[發(fā)明專利]一種基于VARX模型的供水管網(wǎng)異常事件偵測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610078560.8
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105740989B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐哲;熊曉鋒;洪嘉鳴;何必仕;陳云
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 王佳健

本發(fā)明公開了一種基于VARX模型的供水管網(wǎng)異常事件偵測方法。本發(fā)明首先進(jìn)行測點(diǎn)分組，確定輸入樣本。其次按分組建立VARX模型。然后進(jìn)行壓力預(yù)測并計(jì)算差異，并計(jì)算差異的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。最后按照異常事件判定規(guī)則偵測異常事件。本發(fā)明基于VARX模型采用差異分析的供水管網(wǎng)異常事件偵測方法，具有抗干擾性強(qiáng)，偵測能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于城市供水領(lǐng)域，具體是一種基于VARX模型的供水管網(wǎng)異常事件偵測方法。

背景技術(shù)

暗漏和爆管是城市供水管網(wǎng)常見的兩種異常事件，前者具有時間持續(xù)長、規(guī)模小、不易察覺的特點(diǎn)，而后者則正好相反，具有突發(fā)性、不確定性，規(guī)模大的特點(diǎn)。及時發(fā)現(xiàn)供水管網(wǎng)中存在的漏損事件，準(zhǔn)確定位事件發(fā)生地點(diǎn)，迅速采取措施防止事態(tài)惡化，對供水管網(wǎng)安全運(yùn)行來說顯得尤為重要。

目前供水管網(wǎng)異常事件偵測主要基于微觀水力學(xué)模型和宏觀數(shù)據(jù)模型兩種。其中微觀模型需要已知管網(wǎng)系統(tǒng)的詳細(xì)資料，如管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、管段的材質(zhì)、長度、直徑、摩阻等具體信息，國內(nèi)基于微觀模型的應(yīng)用研究較少。基于宏觀模型的研究主要分為邊界分析和差異分析兩種方法，邊界分析方法易受噪聲的干擾而差異分析方法抗干擾能力較強(qiáng)。

有鑒于此，使用差異分析方法可以較好地對供水管網(wǎng)異常事件進(jìn)行偵測。本發(fā)明基于VARX模型高精度預(yù)測進(jìn)行差異分析法偵測供水管網(wǎng)異常事件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于VARX模型的供水管網(wǎng)異常事件偵測方法。其中VARX(a Vector Auto-Regressive with eXogenous variables)模型將單向因果關(guān)系的變量作為外生變量加入VAR模型中，可以有效地增強(qiáng)模型的抗擾動性，同時該模型具有較高的精度。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取以下步驟：

步驟1.測點(diǎn)分組，確定輸入樣本

建立供水管網(wǎng)預(yù)測數(shù)據(jù)庫。其中輸入數(shù)據(jù)包括：測量點(diǎn)壓力、流量值等；輸出數(shù)據(jù)包括：預(yù)測壓力、流量值等。

(1)監(jiān)測點(diǎn)分組

將監(jiān)測點(diǎn)通過相關(guān)性分組，相關(guān)性計(jì)算公式如下：

說明：x，y是兩組時間序列數(shù)據(jù)；Ex，Ey是對應(yīng)的兩組時間序列數(shù)據(jù)的期望值；Dx，Dy是對應(yīng)的兩組時間序列的方差；corr(x,y)則是對應(yīng)的兩組時間序列數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)，用來表征相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)的取值范圍在0～1，0表示不相關(guān)，反之1表示相關(guān)性明顯，將相關(guān)性明顯的監(jiān)測點(diǎn)歸為一類。

(2)確定輸入樣本

根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)分組確定輸入樣本為{x_t,y_t}_i，其中x_t為d維外生變量，y_t為k維內(nèi)生變量，即d個外生變量的監(jiān)測點(diǎn)k個內(nèi)生變量的監(jiān)測點(diǎn)，t為時間單位，i表示第i組監(jiān)測點(diǎn)。

步驟2.按分組建立VARX模型

為每一組監(jiān)測點(diǎn)的每一次預(yù)測建立VARX模型，根據(jù)輸入樣本數(shù)據(jù){x_t,y_t}_i進(jìn)行模型定階并建立模型。

(1)VARX模型定階

采用AIC(Akaike Information Criterion)定階準(zhǔn)則。其定義如下：

其中為殘差，T為樣本周期，p為模型滯后項(xiàng)，AIC值取最小值時的p值為模型最佳選擇值。

(2)建立VARX模型

VARX模型的表達(dá)式為：