[发明专利]一种供水管网监测点多目标优化布置方法

说明书

本发明公开了一种供水管网监测点多目标优化布置方法，首先，对供水管网水力模型中各管段上添加的节点赋予爆管流量并依次进行爆管模拟，根据爆管状态时各节点压力变化值与背景噪音阈值的关系计算生成爆管事件判断矩阵；然后，以监测点个数最小化和爆管检测漏损量最大化为目标函数构建监测点优化布置数学模型并采用NSGA‑Ⅱ算法进行求解，从而得到不同监测点个数下的最优布置方案。本发明方法通过一次优化得到不同监测点数下的最优布置方案，极大提高计算效率。

技术领域

本发明属于供水管网水压监测点优化布置领域，具体涉及一种供水管网监测点多目标优化布置方法。

背景技术

爆管会导致水资源严重浪费，还会造成供水系统的水体污染，及时发现和修复爆管有利于社会生活、生产的正常进行。供水管网中布设水压监测点可以了解管网的实时压力，根据压力值的异常变化检测爆管是一种重要的手段。受资金等因素影响，监测点的布设数量是有限的，提高爆管检测效果是监测点优化布置的目的之一。

当前，单目标优化算法被广泛用于求解供水管网水压监测点优化布置问题。然而，单目标优化算法一次优化仅能得到某个监测点数下的最优布局，所以需要对不同监测点数的布局进行多次优化，存在工作量大、计算效率低的问题，且当监测点数较多时不利于找到全局最优解。因此，本发明提出了一种供水管网监测点多目标优化布置方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种供水管网监测点多目标优化布置方法，解决了单目标优化算法在求解监测点优化布置问题过程中工作量大、效率低的问题。

本发明采用的技术方案为：

一种供水管网监测点多目标优化布置方法，包括以下步骤：

(1)构建供水管网水力模型。

(2)MATLAB调用EPANET获取管网数据信息，然后通过Dijkstra最短路径算法计算生成节点之间最短路径矩阵。

(3)在步骤(1)构建的供水管网水力模型上对每根管段增设虚拟节点，依次赋予特定的节点流量Q。

(4)通过MATLAB调用EPANET对步骤(1)构建的供水管网水力模型中每根管段进行爆管模拟，根据爆管状态时各节点压降与背景噪音阈值的关系计算生成爆管事件判断矩阵；

(5)基于步骤(2)和步骤(4)所得的节点之间最短路径矩阵和爆管事件判断矩阵，以监测点个数最小化和爆管检测漏损量最大化为双目标函数建立数学模型。

(6)采用NSGA-Ⅱ算法进行求解，以爆管覆盖率表示布置方案的爆管监测能力。

上述步骤(3)中不同管道的爆管流量如下：

Q＝vd²π/4 (5)

式中：v为管道流速增加量；d为不同管段的直径。

上述步骤(4)中采用最新管网水力模拟软件EPANET2中压力驱动法(PDA)依次对各个管管进行爆管模拟，将爆管时各个节点的压降与背景噪音阈值的进行比较，从而生成0-1爆管事件判断矩阵[B]_m×n。

上述步骤(5)中，水压监测点优化布局目的是优先监测管径较大且较长管段的爆管，因为这些管段爆管会产生较大漏损量，严重影响管网其它节点的正常供水，因此本文以监测点个数最小化和爆管检测漏损量最大化为双目标函数建立数学模型。即

约束条件如下：