[發(fā)明專利]一種基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法

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• 申請日: 2022-01-23
• 公開（公告）號: CN114492617A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱子朋;田竣仁;龍志宏;程偉平
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州市自來水有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06Q10/06;G06F30/27;G06F30/20
• 代理公司: 廣州浩泰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44476
• 代理人: 陳明月

1.一種基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：包括解析水廠水源的供水影響，生成節(jié)點的供水來源特征，然后利用聚類算法劃分合理的分區(qū)、確定合理的分區(qū)數(shù)和分區(qū)范圍，之后根據(jù)敏感性分析對跨區(qū)的重要管道進(jìn)行識別，接著分析各個水廠的調(diào)配能力，最終得到當(dāng)前分區(qū)方案下區(qū)域間的調(diào)水效率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：利用管網(wǎng)模擬軟件對供水管網(wǎng)中的水廠水源進(jìn)行延時水力模擬，計算節(jié)點影響值；

步驟二：根據(jù)步驟一得到的節(jié)點影響值，構(gòu)建全部節(jié)點的供水來源特征；

步驟三：將步驟二得到的供水來源特征作為模型輸入，基于二分K-means聚類得到分區(qū)結(jié)果；

步驟四：從步驟三中的分區(qū)結(jié)果中提取邊界管道，計算管道對水廠影響的敏感度；

步驟五：根據(jù)步驟四得到的管道對水廠影響的敏感度，識別邊界的重要管道；

步驟六：計算水廠水源的調(diào)度能力與跨區(qū)水量調(diào)配效率。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：所述計算節(jié)點影響值包括利用粒子追蹤算法，將水廠水源作為輸入源增加流量，將節(jié)點作為輸出點計算流量增加值，得到節(jié)點的影響值。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：構(gòu)建供水來源特征包括以下步驟：

(4.1)：將水廠水源對節(jié)點的影響值數(shù)據(jù)按節(jié)點ID進(jìn)行聚合，得到每一個節(jié)點對應(yīng)的水廠影響值；

(4.2)：將節(jié)點對應(yīng)的水廠影響值轉(zhuǎn)化為節(jié)點的受水廠影響占比，以此作為節(jié)點的供水來源特征。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：步驟三中具體包括以下步驟：

(5.1)將節(jié)點的供水來源特征作為訓(xùn)練集輸入二分K-means聚類模型中，訓(xùn)練后輸出各種不同簇類的節(jié)點集合，從而得到各種不同K值的分區(qū)方案；

(5.2)利用K-SSE曲線的降速變緩點作為評估依據(jù)，結(jié)合具體的管網(wǎng)情況，確定最終的K類分區(qū)方案。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：計算管道對水廠影響的敏感度包括以下步驟：

(6.1)：將分區(qū)結(jié)果結(jié)合管道信息匹配每個管道頭、尾節(jié)點對應(yīng)的分區(qū)編號；

(6.2)：利用異或運算判斷是否管道頭尾是屬于不同區(qū)的節(jié)點，從而判斷是否為分區(qū)邊界的管道；

(6.3)：改變水廠水源的出水壓力或出水流量，按分區(qū)邊界匯總、統(tǒng)計在上述步驟中提取的邊界管道的響應(yīng)流量，作為邊界管道對水廠影響的敏感度。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：識別邊界的重要管道包括以下步驟：

(7.1)將各邊界的管線集合按照管道對水廠影響的敏感度進(jìn)行降序排列；

(7.2)使用最優(yōu)切分算法確定最優(yōu)切分點，將管線集合分為上下兩組，上組作為理論重要管道；

(7.3)驗證理論重要管道的流量是否大于該邊界總流量的85％，若小于，則切分點下移，使其包含更多的管道，直至大于85％；

(7.4)由(7.3)劃分出的管道集合作為跨區(qū)的重要管道集合。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：最優(yōu)切分算法包括將N個流量數(shù)據(jù)按照N-1個切分點分為兩部分，依次遍歷N-1個切分點；計算各個切分點的方差平方和，得到最小的切分點X，即最優(yōu)切分點。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚類的管網(wǎng)分區(qū)及跨區(qū)水量調(diào)配的方法，其特征在于：計算水廠水源的調(diào)度能力與跨區(qū)水量調(diào)配效率包括以下步驟：

(9.1)針對水廠增加1000方/小時的出水流量；

(9.2)統(tǒng)計與該水廠所在分區(qū)相鄰的分區(qū)其邊界上重要管道的供水總流量；

(9.3)計算各邊界管道的流量占比，即流量的傳遞效率；

(9.4)針對各個水廠分別繪制邊界供水效率圖。