[發(fā)明專利]基于圖劃分的供水管網(wǎng)DMA自動(dòng)分區(qū)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911300313.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN111080483B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬斌;薛驍;楊磊;黃慰忠;沈國(guó)紅;信昆侖;周立典
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司;上海隧道工程股份有限公司;同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q50/06
• 分類號(hào): G06Q50/06;G06F30/18
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 宋小光

本發(fā)明涉及一種基于圖劃分的供水管網(wǎng)DMA自動(dòng)分區(qū)方法，包括如下步驟：獲取供水管網(wǎng)水力模型和日供水總量；設(shè)置分區(qū)參數(shù)；依據(jù)所設(shè)置的分區(qū)參數(shù)使用多級(jí)遞歸二分法算法對(duì)供水管網(wǎng)水力模型進(jìn)行分區(qū)，獲得分區(qū)結(jié)果和分區(qū)邊界管段；以及以分區(qū)改造的工程造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)，以管網(wǎng)壓力和節(jié)點(diǎn)水齡的波動(dòng)范圍為約束調(diào)節(jié)，利用遺傳算法進(jìn)行分區(qū)邊界管段的閥門開閉選擇與流量計(jì)的安裝布置，從而獲得分區(qū)邊界管段的閥門開閉選擇與流量計(jì)的安裝布置方案。本發(fā)明采用圖劃分算法對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，因?yàn)閳D劃分算法的特性，可以讓計(jì)算量大為減少，計(jì)算效率高，可以在較短時(shí)間得到分區(qū)結(jié)果。本發(fā)明以工程造價(jià)作為目標(biāo)函數(shù)，有利于在實(shí)際工程應(yīng)用中進(jìn)行推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及供水管網(wǎng)DMA分區(qū)的技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于圖劃分的供水管網(wǎng)DMA自動(dòng)分區(qū)方法。

背景技術(shù)

在管道老化、技術(shù)手段投入有限、監(jiān)管體制落后等因素的影響下，我國(guó)城市供水管網(wǎng)漏損現(xiàn)象較為普遍。供水管網(wǎng)日益嚴(yán)重的漏損問(wèn)題不僅造成了水資源的浪費(fèi)，也對(duì)供水水質(zhì)安全造成威脅，如何有效控制管網(wǎng)漏損率，提高城市供水效率，已成為供水行業(yè)亟需解決的問(wèn)題之一。不少國(guó)內(nèi)外水行業(yè)工作者常年來(lái)致力于對(duì)供水管網(wǎng)漏損控制的研究，區(qū)域計(jì)量分區(qū)(District Metered Area，DMA)技術(shù)正是在這樣的背景下誕生的。DMA分區(qū)技術(shù)具體內(nèi)容是通過(guò)在管網(wǎng)中特定位置安裝閥門、流量計(jì)，將供水管網(wǎng)分成具有永久性邊界的獨(dú)立的區(qū)域，分而治之，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)流量的監(jiān)控，及時(shí)識(shí)別漏損的發(fā)生，從而達(dá)到漏損控制的作用。經(jīng)過(guò)了近二十年的世界各地的實(shí)踐研究，DMA分區(qū)管理技術(shù)被證明是有效的漏損控制手段。

國(guó)內(nèi)外已有大量關(guān)于供水管網(wǎng)DMA分區(qū)方法的研究，以下為一些代表性的研究：

一種是基于聚類算法的分區(qū)方法，該類方法的主要技術(shù)措施：以節(jié)點(diǎn)需水量為權(quán)重，采用自底向上的分層聚類算法挖掘供水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的相似性，根據(jù)其相似性將供水管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)操作。

優(yōu)缺點(diǎn)：這類方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠把管網(wǎng)劃分成幾個(gè)內(nèi)部屬性較為相似的區(qū)域，能夠有效得利用管網(wǎng)的拓?fù)湫再|(zhì)。缺點(diǎn)有：(1)這類方法未對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行水力模擬，分區(qū)依據(jù)較為主觀，無(wú)法保證分區(qū)后管網(wǎng)的水力性質(zhì)。(2)未考慮工程造價(jià)等因素，在工程應(yīng)用中不利于推廣。

另一種是基于圖論和能量指標(biāo)的分區(qū)方法，該類方法的主要技術(shù)措施：以圖論的方法對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行路徑分析，進(jìn)行預(yù)分區(qū)，以某種能量指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)采用啟發(fā)式算法優(yōu)化分區(qū)結(jié)果，最終得到分區(qū)方案。

優(yōu)缺點(diǎn)：這類方法的優(yōu)勢(shì)在于利用了供水管網(wǎng)的用戶節(jié)點(diǎn)和管段可以被概化為頂點(diǎn)和邊的特性，因此可以使用圖論中各種路徑分析方法對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行劃分。缺點(diǎn)如下：(1)使用路徑分析生成樹來(lái)進(jìn)行分區(qū)，主要適用于將多水源管網(wǎng)劃分成若干單水源或較少水源供水的區(qū)域，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單水源管網(wǎng)的進(jìn)一步細(xì)分。(2)未考慮工程造價(jià)等因素，在工程應(yīng)用中不利于推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于圖劃分的供水管網(wǎng)DMA自動(dòng)分區(qū)方法，解決現(xiàn)有的分區(qū)方法中未考慮工程造價(jià)而在工程應(yīng)用中不利推廣的問(wèn)題、基于聚類算法分區(qū)無(wú)法保證分區(qū)后管網(wǎng)的水力性質(zhì)和使用路徑分析生成樹來(lái)進(jìn)行分區(qū)無(wú)法實(shí)現(xiàn)單水源管網(wǎng)的進(jìn)一步細(xì)分等的問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供了一種基于圖劃分的供水管網(wǎng)DMA自動(dòng)分區(qū)方法，包括如下步驟：

獲取供水管網(wǎng)水力模型和日供水總量；

設(shè)置分區(qū)參數(shù)；

依據(jù)所設(shè)置的分區(qū)參數(shù)使用多級(jí)遞歸二分法算法對(duì)供水管網(wǎng)水力模型進(jìn)行分區(qū)，獲得分區(qū)結(jié)果和分區(qū)邊界管段；以及

以分區(qū)改造的工程造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)，以管網(wǎng)壓力和節(jié)點(diǎn)水齡的波動(dòng)范圍為約束條件，利用遺傳算法進(jìn)行分區(qū)邊界管段的閥門開閉選擇與流量計(jì)的安裝布置，從而獲得分區(qū)邊界管段的閥門開閉選擇與流量計(jì)的安裝布置方案。