[發明專利]一種多階段多目標給水管網優化分區方法

有效

• 申請號: 201810537071.3
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108876016B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 劉俊
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06;E03B7/00
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 崔鳳英

本發明公開了一種多階段多目標給水管網優化分區方法，基于靈敏度分析確定管道整體水力特性指標，進而確定給水管網主要供水路徑，基于該供水路徑，通過多目標算法首先確定分區主進水管道和分區邊界，然后再次優化確定邊界管道中次進水管道和閥門位置，最終完成分區規劃。本發明綜合考慮了給水管網總體水力特性和影響分區的各種水力、水質和成本因素，本發明降低了算法搜索空間，提高算法收斂速度，對給水管網分區實踐和研究提供了很好地參考。

技術領域

本發明涉及水網安裝管理領域，尤其是一種基于多目標優化算法的給水管網分區方法。

背景技術

給水管網分區技術是進行漏損控制的基礎。管網分區需要考慮技術、經濟、性能等多種因素，增加了獲得合理分區的難度。目前一些分區方法未考慮管網的整體水力特性，分區所考慮的因素較少，難以滿足分區決策的要求。因此，迫切需要開發高效的給水管網分區方法，滿足供水企業分區改造時的管理需求。

發明內容

本發明目的在于提供一種綜合考慮管網水力特性、多個分區因素的高效、快速的多階段多目標給水管網優化分區方法。

為實現上述目的，采用了以下技術方案：本發明所述方法根據靈敏度分析確定管道重要性指標，反映管網整體水力特性；根據該管道指標，采用最小生成樹算法確定環狀管網的主要供水路徑，以枝狀管網表示；在主要供水路徑基礎上，首先采用多目標算法確定分區主進水管道，得到分區節點聚類和分區邊界管道；然后采用多目標算法優化邊界管道，確定環狀管網分區次進水管道和閥門位置；最終完成分區規劃。

進一步的，所述方法的具體步驟如下：

步驟1，采用擾動法確定管道流量與節點需水量的靈敏度矩陣，計算每個管道的重要性指標，反映管網的整體水力特性；

步驟2，以管道重要性指標為權重，采用最小生成樹算法計算給水管網枝狀結構，代表了主要供水路徑；

步驟3，根據分區結構特點，降低主進水管道決策變量范圍；采用多目標算法優化確定分區主進水管道；

步驟4，將枝狀供水管網中主進水管道斷開，采用圖論算法中連通子圖方法確定節點聚類；

步驟5，根據分區節點聚類，通過比較環狀管道兩節點是否在不同聚類中確定環狀管網中分區邊界管道；

步驟6，在分區邊界確定的基礎上，以次進水管道數量和水質為目標，水壓為約束，優化次進水管道和閥門位置；

步驟7，根據生成的帕累托解的集合，選擇合理的分區方案，最終完成分區規劃。

進一步的，步驟3中，考慮分區特點，為提高計算速度，枝狀結構中與葉節點相連的管道不作為主進水管道，因此可降低決策變量數量。分區主進水管道在枝狀供水路徑中，通過優化模塊度、分區水壓非相似性、分區割集管道數量和分區規模均勻性確定分區主進水管道。

進一步的，所述步驟5中，確定分區邊界時，枝狀管網管道均不是邊界管道，可提高尋找邊界管道的搜索速度。

進一步的，所述步驟6中，水質指標為延時模擬最后24小時平均水齡。

工作過程大致如下：

利用擾動法確定靈敏度矩陣，計算管道重要性指標；以管道重要性指標為權重，采用最小生成樹算法得出給水管網主要供水路徑的枝狀結構；通過優化算法分別確定主進水管道和次進水管道，得出合理的分區方案。

與現有技術相比，本發明方法具有如下優點：通過流量靈敏度矩陣，能夠反映整個給水管網水力特性；通過多步算法，分別獲得主進水管道和次進水管道優化方案，將分區進水管道分為兩級，便于以后壓力管道與控制；多目標算法考慮分區因素更加全面，分步優化則可以大大提高計算速度。

附圖說明

圖1是本發明方法的流程圖。