[發明專利]基于污染概率的供水管網污染監測傳感器多目標布置方法

在審

• 申請號: 202111073010.4
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113887000A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 胡祖康;陳蓓青;鮑小龍;樓仁有;徐紅新;譚德寶;沈定濤;葉松;夏煜;王珺珂;王瑩;李琳
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院;義烏市水務建設集團有限公司
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06K9/62
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

本發明提供一種基于污染概率的供水管網污染監測傳感器多目標布置方法，包括：步驟1、對供水管網各個節點發生污染物入侵的情況進行模擬，得到各種污染事件對供水管網的影響；步驟2、根據各個節點發生污染對供水管網的影響，得到各個節點的污染概率；步驟3、基于多目標優化方法，得到各個污染概率下的帕累托前沿解；步驟4、采用多準則決策聚類分析方法，對各種污染概率下的帕累托前沿解進行聚類與排序，得到不同情形的各個聚類的最優方案，利用管網發生污染物入侵后對管網的影響對各種最優方案進行比較與分析。本發明在對傳感器進行優化布置時考慮了節點污染概率的變化，可獲得污染物入侵時對管網影響最小的傳感器布置方案。

技術領域

本發明涉及城市供水管網傳感器優化布置，具體是一種基于污染概率的供水管網污染監測傳感器多目標布置方法。

背景技術

供水管網是很重要的城市基礎設施，它為居民提供安全飲用水。由于其分散的空間結構，供水管網各個節點容易發生污染物入侵風險。為了保障供水安全，需要為供水管網建立安全有效的監測系統，對污染物入侵進行有效地識別。而監測系統的準確性與傳感器布置的數量和位置密切相關，為此，對傳感器進行優化布置是實現污染物入侵有效識別地前提。

傳感器優化布置涉及傳感器數量和位置地選擇，增加傳感器的數量能夠縮短污染物入侵的檢測時間和提高定位精度。盡管傳感器數量的增加能夠顯著提高監測系統的性能，在工程應用中，考慮到傳感器的安裝和維護成本，通常需要在傳感器數量和監測系統的性能之間做出權衡。針對該問題，大多數方法采用多目標優化方法對傳感器進行布置，例如使檢測時間更短、污染事件檢測數量更多、傳感器數量更少以及使污染事件造成的影響更小等。

供水管網由于不同區域人口密度、用戶屬性等不同，使得各個節點發生污染物入侵的概率明顯不同。由于傳感器數量有限，通常很難完成對所有污染事件的檢測，而在傳感器優化布置時考慮節點污染概率的變化有助于建立一個有效的監測系統。然而，當前的傳感器優化布置方法很少考慮節點污染概率的變化。有少數方法在傳感器優化布置時考慮了節點污染概率的變化，例如基于節點需求得到污染概率、基于特殊用戶的位置等，但是這些方法沒有考慮到供水管網各個節點發生污染的風險等級是不同的。如果在對傳感器進行優化布置時不考慮各個節點發生污染物入侵后的影響(將導致各個節點污染概率相同)，則會忽略一些高污染后果的污染事件檢測，這顯然跟布置傳感器的初衷是相違背的。

此外，這些方法得到的傳感器優化布置方案通常將傳感器布置在對水質變化最敏感的管網節點上，稱之為“傳感器網絡靈敏度最大化”。然而，供水管網中一些高靈敏度點通常分散在一個相對集中的區域，這種聚集效應導致了傳感器網絡的信息冗余。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明提出一種考慮污染事件概率變化的傳感器多目標優化布置方法，在對傳感器進行優化布置時考慮了節點污染概率的變化，可獲得污染物入侵時對管網影響最小的傳感器布置方案。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種考慮污染事件概率變化的傳感器多目標優化布置方法，包括如下步驟：

步驟1、對供水管網各個節點發生污染物入侵的情況進行模擬，得到各種污染事件對供水管網的影響；

步驟2、根據各個節點發生污染對供水管網的影響，得到各個節點的污染概率；

步驟3、基于多目標優化方法，得到各個污染概率下的帕累托前沿解；

步驟4、采用多準則決策聚類分析方法，對各種污染概率下的帕累托前沿解進行聚類與排序，得到不同情形的各個聚類的最優方案，利用管網發生污染物入侵后對管網的影響對各種最優方案進行比較與分析。

進一步的，步驟1中對供水管網的影響包括對管網節點和管道的影響。

進一步的，所述步驟1具體包括：