[发明专利]一种面向爆管监测的供水管网压力监测点布置方法

说明书

本发明公开了一种面向爆管监测的供水管网压力监测点布置方法，采用基于空间密度分簇和噪音点的聚类方法分析管网处于正常和爆管工况下的节点压力敏感度矩阵，进行节点聚类，划分管网监测分区，并关注生成的噪音点，再利用改进的基于参考向量的强度帕累托进化算法求解供水管网压力监测点的优化布置模型，生成更多的可行解空间，考虑监测点与爆管工况噪音点的重复和分簇的覆盖情况，得到最终的监测点布置方案。本发明方法将聚类算法与优化算法相结合，对比分析正常和爆管两种工况，并充分考虑到聚类噪音点的特殊性，可以更为全面地对供水管网进行监测。

技术领域

本发明属于供水管网压力监测点布置领域，涉及一种基于供水管网节点聚类且面向爆管监测的压力监测点布置方法，主要用于目前供水管网监测分区和监测点布置等工作。

背景技术

供水管网是供水工程中向用户输水和配水的管道系统，爆管不仅会造成水资源浪费、降低供水企业经济效益，更会对居民生活、社会生产等造成负面影响，如何及时发现爆管情况派出维修人员减小损失，甚至在爆管前发现异常压力波动提前维护，是一项亟待解决的问题。供水管网压力监测是了解管网运行状态的最直接最有效的方式，管网管理人员不仅可以通过管网运行的水压信息来进行供水调度，同时也可以通过监测数据的数据异常来进行管网事故预警。因此在深入研究管网运行状态、掌握管网运行模式的基础上，采用科学方法，提出一套面向爆管监测的压力监测点布置方法显得至关重要。针对监测点优化布置问题，国内外学者都提出了一些方法，例如分析节点相似性，构建节点特征矩阵，再利用聚类算法对节点特征矩阵进行聚类分析，依据聚类结果最终确定压力监测点的位置和数量；或采用优化算法求解监测点优化布置模型，利用监测点的数量、位置、监测范围之间的制约关系进行优化，对监测点进行智能选取。然而现有供水管网监测点布置方法多考虑管网处于正常运行状态下，对于爆管监测的针对性不强。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种面向爆管监测的供水管网压力监测点布置方法，解决现有技术中对于爆管监测针对性不强，对供水管网监测不全面的问题。

本发明的技术方案为：

一种面向爆管监测的供水管网压力监测点布置方法，包括以下步骤：

(1)建立供水管网输配系统模拟平台，对管网的各状态变量进行模拟仿真，考察在水力条件变化时供水管网的运行情况，对模型进行压力校核；

(2)节点流量变化的确定；分析正常工况时，节点基础流量增加10％，遍历所有节点，得到正常工况的节点压力敏感度矩阵；分析爆管工况时，联立最大管道漏水模型和扩散器流量公式，得到节点爆管流量并依次添加在各个节点上，得到爆管的节点压力敏感度矩阵；

(3)建立节点压力敏感度矩阵；设管网有n个节点，在i节点处产生了ΔQi的节点流量变化值，i称为流量摄动点，i节点自身的水压变化值为ΔHi，同时全管网的其他节点水压都会受到不同的影响，其中被影响的节点j的水压变化值为ΔHj；选用ΔHj/ΔHi表示i节点流量变化对j节点水压的影响；能够引起其他节点水压变化越大，该节点越适合作为供水管网中的压力监测点；

(4)节点压力敏感度矩阵坐标为(x，y)的元素代表管网y节点发生流量变化时对x节点的影响，x节点所在的行向量代表x节点依次受到管网其他所有节点流量变化影响的趋势，行向量之间的相关性越大，即节点水压变化的相似性越大，节点间的相关性越强；将节点水压敏感度矩阵的行向量作为对象，采用基于空间密度分簇和噪音点的聚类方法进行聚类，被划分到同一簇的节点具有相似的水力条件，如果把同一簇的节点定义为一个监测分区，则同一分区内的数个监测点的压力变化就可以代表区域其他节点的压力变化；分析正常工况的节点压力敏感度矩阵可以划分日常监测分区，分析爆管的节点压力敏感度矩阵得到噪音点，噪音点是不同于其他节点压力变化的特殊点，不属于任何分簇，且噪音点之间的相似性较低，所以在噪音点附近需设置监测点，以指示是否有爆管情况；