[发明专利]一种基于地统计空间分析理论的供水管网无监测节点压力确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及供水管网无监测节点压力确定方法，通过本方法有助于对管网水力监测数据不足情况下的数据拓展，可为管网优化调度以及漏损检测提供技术支持，属于城市供水管网水力分析、管网调度及漏损检测领域。

 

背景技术

供水管网安全稳定运行关系到城市居民的正常生活、城市企业的正常生产，公共设施的安全运行与城市消防安全等。近年来，随着计算机技术的迅速发展，正逐步建立起供水管网的水压或流量自动检测系统，即SCADA（Supervisory  Control And Data Acquisition)系统，该系统利用传感器对供水管网一些重要节点的水压和流量进行自动实时监测，并采用无线或有线的传送方式定时将水压和流量信号传回控制中心用于分析管网的水力状态。但是由于经济与维护等原因，布设的压力监测点数量通常都远少于管网的节点数量，所以准确的掌握并模拟管网的水力状态除了依赖于管网中有限的水压或流量监测点外，采用有效的水力状态分析方法对获得的数据进行拓展也尤为重要。

管网水力状态分析方法可分为微观法和宏观法两类。其中，基于“黑箱理论”的宏观法因其简单可行一直是管网水力状态分析的主要方法，该方法不考虑配水系统结构的复杂性，仅考虑系统中几个主要的输入输出变量，如泵站供水量、供水压力及测压点的压力等，在这些数据基础上，采用统计建模的方法，对供水管网运行状态进行宏观模拟。目前宏观法模型主要包括：比例时段管网模型和分时段比例供水管网宏观模型、配水管网等效网络模型以及基于神经网络法建立的管网宏观模型等。

比例时段管网模型假定供水管网在供水周期中各个时间段的供水量占管网总水量的比例不变，并且管网中任何一个水厂的出水压力与管网所有节点总用水量及其他水厂有关。由于我国大部分城市工业供水与居民供水混合供给，节点用水量与总用水量比例关系不确定，比例时段管网模型不适于我国的城市供水管网。   

分时段比例供水管网宏观模型是对比例时段管网模型的改进，模型将一天作为一个供水周期，并将一个供水周期分为几个时段，假定各个时段内节点流量比例一定。分时段比例管网宏观模型解决了节点用水量占总用水量的比例问题，但建立不同时段的模型，加大了工作量和模型的复杂程度，并且忽略了季节的变化以及节假日对用水量比例波动产生的影响，划分时段的比例宏观管网模型需要不断进行校核和修正,模型较为繁琐。

配水管网等效网络模型不仅考虑了管网各水厂的供水压力和供水量，而且也考虑了管网各节点压力分布及其相互间的影响和内在联系，利用有限的反应管网分布状况的监测点和泵站节点，构造了一个简化的等效网络。模型引入了供水管网中监测点的实时信息，能够反映和预测管网的实际运行状态，模型准确性有所提高。

神经网络模型是一种模拟动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的数学模型。基于神经网络法建立的管网宏观模型是以供水管网中供水泵站供水压力、管网供水量和管网中压力监测点的压力以及其他能够获的管网属性变量作为其输入和输出，通过已经获得的大量输入和输出数据，训练一个隐性的网络，该隐形网络能够在数值上模拟从已知变量得到未知变量，即输入供水量和其他已知变量后，可以输出与其相对应的监测点压力。神经网络模型的优点在于模拟非线性映射能力较强，但对供水管网进行宏观工况模拟时，完全避开供水系统管网结构，造成它模拟精度不高。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种计算精度高，可行性强的基于地统计空间分析理论的供水管网无监测节点压力确定方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于地统计空间分析理论的供水管网无监测节点压力确定方法，选取供水管网水源泵站节点及其它带有压力监测设备的节点的压力作为已知压力，然后基于已知节点压力采用泛克里格插值法对无监测节点压力进行插值计算，从而得到供水管网无监测点的节点压力；插值计算时，用节点间压力的相对变化替代泛克里格插值法中的欧氏距离。

其具体步骤为：

1）节点之间关系大小的表征：

利用供水管网的设计参数计算所有节点间压力的相对变化，用设计压力相对变化大小表征两个节点空间之间的关系；

2) 泛克里格插值法变异函数的求取：