[发明专利]基于监测点聚类和异常区域重心法的供水爆管定位方法

说明书

本发明公开了一种基于监测点聚类和异常区域重心法的供水爆管定位方法。本发明首先计算监测点管道距离。其次对管网监测点进行聚类分析。然后计算爆管事件时监测点压力变化。最后进行爆管定位。本发明方法采用聚类划分监测点及其子区域，缩小监控范围；再采用异常区域重心法快速定位，提高定位精度。本发明方法由数据驱动，过程简单，定位速度快，具有实用性。

技术领域

本发明属于城市供水管网领域，涉及供水管网的漏损定位，具体是一种基于监测点聚类和异常区域重心法的供水爆管定位方法。

背景技术

近年来，国内学者针对管网爆管定位问题进行了大量的研究，在解决爆管定位问题上主要采用基于全频域爆管定位法、基于SCADA数据爆管定位法和基于机理模型爆管定位法等。各种爆管定位方法解决问题的出发点有所不同，在爆管定位问题上都有一定的成效，对在爆管定位问题的研究上具有深刻借鉴意义，但各种爆管定位方法也存在自己的不足和局限性。

文献[1]采用基于全频域爆管定位方法对管网中的异常事件进行侦测定位，其方法虽然精度高，但是“快速开关阀门产生激励信号”条件苛刻，且只能检测单管，局限性大。文献[2]利用基于SCADA数据对管网中的爆管事件进行定位，虽然其定位简单速度快但定位误差较大。文献[3]采用基于机理模型对管网中的爆管事件进行定位，对模型依赖较大，虽然定位准确但是定位过程复杂，且速度慢。

参考文献：

[1]郭新蕾，杨开林，郭永鑫，等.管道泄漏检测全频域法试验验证及抗噪性研究[J].水利学报.2011,39(6):713-720.

[2]程伟平，赵丹丹，许刚，等.供水管网爆管水力学模型与爆管定位[J].浙江大学学报(工学版).2013,47(6):1057-1062.

[3]王丽娟.城市供水管网漏损控制研究[D].天津大学,2010.

[4]徐哲、李宏伟、熊晓锋、何必仕、陈晖，201610385376.8一种供水管网异常侦测方法，授权发明专利。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方法中的不足，提出基于监测点聚类和异常区域重心法的供水爆管定位方法，实现对供水管网爆管的快速准确侦测定位，降低爆管对供水系统及城市道路造成的危害。

为实现以上目的，本发明采取以下步骤：

步骤1计算监测点管道距离

采集供水管网中N个监测点的坐标{(X₁,Y₁),(X₂,Y₂),…(X_n,Y_n)},其中n＝1,2,3…N；并根据GIS中管道拓扑连通性计算监测点的管道距离Lij。

两监测点地理位置近，不等于管道距离短。两监测点如有多路连通，以距离短的为准。

步骤2对管网监测点进行聚类分析

根据监测点之间的管道距离Lij对管网中的监测点进行K均值聚类分析，将管网划分为多个子区域，并确定位于每个子区域中的监测点(至少3个)，步骤如下；

(1)从数据中选择k(2≤kN/3)个对象作为初始聚类中心；

(2)计算每个聚类对象到聚类中心的距离，并用来划分聚类；

(3)再次计算每个聚类中心；

(4)计算标准测度函数，直到达到最大迭代次数，则停止，否则，继续操作。

步骤3计算爆管事件时监测点压力变化