[發明專利]一種組合使用多種替代指標衡量供水管網可靠性的方法

在審

• 申請號: 202010886878.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112100782A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 王琦;黃穩;杜樹森;王志紅
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;G06F30/27;G06F111/06;G06F119/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明提供一種組合使用多種替代指標衡量供水管網可靠性的方法，包括以下步驟：S1：遴選替代指標，建立以各個替代指標和成本函數為獨立目標的高維多目標優化模型；S2：構建案例管網最小集；S3：求解每個案例管網的高維多目標優化模型，基于所得到的帕累托最優解集，評估使用多種替代指標對供水管網可靠性的衡量效果。本發明通過構建以多種替代指標作為獨立目標的高維優化模型，利用不同指標之間的內在差異，提高了使用替代指標評估供水管網系統可靠性的準確性，改善了使用單一替代指標對不同規模和特征的供水管網系統可靠性的衡量效果，充分發揮了現有替代指標的潛在價值。

技術領域

本發明涉及模型算法領域，更具體地，涉及一種組合使用多種替代指標衡量供水管網可靠性的方法。

背景技術

供水管網作為城市的重要基礎設施，它的可靠性經常會受到其他干擾因素(例如爆管、水泵故障等)的影響。近年來，供水管網領域的學者十分重視對供水管網可靠性的研究。供水管網的可靠性是指系統在正常或者異常情況下滿足用戶需求的能力。

直接評估供水管網系統的可靠性需要進行大量的水力計算，難以應用在大型管網的優化計算中。為簡化計算，本領域的學者提出使用替代指標衡量供水管網系統可靠性的方法。這些替代指標通過獲取供水管網系統的水力信息(例如節點壓力、節點流量、管道流量等)來評估供水管網的可靠性。相對于直接計算供水管網的可靠性，使用替代指標評估管網的可靠性避免了直接評估可靠性時需要對對所有可能的異常工況反復進行水力計算的問題，大幅減少了計算量。近二十年來，文獻中使用替代指標計算供水管網系統的可靠性逐漸取代了先前直接計算供水管網系統可靠性的方法。目前，文獻中已提出了十多個替代指標來衡量供水管網的可靠性。

然而，供水管網系統是一個復雜的系統，其可靠性往往會受到各種因素(如管道布局，需水量的變化等)的影響。查閱文獻發現，使用單一替代指標不能很準確地評估不同規模供水管網的可靠性，也就是說，使用單一替代指標在小規模管網上獲得的結論并不能完全適用于大規模的供水管網。

通過查閱文獻，對現有替代指標的定義進行分析發現，這些替代指標通常是通過衡量供水管網系統的某一個/幾個方面來反映系統的可靠性。例如流量熵(Flow Entropy)是通過使管網中管道流量分布更加均勻的方式來提高供水管網的可靠性；而管網彈性力指標(Network Resilience Index)則是通過增大管網的冗余能量和節點均勻度的方式來提高供水管網的可靠性。

發明內容

本發明為解決使用單一替代指標不能有效衡量不同規模供水管網系統的可靠性的技術缺陷，提供了一種組合使用多種替代指標衡量供水管網可靠性的方法。

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種組合多種替代指標衡量供水管網可靠性的方法，包括以下步驟：

S1：遴選替代指標，建立以各個替代指標和成本函數為獨立目標的高維多目標優化模型；

S2：構建案例管網最小集；

S3：求解每個案例管網的高維多目標優化模型，基于所得到的帕累托最優解集，評估使用多種替代指標對供水管網可靠性的衡量效果。。

上述方案中，基于對現有替代指標的分類，通過建立高維多目標優化模型組合使用每類替代指標中評估效果最好的指標改善了使用單一替代指標對不同規模供水管網可靠性的衡量效果，充分發揮了現有替代指標的潛在價值。

在步驟S1中，包括以下步驟：

S11：將現有替代指標按照定義進行分組；

S12：選擇每組中能更有效評估供水管網可靠性的替代指標，將所選的替代指標和供水管網的建造成本分別作為目標函數共同建立高維多目標優化模型。

所述高維多目標優化模型為