[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)應(yīng)急恢復(fù)機(jī)制的供水管網(wǎng)級聯(lián)魯棒性測算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710000601.6
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN107066666B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雙晴;劉伊生;劉菁;任旭;唐永忠
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/06
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 董琪

1.一種動(dòng)態(tài)應(yīng)急恢復(fù)機(jī)制的供水管網(wǎng)級聯(lián)魯棒性測算方法，其特征在于：包括以下具體步驟：

S1、加載供水管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本水力數(shù)據(jù)信息，建立供水管網(wǎng)關(guān)聯(lián)矩陣；

S2、設(shè)定容忍度參數(shù)α，明確容忍度參數(shù)α的范圍和迭代遞增量；

S3、根據(jù)容忍度參數(shù)α計(jì)算供水管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的最大水壓值；

S4、確定初始崩潰節(jié)點(diǎn)；明確崩潰節(jié)點(diǎn)的模擬范圍，在該范圍內(nèi)依次模擬每個(gè)節(jié)點(diǎn)作為初始崩潰節(jié)點(diǎn)后所導(dǎo)致的級聯(lián)行為，然后，建立矩陣FailureNodeProcess記錄每一時(shí)間步長條件下的崩潰節(jié)點(diǎn)，建立矩陣FailureLinkProcess記錄每一時(shí)間步長條件下崩潰管段；

S5、關(guān)閉崩潰節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)管段，更新供水管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；然后利用Newton-Raphson算法迭代求解節(jié)點(diǎn)水壓基本方程組，重新計(jì)算失效發(fā)生后供水管網(wǎng)中各個(gè)未崩潰節(jié)點(diǎn)的水壓；

所述崩潰節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)管段為該崩潰節(jié)點(diǎn)的上下游管段；

S6、根據(jù)步驟S5中計(jì)算出來的未崩潰節(jié)點(diǎn)的水壓，識別所觸發(fā)的新的次級崩潰節(jié)點(diǎn)；

S7、根據(jù)權(quán)重分配策略計(jì)算隨時(shí)間分布的供水管網(wǎng)中每個(gè)崩潰節(jié)點(diǎn)的應(yīng)急資源分配量；

S8、根據(jù)每個(gè)崩潰節(jié)點(diǎn)的應(yīng)急資源分配量，分配應(yīng)急資源，修復(fù)崩潰節(jié)點(diǎn)；

S9、根據(jù)修復(fù)后的節(jié)點(diǎn)水壓，更新供水管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的實(shí)際可利用流量，并將該流量作為下一次迭代的節(jié)點(diǎn)流量值：

其中，Q_k,act,t’為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)k的根據(jù)修復(fù)水壓計(jì)算的實(shí)際可利用流量，單位為L/s；Q_k,req為節(jié)點(diǎn)k的需求流量，單位為L/s；P_k,t’為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)k修復(fù)后的水壓；P_k,min為節(jié)點(diǎn)k的最小水壓；P_k,ser為節(jié)點(diǎn)k的服務(wù)水壓；P_k,max為節(jié)點(diǎn)k的最大水壓；

S10、判斷供水管網(wǎng)的級聯(lián)失效現(xiàn)象是否停止；

S11、供水管網(wǎng)的級聯(lián)失效現(xiàn)象停止后，計(jì)算在當(dāng)前初始崩潰節(jié)點(diǎn)條件下供水管網(wǎng)的魯棒性評價(jià)指標(biāo)G，AS和V；

最大連通子圖尺寸：

其中，N’為級聯(lián)失效停止后供水管網(wǎng)中的最大連通子圖所包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)；N為供水管網(wǎng)需求節(jié)點(diǎn)數(shù)；G的相對大小反映了供水管網(wǎng)在遭受攻擊后，供水管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，是供水管網(wǎng)破壞程度的體現(xiàn)；

崩潰規(guī)模：

其中，∑as_i為攻擊節(jié)點(diǎn)i所導(dǎo)致的級聯(lián)失效發(fā)生后，供水管網(wǎng)中處于失效狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，崩潰節(jié)點(diǎn)無法正常供水；AS反映了供水管網(wǎng)中處于失效狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，隨著級聯(lián)失效次級失效的發(fā)生，供水管網(wǎng)中處于失效狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加；

級聯(lián)傳播速度：

其中，T為級聯(lián)失效總迭代步數(shù)，衡量了級聯(lián)反應(yīng)在供水管網(wǎng)中的傳播時(shí)間；V表示每一單位時(shí)間步長內(nèi)失效的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；

步驟S12：判斷是否模擬了供水管網(wǎng)中的所有的初始崩潰節(jié)點(diǎn)；如是，則執(zhí)行步驟S13；如否，則執(zhí)行步驟S4繼續(xù)模擬，迭代計(jì)算初始崩潰節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)依次崩潰的動(dòng)態(tài)應(yīng)急恢復(fù)機(jī)制的供水管網(wǎng)級聯(lián)系統(tǒng)魯棒性；

步驟S13：計(jì)算在當(dāng)前容忍度參數(shù)條件下供水管網(wǎng)的系統(tǒng)魯棒性評價(jià)指標(biāo)；所述系統(tǒng)魯棒性評價(jià)指標(biāo)為供水管網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的魯棒性指標(biāo)求平均；

步驟S14：判斷是否模擬了所有容忍度參數(shù)；如是，則執(zhí)行步驟S15；如否，則返回步驟S2繼續(xù)迭代模擬，迭代計(jì)算容忍度參數(shù)范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)依次崩潰的動(dòng)態(tài)應(yīng)急恢復(fù)機(jī)制的供水管網(wǎng)級聯(lián)系統(tǒng)魯棒性評價(jià)指標(biāo)矩陣；

S15、根據(jù)系統(tǒng)魯棒性評價(jià)指標(biāo)矩陣，識別最優(yōu)應(yīng)急策略，給出應(yīng)急策略優(yōu)劣排序；

步驟S4中利用時(shí)間步長t記錄供水管網(wǎng)級聯(lián)失效過程，其中t＝0，表示供水管網(wǎng)未被攻擊狀態(tài)；t＝1，表示供水管網(wǎng)出現(xiàn)初始崩潰節(jié)點(diǎn)；t＝2,3,4,5,…,T表示供水管網(wǎng)級聯(lián)失效過程；T為級聯(lián)失效停止時(shí)的時(shí)間步長；

步驟S15應(yīng)急策略優(yōu)劣排序的具體步驟如下：

S151、比較各個(gè)應(yīng)急策略的容忍度參數(shù)臨界值，容忍度參數(shù)臨界值越小的應(yīng)急策略能使供水管網(wǎng)越早穩(wěn)定，能夠更好的適應(yīng)運(yùn)營階段容忍度參數(shù)不穩(wěn)定的供水管網(wǎng)；

所述容忍度參數(shù)臨界值是指：當(dāng)容忍度參數(shù)大于該臨界值時(shí)，供水管網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性處于穩(wěn)定狀態(tài)，不再變化；

所述容忍度參數(shù)α衡量了節(jié)點(diǎn)額外能夠承受的壓力，適用于評價(jià)供水管網(wǎng)的老化情況，隨著使用時(shí)間的增長，供水管網(wǎng)會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，隨著水壓和需求流量的增加，供水管網(wǎng)無法在高壓狀態(tài)下供水，導(dǎo)致爆管事故頻發(fā)，由于檢測每根管段或每個(gè)節(jié)點(diǎn)的老化因子需要消耗較多成本，因此若應(yīng)急策略能使供水管網(wǎng)在容忍度參數(shù)較小的情況下保持穩(wěn)定，則說明該應(yīng)急策略能夠更好的適應(yīng)老化的供水管網(wǎng)；

S152、統(tǒng)計(jì)各應(yīng)急策略的系統(tǒng)魯棒性指標(biāo)G、AS和V優(yōu)于其他應(yīng)急策略的相應(yīng)指標(biāo)的頻數(shù)；

S153、根據(jù)頻數(shù)計(jì)算各應(yīng)急策略的系統(tǒng)魯棒性指標(biāo)G、AS和V優(yōu)于其他應(yīng)急策略的相應(yīng)指標(biāo)的累計(jì)頻率，識別最優(yōu)應(yīng)急策略，給出應(yīng)急策略的優(yōu)劣排序。