[發(fā)明專利]一種供水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間水壓傳遞關(guān)系的辨識方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410334394.4
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104111731B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱彬;袁景淇;李少遠(yuǎn);胡驍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/0484
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及城市供水管網(wǎng)監(jiān)控，具體地，涉及一種供水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間水壓傳遞關(guān)系的辨識方法。

背景技術(shù)

城市供水管網(wǎng)監(jiān)控的任務(wù)包括水壓控制、事故應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制以及泵站優(yōu)化調(diào)度等，最終的目標(biāo)是在保證服務(wù)質(zhì)量(使供水水壓在事先規(guī)定的范圍內(nèi))的前提下減少系統(tǒng)的電能消耗。對此，供水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建模是重要基礎(chǔ)。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索，A.R.Simpson和S.Elhay在World environmental and water resources congress,ASCE Conference Proceedings342,283-294上發(fā)表了“A framework for alternative formulations of the pipe network equations”。該文整理了供水管網(wǎng)中流量和水頭方程的5種不同表述，包括1)流量方程，2)水頭方程，3)環(huán)流量方程，4)流量和水頭方程，5)Todini-Pilati流量和水頭方程。這些方程稱為管網(wǎng)的水力學(xué)模型，其本質(zhì)上是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)流量連續(xù)性方程，水管水頭損失和流量的關(guān)系，管道閉環(huán)水頭損失以及固定水頭節(jié)點(diǎn)之間通路的水頭損失。由于其中多數(shù)是非線性的方程，因此需要迭代求解。然而，建立這樣的水力學(xué)模型需要事先知道完整的供水系統(tǒng)布局，并且具體到每個管網(wǎng)元件的參數(shù)值，如管道的長度、直徑、材質(zhì)等。當(dāng)系統(tǒng)的規(guī)模較大但又無法獲得足夠的管網(wǎng)信息時，精細(xì)的水力學(xué)模型就很難建立。另一種可行的方法是在管線上安裝(壓力、流量、聲學(xué))傳感器，基于采集得到的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘的方法和技術(shù)來監(jiān)視供水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

對于城市供水管網(wǎng)監(jiān)控，使服務(wù)區(qū)水壓處于給定的區(qū)間是最根本的任務(wù)。水壓過高會增加漏損和爆管的風(fēng)險，也會增加系統(tǒng)的電能消耗；而水壓過低則會影響供水服務(wù)的質(zhì)量。當(dāng)某個傳感器檢測到水壓過高或者過低時，通常的調(diào)控手段是調(diào)節(jié)當(dāng)前測壓點(diǎn)附近泵站的出水水壓。如何自動尋找能影響指定節(jié)點(diǎn)水壓的泵站，并進(jìn)一步判定這種影響的強(qiáng)度就成為問題的關(guān)鍵，本發(fā)明的核心內(nèi)容就是要提供這樣的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種供水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間水壓傳遞關(guān)系的辨識方法，為城市供水管網(wǎng)監(jiān)控提供有力的輔助手段。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種供水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間水壓傳遞關(guān)系的辨識方法，所述方法先基于對管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)水壓實(shí)測數(shù)據(jù)的Pearson相關(guān)性分析進(jìn)行供水子網(wǎng)絡(luò)劃分，再對劃分后的每一子網(wǎng)絡(luò)建立一個線性回歸模型，以定量描述水壓傳遞關(guān)系；其中：所述的管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)是傳感器節(jié)點(diǎn)，即水壓傳感器在供水管網(wǎng)中的安裝位置。

優(yōu)選地，所述對管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)水壓進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，是根據(jù)Pearson相關(guān)性分析結(jié)果選出網(wǎng)絡(luò)中與某些節(jié)點(diǎn)強(qiáng)相關(guān)的重要節(jié)點(diǎn)，稱為中心節(jié)點(diǎn)，而和中心節(jié)點(diǎn)水壓強(qiáng)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)稱為關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述中心節(jié)點(diǎn)及其若干所述關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個子網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)選地，對于每一個所述子網(wǎng)絡(luò)，中心節(jié)點(diǎn)處的水壓值由其關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)處的水壓值所決定，稱這種關(guān)系為水壓傳遞。

優(yōu)選地，所述水壓傳遞關(guān)系采用線性回歸模型定量描述，模型輸入為t時刻關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的水壓測量值即向量輸入，輸出為t時刻中心節(jié)點(diǎn)的水壓估計值即標(biāo)量輸出。

對于每個子網(wǎng)絡(luò)，采用一個線性回歸模型描述從關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)到中心節(jié)點(diǎn)的水壓傳遞，模型表達(dá)式如下：

y＝β₁x₁+...+β_px_p+ε＝x^Tβ+ε

其中，模型輸入x_i(i＝1,2,…,p)為關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)處t(t＝1,2,…,n)時刻的水壓測量值，n為水壓測量值個數(shù)，p為關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)個數(shù)，輸出y為中心節(jié)點(diǎn)處t時刻的水壓估計值，β_i為模型參數(shù)，ε為誤差項(xiàng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明所述的一種供水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間水壓傳遞關(guān)系的辨識方法，在實(shí)際供水管網(wǎng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、元件及其參數(shù)不清晰但水壓傳感器布局合理的情況下，尋找能影響指定節(jié)點(diǎn)水壓的泵站，并進(jìn)一步判定這種影響的強(qiáng)度，能夠用于節(jié)點(diǎn)間水壓傳遞關(guān)系的高精度辨識，具有應(yīng)用于管網(wǎng)水壓控制的潛力。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1是某城市供水主干管道(管徑≥800mm)以及水壓傳感器(以方塊表示)的布局圖，以及在不同的相關(guān)系數(shù)閾值r_thres下某個子網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍；