[發明專利]小區供水管網泄漏事件分級預警方法、裝置、設備及介質

在審

• 申請號: 202110492568.X
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113065721A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 劉書明;周嘯;吳雪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q10/00;G06Q50/06;F17D5/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供一種基于異常狀態估計的小區供水管網泄漏事件分級預警方法、裝置、設備及介質，該方法包括：獲取小區供水管網入口流量數據，對獲取的數據進行預處理，修復缺失值和異常值；判斷待檢測時刻的數據是否為離群值，將檢測結果映射為卡爾曼濾波器KF的輸入狀態，通過自適應異常狀態估計判斷發生泄漏事件的可能性；根據發生泄漏事件的可能性輸出不同的預警等級。與現有技術相比，本公開提供的基于異常狀態估計的小區供水管網泄漏事件分級預警方法、裝置、設備及介質，能夠根據小區供水管網泄漏事件的流量變化規律對其進行特異性識別，減少隨機用戶用水、監測誤差等因素引起的誤報，實現更為精準的泄漏事件預警。

技術領域

本公開涉及供水管網安全預警技術領域，尤其涉及一種基于異常狀態估計的小區供水管網泄漏事件分級預警方法、裝置、設備及介質。

背景技術

小區供水管網中的輸水管道由于腐蝕、不均勻受力、內部壓力作用等原因，會發生局部管道松動、破損、斷裂等，形成泄漏事件。管道泄漏不僅會造成大量水資源浪費，還可能引起污染物入侵、地基沖刷沉降等，威脅居民的身體健康和生命財產安全。由于部分管道泄漏發生在夜間或地下管道，難以及時通過人工排查、用戶投訴等方式發現，即使通過定期巡檢等方式查找管道泄漏，也存在著人力成本投入高、時效性難以保證等問題。

隨著近年來儀表制造技術和數據傳輸技術的發展，目前大量小區都安裝了實時采集數據的入口流量計。通過分析流量計的監測數據變化，識別泄漏事件引起的監測值變化，對泄漏事件及時發出預警，可以顯著提高小區供水的安全性、經濟性。目前，國內外已有大量研究通過分析管網流量監測數據變化偵測泄漏事件，主要使用的方法可分為預測-分類方法、聚類方法等。其中，預測-分類方法首先從歷史數據中獲得當前時刻的狀態預測值，然后對比狀態預測值與當前時刻實際監測值。若監測值與預測值之間的差異大于一定閾值，則認為當前時刻發生異常，以此判斷是否發生泄漏事件；聚類方法將當前時刻的監測數據(或數據變化)與歷史數據進行對比分析，判斷當前時刻的數據相比與歷史數據而言是否為異常值，以此判斷是否發生泄漏事件。

然而，上述方法的不足之處在于，無法有效將泄漏事件與正常的大用戶用水、數據監測誤差等原因造成的數據變化區分開來。尤其是對于小區而言，由于用戶數量相對較少，其用水的隨機性更為明顯，更容易與泄漏事件產生的流量變化相混淆而造成誤報。如何針對泄漏事件造成的流量變化特征，量化判斷發生泄漏事件的可能性，針對性排除監測誤差、大用戶用水等情況帶來的影響，仍是已有研究中有待解決的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對目前存在的技術問題，本公開提出一種基于異常狀態估計的小區供水管網泄漏事件分級預警方法、裝置、設備及介質。

(二)技術方案

本公開的目的可以通過以下技術方案來實現：

本公開提供了一種基于異常狀態估計的小區供水管網泄漏事件分級預警方法，包括：獲取小區供水管網入口流量數據，對獲取的數據進行預處理，修復缺失值和異常值；判斷待檢測時刻的數據是否為離群值，將檢測結果映射為卡爾曼濾波器KF的輸入狀態，通過自適應異常狀態估計判斷發生泄漏事件的可能性；根據發生泄漏事件的可能性輸出不同的預警等級。

在本公開實施例中，所述獲取小區供水管網入口流量數據，對獲取的數據進行預處理，修復缺失值和異常值，包括：采用流量計獲取小區供水管網入口流量數據，將所述流量數據按時間順序重新排列，識別出數據中的缺失值，并修復缺失值；定義數據異常值檢測限N_sigma，計算出所有監測數據的平均值Qmean、標準差Q_std，定義的數據為異常值，并修復異常值。

在本公開實施例中，所述修復缺失值，包括：對于缺失值，使用前一天和后一天對應時刻的流量數據的均值對其進行修補；若前一天和后一天的數據仍為缺失，則使用最相鄰日對應時刻的非缺失數據對其進行修補。