[发明专利]一种基于图论的长距离输水系统气液两相流流型识别方法

摘要

一种基于图论的长距离输水系统气液两相流流型识别方法，属于长距离输水系统供水安全分析技术领域，能够实现气液两相流流型的识别。首先，提取压力信号得到时间序列曲线，根据时间序列曲线上的波峰宽度将其分割为若干个窗口，将每个窗口内压力信号值的平均值作为一个节点，并按大小进行降序或升序重排序。其次，根据节点和节点之间是否产生连接构建复杂网络图。最后，根据复杂网络结构图的统计特征反映流型变化趋势。本发明不需要高昂的实验监测设备和复杂的压力信号处理技术，能够以图论的方式简单直观的判断真实输水管道(不透明管道)中的气液两相流流型，并能够依据一些指标的定量动态特征预测流型变化趋势，为输水管道的安全运行提供指导意义。

主权项

1.一种基于图论的长距离输水系统气液两相流流型识别方法，其特征在于，通过以下步骤实现气液两相流流型识别：(1)信号提取及前处理从压力管道上的压力传感器处取得压力信号，得到的压力信号图即为一个时间序列曲线；根据时间序列曲线上的波峰宽度将其分割为若干个窗口，计算每个窗口内压力信号值的平均值，每个平均值作为一个节点；将每个节点按照其对应的平均值大小进行降序或升序进行重排序，降序重排后的节点从前到后对应的是相应压力信号段中反映的含气率从小到大，升序重排后的节点从前到后对应的是相应压力信号段中反映的含气率从大到小；根据压力信号值的升降趋势反映气液两相流中气体含量变化；(2)构建和分析复杂网络结构图根据节点和节点之间是否产生连接构建复杂网络图；依据重排序后的节点，任取节点(i)和节点(j)，根据如下公式判断两者之间是否产生连接：D_ij＝|M(i)‑M(j)|,0≤i≠j≤n                (1)其中，M(i)表示节点(i)对应的平均值，M(j)表示节点(j)对应的平均值，n表示产生节点的数量；如(2)式所示，当E_ij为1时，节点(i)和节点(j)产生连接；当E_ij为0时，节点(i)和节点(j)不产生连接；所述系数a用来保证复杂网络计算结果的合理性和鲁棒性，取0～1之间的自然数，取值在a邻域内都能生成类似的结果；并且每一种气、水两相流流型对应着相似的复杂网络图；(3)根据复杂网络结构图的统计特征反映流型变化趋势复杂网络图可以以图论的方式直观的表示真实输水管道中气液两相流的流型特征；对于特定流型的动态变化特征可以预测流型的变化趋势；利用模块度Q、图密度G和平均路径长度l_G三个指标分别分析流型的演变趋势：首先利用模块度Q、图密度G和平均路径长度l_G三个指标定量分析每种流型对应的复杂网络图的统计特征，具体公式如下：其中，如果节点(i)和节点(j)产生连接，则A_ij为1；如果节点(i)和节点(j)不产生连接，则A_ij为0；为整个复杂网络中所产生的所有连接数；n为产生的节点总数；k_i＝∑_jA_ij代表和节点(i)有关的连接总数，k_j＝∑_iA_ij代表和节点(j)有关的连接总数；c_i为节点(i)所在的社区，c_j为节点(j)所在的社区，如果节点(i)和节点(j)属于同一社区，δ(c_i,c_j)为1；如果节点(i)和节点(j)不属于同一社区，δ(c_i,c_j)为0；当节点(i)和节点(j)不相连接时，d(n_i,n_j)为0，当节点(i)和节点(j)直接连接时，d(n_i,n_j)为1；当节点(i)和节点(j)不直接连接但可通过其他节点为媒介产生联系时，d(n_i,n_j)为节点(i)到节点(j)的最短路径长度，每经过一个连接d(n_i,n_j)的值加1。