網(wǎng)無監(jiān)測點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力；插值計(jì)算時(shí)，用節(jié)點(diǎn)間壓力的相對變化替代泛克里格插值法中的歐氏距離。本發(fā)明采用泛克里格插值法，結(jié)合管網(wǎng)特性，用相對壓力變化替代歐氏距離，采用供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算壓力的相對變化，選取適合供水管網(wǎng)水力特性的變異函數(shù)模型，對供水管網(wǎng)無監(jiān)測點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測，計(jì)算精度高，可行性強(qiáng)。
【專利說明】一種基于地統(tǒng)計(jì)空間分析理論的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法，通過本方法有助于對管網(wǎng)水力監(jiān)測數(shù)據(jù)不足情況下的數(shù)據(jù)拓展，可為管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度以及漏損檢測提供技術(shù)支持，屬于城市供水管網(wǎng)水力分析、管網(wǎng)調(diào)度及漏損檢測領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]供水管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到城市居民的正常生活、城市企業(yè)的正常生產(chǎn)，公共設(shè)施的安全運(yùn)行與城市消防安全等。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，正逐步建立起供水管網(wǎng)的水壓或流量自動(dòng)檢測系統(tǒng)，即SCADA (Supervisory Control And DataAcquisition)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用傳感器對供水管網(wǎng)一些重要節(jié)點(diǎn)的水壓和流量進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測，并采用無線或有線的傳送方式定時(shí)將水壓和流量信號傳回控制中心用于分析管網(wǎng)的水力狀態(tài)。但是由于經(jīng)濟(jì)與維護(hù)等原因，布設(shè)的壓力監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量通常都遠(yuǎn)少于管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，所以準(zhǔn)確的掌握并模擬管網(wǎng)的水力狀態(tài)除了依賴于管網(wǎng)中有限的水壓或流量監(jiān)測點(diǎn)外，采用有效的水力狀態(tài)分析方法對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行拓展也尤為重要。
[0004]管網(wǎng)水力狀態(tài)分析方法可分為微觀法和宏觀法兩類。其中，基于“黑箱理論”的宏觀法因其簡單可行一直是管網(wǎng)水力狀態(tài)分析的主要方法，該方法不考慮配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，僅考慮系統(tǒng)中幾個(gè)主要的輸入輸出變量，如泵站供水量、供水壓力及測壓點(diǎn)的壓力等，在這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)計(jì)建模的方法，對供水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行宏觀模擬。目前宏觀法模型主要包括:比例時(shí)段管網(wǎng)模型和分時(shí)段比例供水管網(wǎng)宏觀模型、配水管網(wǎng)等效網(wǎng)絡(luò)模型以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立的管網(wǎng)宏觀模型等。
[0005]比例時(shí)段管網(wǎng)模型假定供水管網(wǎng)在供水周期中各個(gè)時(shí)間段的供水量占管網(wǎng)總水量的比例不變，并且管網(wǎng)中任何一個(gè)水廠的出水壓力與管網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)總用水量及其他水廠有關(guān)。由于我國大部分城市工業(yè)供水與居民供水混合供給，節(jié)點(diǎn)用水量與總用水量比例關(guān)系不確定，比例時(shí)段管網(wǎng)模型不適于我國的城市供水管網(wǎng)。
分時(shí)段比例供水管網(wǎng)宏觀模型是對比例時(shí)段管網(wǎng)模型的改進(jìn)，模型將一天作為一個(gè)供水周期，并將一個(gè)供水周期分為幾個(gè)時(shí)段，假定各個(gè)時(shí)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)流量比例一定。分時(shí)段比例管網(wǎng)宏觀模型解決了節(jié)點(diǎn)用水量占總用水量的比例問題，但建立不同時(shí)段的模型，加大了工作量和模型的復(fù)雜程度，并且忽略了季節(jié)的變化以及節(jié)假日對用水量比例波動(dòng)產(chǎn)生的影響，劃分時(shí)段的比例宏觀管網(wǎng)模型需要不斷進(jìn)行校核和修正，模型較為繁瑣。
[0006]配水管網(wǎng)等效網(wǎng)絡(luò)模型不僅考慮了管網(wǎng)各水廠的供水壓力和供水量，而且也考慮了管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)壓力分布及其相互間的影響和內(nèi)在聯(lián)系，利用有限的反應(yīng)管網(wǎng)分布狀況的監(jiān)測點(diǎn)和泵站節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造了一個(gè)簡化的等效網(wǎng)絡(luò)。模型引入了供水管網(wǎng)中監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，能夠反映和預(yù)測管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，模型準(zhǔn)確性有所提高。
[0007]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種模擬動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征，進(jìn)行分布式并行信息處理的數(shù)學(xué)模型?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立的管網(wǎng)宏觀模型是以供水管網(wǎng)中供水泵站供水壓力、管網(wǎng)供水量和管網(wǎng)中壓力監(jiān)測點(diǎn)的壓力以及其他能夠獲的管網(wǎng)屬性變量作為其輸入和輸出，通過已經(jīng)獲得的大量輸入和輸出數(shù)據(jù)，訓(xùn)練一個(gè)隱性的網(wǎng)絡(luò)，該隱形網(wǎng)絡(luò)能夠在數(shù)值上模擬從已知變量得到未知變量，即輸入供水量和其他已知變量后，可以輸出與其相對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)壓力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)點(diǎn)在于模擬非線性映射能力較強(qiáng)，但對供水管網(wǎng)進(jìn)行宏觀工況模擬時(shí)，完全避開供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，造成它模擬精度不高。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種計(jì)算精度高，可行性強(qiáng)的基于地統(tǒng)計(jì)空間分析理論的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種基于地統(tǒng)計(jì)空間分析理論的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法，選取供水管網(wǎng)水源泵站節(jié)點(diǎn)及其它帶有壓力監(jiān)測設(shè)備的節(jié)點(diǎn)的壓力作為已知壓力，然后基于已知節(jié)點(diǎn)壓力采用泛克里格插值法對無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力進(jìn)行插值計(jì)算，從而得到供水管網(wǎng)無監(jiān)測點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力；插值計(jì)算時(shí)，用節(jié)點(diǎn)間壓力的相對變化替代泛克里格插值法中的歐氏距離。
[0011]其具體步驟為:
1)節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系大小的表征:
利用供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)間壓力的相對變化，用設(shè)計(jì)壓力相對變化大小表征兩個(gè)節(jié)點(diǎn)空間之間的關(guān)系；
2)泛克里格插值法變異函數(shù)的求取:
以水源泵站監(jiān)測節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)第I)步所得，將其它監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與水源泵站監(jiān)測節(jié)點(diǎn)間的相對壓力變化量從小到大排序，并按變異函數(shù)定義求取變異函數(shù)值；以相對距離為橫坐標(biāo)，變異函數(shù)值為縱坐標(biāo)，在直角坐標(biāo)系中描繪其兩者之間的關(guān)系曲線；與變異函數(shù)理論模型圖形相比較，選用相似的理論模型并通過最小二乘法進(jìn)行擬合，從而確定變異函數(shù)；
3)將第I)步的壓力相對變化代入第2)步得到的變異函數(shù)，求得所有節(jié)點(diǎn)之間的變異函數(shù)值；
4)在泛克里格插值過程中，各節(jié)點(diǎn)的壓力跟該節(jié)點(diǎn)與水源泵站節(jié)點(diǎn)之間的相對壓力變化有關(guān)，設(shè)該節(jié)點(diǎn)的壓力函數(shù)為:
h(x) = 6? + K1X ;
其中:x為所求節(jié)點(diǎn)與水源泵站節(jié)點(diǎn)的相對壓力變化；~和^為函數(shù)系數(shù)，其中
【權(quán)利要求】
1.一種基于地統(tǒng)計(jì)空間分析理論的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法，其特征在于:選取供水管網(wǎng)水源泵站節(jié)點(diǎn)及其它帶有壓力監(jiān)測設(shè)備的節(jié)點(diǎn)的壓力作為已知壓力，然后基于已知節(jié)點(diǎn)壓力采用泛克里格插值法對無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力進(jìn)行插值計(jì)算，從而得到供水管網(wǎng)無監(jiān)測點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力；插值計(jì)算時(shí)，用節(jié)點(diǎn)間壓力的相對變化替代泛克里格插值法中的歐氏距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法，其特征在于:供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定的具體步驟為: 1)節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系大小的表征: 利用供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)間壓力的相對變化，用設(shè)計(jì)壓力相對變化大小表征兩個(gè)節(jié)點(diǎn)空間之間的關(guān)系； 2)泛克里格插值法變異函數(shù)的求取: 以水源泵站監(jiān)測節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)第I)步所得，將其它監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與水源泵站監(jiān)測節(jié)點(diǎn)間的相對壓力變化量從小到大排序，并按變異函數(shù)定義求取變異函數(shù)值；以相對距離為橫坐標(biāo)，變異函數(shù)值為縱坐標(biāo)，在直角坐標(biāo)系中描繪其兩者之間的關(guān)系曲線；與變異函數(shù)理論模型圖形相比較，選用相似的理論模型并通過最小二乘法進(jìn)行擬合，從而確定變異函數(shù)； 3)將第I)步的壓力相對變化代入第2)步得到的變異函數(shù)，求得所有節(jié)點(diǎn)之間的變異函數(shù)值； 4)在泛克里格插值過程中，各節(jié)點(diǎn)的壓力跟該節(jié)點(diǎn)與水源泵站節(jié)點(diǎn)之間的相對壓力變化有關(guān)，設(shè)該節(jié)點(diǎn)的壓力函數(shù)為:h(x) = % + Ot1X ； 其中:x為所求節(jié)點(diǎn)與水源泵站節(jié)點(diǎn)的相對壓力變化；七和％為函數(shù)系數(shù)，其中%=Z4m) A=Z桃)為所求權(quán)系數(shù)4為已知監(jiān)測節(jié)點(diǎn)數(shù)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法，其特征在于:步驟I)中節(jié)點(diǎn)間壓力的相對變化按如下方法獲得:假定管網(wǎng)在T時(shí)刻的總用水量，按面積比流量法進(jìn)行流量分配獲得管網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)在T時(shí)刻的模擬用水量；以供水管網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)模擬用水量、設(shè)計(jì)管長、管徑、管道摩擦系數(shù)為已知條件，采用有限差分法求得矩陣I
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供水管網(wǎng)無監(jiān)測節(jié)點(diǎn)壓力確定方法，其特征在于:根據(jù)描繪出的關(guān)系曲線與變異函數(shù)理論模型圖形的比較以及供水管網(wǎng)水力特性，所述變異函數(shù)理論模型選取球狀模型，其協(xié)方差變異函數(shù)為
【文檔編號】G06Q50/06GK103617563SQ201310644630
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】龍?zhí)煊? 王海娟, 杜坤, 劉佳, 常麗娟, 周德柱, 肖星, 趙廣 申請人:重慶大學(xué)