[发明专利]一种城市供水管网DMA实时建模方法

摘要

本发明公开了一种城市供水管网DMA实时建模方法。本发明首先构建DMA管网模型及做出入口边界处理。其次将管网模型连接GIS、营收系统和SCADA系统。然后将数据进行在线预处理。最后进行实时模拟。本发明可完整地建立DMA实时模型，该模型可以充分反映供水管网动态特性，降低模型不确定度，从而大幅度提高模拟精度和动态跟踪性能。同时，以此方法为基础，可逐步建立整个城市供水管网实时模型，用于异常跟踪和定位等。

主权项

1.一种城市供水管网DMA实时建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1.构建DMA管网模型及出入口边界处理；针对选定的供水管网DMA区域，以常规的水力平差建模技术构建DMA模型，即构造满足微观管网的基本质能守恒方程：质量平衡方程：∑q(i,j)+Q_i＝0   (1)能量平衡方程H_i‑H_j＝h_k   (2)其中，q(i,j)表示与节点i相关联的节点j之间的管道流量；Q_i表示节点i的节点流量；H_i和H_j表示节点i和节点j的水头，h_k表示节点i和节点j之间的管道k的压降；对DMA管网模型进行如下出入口边界处理：①在出入水口边界节点外均添加一个节点作为虚节点，将这些虚节点基本用水量初始值设为0，其它基本属性与出入水口节点属性设为完全一致；②在每个入口虚节点外添加水库作为虚水库，添加管段，将入、出口节点与对应虚节点连接、将入口虚节点与对应虚水库连接，连接采用理想无阻力管道；步骤2.管网模型连接GIS和营收系统以OPC方式将管网模型与GIS和营收系统连接，其中，GIS数据负责动态更新模型基础信息，营收数据负责动态更新节点日基本用水量信息；按月动态更新管网模型节点基本用水量，具体是：对于任意的节点i，其包含r类用户，每类用户个数为n(i,r)；累计营收系统中节点i每类用户的前一个月的月用水总量D(i,j)：其中d(i,r m)表示节点i中的第r类中的第m个用户的月用水总量，节点i的r类用户的日用水模式序列为P(i,r,1),P(i,r,2),…,P(i,r,L)，L是用水模式序列长度值，若某用水类型长度为l，若l<L，则P(i,j,k)＝0；然后得到节点i的r类用户的日基本需水量更新值Base(i,r)：步骤3.管网模型连接SCADA系统以ODBC方式连接SCADA系统数据库，将SCADA在线数据作为模型运行的边界条件和状态参数；边界条件包括入水口压力及流量、出水口流量；状态参数包括水箱水位、水泵流量及转速，阀门压力及流量、测量管道流量、测量点压力；根据模型元素与SCADA数据库的映射关系获取在线的时间采样序列q₁,q₂,q₃,…,q_t；步骤4.数据在线预处理获取到的时间序列由于仪器原因，需要进行预处理后才能反馈回模型；其中处理方式包括：重采样、差分、插值、移动平滑、数据转换；其中重采样是去除冗余值及采样时间标准化，得到重采样后的数据q₁′,q₂′,q₃′,…,q_t′；针对累计值，需要对重采样的数据进行一阶差分；对于采样时间间隔T，出现缺值时需要进行线性插值；使用移动平滑去除时间序列中的噪声；对于双向或环流管道测量，需要确定流向后进行转换；步骤5.实时模拟①首先进行节点的需水量分配，令t时刻节点i的基本需水量为：其中base(i,s)表示节点i的第s种预分配需水量模式，K表示节点的需水量模式s的总长度，θ(s,t)表示当前时刻t对应的用水量模式乘子，由下式获得：t₀表示实时模型的运行初始时间，pst实时模型的模式起始时间，step表示需水量模式时间步长；②清除反馈点模式，并将当前时刻的边界条件和状态参数更新到反馈点；其中对于虚节点，入水口虚节点需水量大小等于对应入水口管线流量测量值大小，值设为负；出水口虚节点需水量等于对应出水口管线流量值，若出水口管线流量流向是流出方向，则虚节点流量设为正，否则设为负；③执行水力模型，并将结果存入模拟结果数据库；需要时，可以实时显示及回顾。