[发明专利]一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性测算方法

说明书

本发明提供一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性测算方法，包括：加载供水管网基本水力信息和拓扑结构；设定容忍度参数范围和迭代递增量；根据容忍度参数计算节点最大水压约束条件；计算单节点崩溃的动态应急恢复机制供水管网级联鲁棒性；迭代计算初始崩溃节点范围内所有节点依次崩溃的动态应急恢复机制供水管网级联系统鲁棒性；迭代计算容忍度参数范围内所有节点依次崩溃的动态应急恢复机制供水管网级联系统鲁棒性评价矩阵；识别最优应急策略，给出应急策略优劣排序。本发明能够结合供水管网实体流属性，考虑级联失效和动态应急策略，准确计算应急策略鲁棒性，给出应急策略优先度排序。

技术领域

本发明涉及一种考虑级联动力学的供水管网动态应急恢复机制鲁棒性的测算方法，主要用于城市供水管网应急机制鲁棒性的评估中。

背景技术

级联失效是一种雪崩式的失效行为，网络中某个组件的失效会触发其它组件的次级失效。级联失效现象在大多数实际网络，如供电、互联、交通、供水等网络中是普遍存在的。级联失效通常会导致网络流的重分布。网络中某个组件失效后，其它组件出现过载情况，导致次级失效的连续产生。若没有相关的控制策略，级联失效可能传播至整个网络，大幅度削减网络的服务功能。

现有技术中，级联失效模型可以划分为基于拓扑结构的模型和基于流的模型。传统的级联失效模型为基于拓扑结构的模型，主要是针对虚拟网络，利用度数、介数来衡量节点负载。基于流的模型要求考虑网络的实体属性，考虑供给节点、需求节点和传输节点。现有技术中，在实体供水管网中的应用没有考虑到供水管网的流属性，即没有考虑供水管网的供给和需求均衡，没有涉及供水管网水压、流量动态迭代分析，没有分析供水管网的供给能力。

随着复杂度和交互强度的增加，供水管网变得更加不稳定。如何有效应对灾害，减少灾害带来的损失，是人类社会所面临的迫切需要解决的问题。现有技术中，对级联失效的模拟中，崩溃节点会立即从网络中移除，其目标在于找到脆弱度高的节点，缺少对现实生活中存在的应急响应措施的讨论。

在大多数基础设施系统中，存在一定的保护机制来保护过载节点。崩溃节点过载后不会立即从网络中移除，而是会通过一些措施进行修复并延续其服务功能。当供水管网失效发生后，外部应急力量(如抢险救灾人员、物资、车辆等)会介入到失效组件中，发挥应急效力。这些措施能够辅助修复崩溃节点，降低失效损失、促进崩溃节点恢复服务功能。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性的测算方法，该方法在级联失效模拟中考虑了供水管网的实体流属性和动态应急恢复机制，该方法能准确计算应急策略鲁棒性，并从最大连通子图尺寸、崩溃规模和级联传播速度三个维度给出测算数据，识别最有效的应急策略，给出应急策略优先度排序，为供水管网应对自然灾害或人为灾害造成的攻击提供有效的指导策略。

一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性的测算方法，提出了供水管网一种动态的带有应急恢复机制的级联失效模型。考虑供水管网实体流属性，选择节点水压为模型负载。每次迭代过程中需更新供水管网水力和拓扑结构两方面信息。计算每个崩溃节点的动态应急资源分配量，建立了供水管网负载重分配函数，并基于此修复崩溃节点、计算供水管网实际需水量。从平均分配应急资源、基于供水管网拓扑结构属性和基于供水管网实体流属性三个角度，计算并评价了带有应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性，识别最优应急策略。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性测算方法，具体步骤为：

S1、加载供水管网的拓扑结构和基本水力数据信息,建立供水管网关联矩阵；