CN103578045A - 一种供水管道健康评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供水管道领域，更具体地，涉及一种供水管道健康评价方法。其具体步骤为：采集供水管网基本指标的基础属性数据，根据属性数据确定各基本指标对应的影响因子；将爆管和泄露统计归类于管道故障，计算各影响因子的单位故障系数；根据单位故障频率计算各影响因子的权重；以各基本指标中单位故障系数最小的影响因子为参考因素，计算各基本指标中各影响因子之间的关联系数；根据各影响因子的权重和关联系数计算评价供水管道的健康度；根据评价供水管道的健康度进行健康分级，根据健康分级对待评价管道的健康状态进行评价。本发明的评价结果直观，通用性好，易于生产应用。

Description

一种供水管道健康评价方法

技术领域

本发明涉及供水管道领域，更具体地，涉及一种供水管道健康评价方法。

背景技术

目前我国城市供水管网普遍存在管网老化、维护严重滞后问题，管理水平、事故预防能力和事故快速反应能力等亟待提高，建立合理有效的供水管道健康评价系统，对管网进行健康评价，确定合理的城市供水管道维护优先顺序与维护方案，既可保障供水管网的安全，也可节省相关部门大量的人力、物力和财力。现有供水管网健康评价研究的技术成果，依然存在如下不足：

1）评价指标难以统一，没有普适性：由于不同供水管网的规模、位置、状态及已有的运行信息存在不同，现有技术对管道的评价指标选择存在着较大差异，评价指标没有统一的标准，所建立的评价系统仅能适应于特定的供水管网，普适性差。

2）现有技术中常用的老化失效概率模型的方法需要长期、多年积累的、系统历史运营数据支持，实施起来较为困难。

3)现有技术以分析其发生爆管事件的概率为主，忽视管网的泄漏影响，而泄漏是爆管事件的很重要的诱因，忽视泄漏影响导致评价结果可靠性较差。

4）现有的指标评价法在权重的确定上采用了传统的层次分析法，采用专家调查的结果进行判断矩阵的构建，容易受调查对象的主观因素、职业背景、技术水平等因素的影响。

5）现有技术对管道的评价结果缺乏合理的量化判断标准。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述不足，提供一种评价结果直观，具有通用性的供水管道健康评价方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种供水管道健康评价方法，包括如下步骤：

采集供水管网基本指标的基础属性数据，根据属性数据确定各基本指标对应的影响因子；

将爆管和泄露统计归类于管道故障，计算各影响因子的单位故障系数；

根据单位故障频率计算各影响因子的权重；

以各基本指标中单位故障系数最小的影响因子为参考因素，计算各基本指标中各影响因子之间的关联系数；

根据各影响因子的权重和关联系数计算评价供水管道的健康度；

根据获得管道健康度的统计分布规律进行正态健康分级，据正态健康分级对管道进行健康分级评价。

上述方案中，供水管网的基本指标包括管径、管材、管龄、埋深和接口方式。其中供水管网的基本指标不限于所述的几种，其可根据源数据属性扩充基本指标类型。

上述方案中，所述管径的属性数据包括管道公称直径，管径对应的影响因子为根据不同的管道直径范围所划分的数据段；

所述管材的属性数据包括钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、砼管、塑料管，管材对应的影响因子包括钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、砼管、塑料管；其中，管材的属性数据不限于所述的几种，其可根据实际源数据属性扩充、细化管材的种类；

所述管龄的属性数据包括管道敷设时间或投入使用时间，其对应的影响因子为根据管道敷设时间不同所划分的数据段；

所述埋深的属性数据包括管道的覆土厚度或埋设深度，其对应的影响因子为根据管道的覆土厚度或埋设深度不同所划分的数据段；

所述接口方式的属性数据包括焊接、胶圈、石棉水泥，其对应的影响因子包括焊接、胶圈、石棉水泥。其中，接口方式的属性数据不限于所述的几种，其可根据实际源数据属性扩充接口方式的种类。

上述方案中，将爆管和泄露统计归类于管道故障进行计算，各影响因子的单位故障系数的计算公式为：

$C_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{L_{\mathrm{ij}}}$

其中，i表示第i个基本指标，j表示第j个影响因子，ij表示第i个基本指标的第j个影响因子；单位故障系数C_ij表达某一基本指标下各影响因子的管道故障频率；P_ij表示单位时间内，在第i个基本指标中第j个影响因子所对应的管道故障次数占供水管网全部故障次数的百分数；L_ij表示在第i个基本指标中第j个影响因子条件下管道长度占整个供水管网长度的百分数。

上述方案中，根据单位故障频率计算各影响因子的权重的具体步骤为：

对单位故障系数C_ij进行标准化处理后得到对应的评价指标值r(i,j)；

计算各基本指标的样本标准差

其中，i表示第i个基本指标，j表示第j个影响因子，r(i,j)表示各影响因子对应的评价指标值，m表示第i个基本指标的影响因子数，

表示第i个基本指标下所有影响因子的评价指标值的均值；

构造判断矩阵：采用1～9级判断尺度，判断矩阵元素bij计算方式如下：

$b_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{s\left(i\right)-s\left(j\right)}{s_{\max }-s_{\min }}(b_m-1)+1,s\left(i\right)\&GreaterEqual;s\left(j\right)\\ \frac{1}{[\frac{s\left(j\right)-s\left(i\right)}{s_{\max }-s_{\min }}(b_m-1)+1]},s\left(i\right)<s\left(j\right)\end{array}\right.$

式中,i和j表示基本指标，s_min、s_max分别为{s(i)|i=1～n}的最小值和最大值；相对重要性程度参数值

min表示取小函数,int表示取整函数；

计算权重：通过构造的判断矩阵，利用层次分析法的权重计算方法进行各基本指标权重W_i的计算。

上述方案中，单位故障系数C_ij标准化处理一步进行，标准化处理得到评价指标值r(i,j)，具体计算公式为：

$r(i,j)=\frac{C(i,j)}{\&lsqb;C_{\max }\left(i\right)+C_{\min }\left(i\right)\&rsqb;}$

式中：C_max(i)、C_min(i)分别为单位故障系数集{C(i,j)}中第i个指标的最大值、最小值。

上述方案中，单位故障系数Cij标准化处理可分两步处理；其中第一步标准化处理得到评价指标值r′(i,j)，具体计算公式为：

$r\text{'}(i,j)=\frac{C(i,j)}{\&lsqb;C_{\max }\left(i\right)+C_{\min }\left(i\right)\&rsqb;}$

式中：C_max(i)、C_min(i)分别为单位故障系数集{C(i,j)}中第i个指标的最大值、最小值；

单位故障系数C_ij标准化处理的第二步，对评价指标值r′(i,j)进行归一化处理，其计算公式为：

$r(i,j)=\frac{r\text{'}(i,j)}{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}r\text{'}(i,j)},(i=\mathrm{1,2},...,n;j=\mathrm{1,2},...,m).$

上述方案中，通过灰色关联分析法计算关联系数，具体步骤为：

确定参考序列：在每一个基本指标中，单位故障系数最低的影响因子作为参考因素，该参考序列的参数以每一个基本指标内单位故障系数的最小值组成；

计算关联系数：设参考序列为A0i，以各基本指标中非最小值单位故障系数作为比较序列Aij，通过灰色关联分析法计算各基本指标中各影响因子之间的关联系数rij。

上述方案中，根据各影响因子的权重和关联系数计算评价供水管道的健康度的具体步骤为：

若某一个管道属于第i个基本指标中的第j个影响因子，其第i个基本指标的健康系数为H_ij=W_ir_ij

式中：H_ij为评价管道的健康系数；W_i为第i个基本指标所对应的权重；r_ij为在第i基本指标中第j个影响因子与最优管道的关联系数；其中，最优管道指的是状态最好的管道，取各指标中单位故障系数最小的影响因子的管道为健康最优；

通过各个基本指标中对应影响因子的健康系数，可得评价供水管道的健康度如下：

$H=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_{\mathrm{ij}}.$

上述方案中，根据获得管道健康度的统计分布规律进行正态健康分级，据正态健康分级对管道进行健康分级评价的具体步骤为：

根据健康度的分布对供水管网的健康状态进行健康分级，一个健康等级对应一个健康度范围，一个健康等级制定对应的应对措施；

采集待评价管道的基础属性数据，求取待评价管道的健康度；

根据待评价管道的健康度查找对应的健康等级，得到对应的评价结果并采取对应的应对措施。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1、本发明的评价结果直观，易于生产应用。评价结果以供水管道的健康度的形式表示，并将健康度按照一定的数值分布划分成健康等级，可以对各个等级管道的供水安全性进行评估，结合实际制定对应的维护管理措施，便于生产的应用。

2、本发明所构造的方法通用性好。该评价方法的构建依据实际供水管网的统计数据而不是人为判断，避免了受到人为主观因素的干扰，能够客观的体现管道运行事故与管道属性的规律，评价方法所需的基本指标数据是给水管网基本属性数据，构建评价系统容易实现。

3、本发明的评价指标简单，易于收集。其通过采集供水管网基本指标的属性数据来确定具体的影响因子，由于各基本指标的属性数据都可以通过供水管理部门所记录的数据获得，简单方便，而且数据的完整性和准确性能得到保障。

4、本发明在应用过程中具有后期反馈机制，可根据源数据丰富积累，可不断完善，提高准确性。该评价方法的建立以数理统计为基础，随样本资料的丰富可以提高系统的准确性，随着管网事故数据的积累，可以在使用过程中不断更新供水管网的基本指标、基本指标的对应的属性数据以及不断提高评价参数的精度，从而确保本发明具体评价方法的准确性和代表性。

附图说明

图1为本发明的一种供水管道健康评价方法具体实施例的流程图。

图2为供水管道健康评价方法对供水管网构建层次分析结构模型的示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

实施例1

如图1所示，为本发明的一种供水管道健康评价方法具体实施例的流程图。参见图1，本具体实施例一种供水管道健康评价方法的具体步骤如下：

步骤S101：采集供水管网基本指标的属性数据，根据属性数据确定各基本指标对应的影响因子。

在本具体实施例中，通过对供水管网的资料记录情况的调查，根据对数据的可采集性和完整准确性要求，选取管径、管材、管龄、埋深和接口方式五个管道的基本属性作为评价方法的基本指标，具体实施中可根据数据来源，适当扩充基本指标类型，评价方法不变。

在本评价方法中，各基本指标表示的意义为：

管径指的是供水管道公称直径DN，本实施案例以DN≧300的管道作为评价对象，管径对应的影响因子为根据不同的管径大小所划分的数据段；

管材指的是对应进行评价的供水管网系统中主要管道所使用的材料，根据本实施案例对供水管网的资料调查，管材的属性数据包括钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、砼管、塑料管，管材对应的影响因子包括钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、砼管、塑料管；

管龄是指管道敷设时间或投入使用的时间，可以以年为单位，其对应的影响因子为根据管道敷设时间不同所划分的数据段；

埋深是指管道覆土厚度或埋设深度，覆土厚度指从管外壁顶部到地面的垂直距离，埋设深度指从管内壁底部到地面的垂直距离，其对应的影响因子为根据管道的覆土厚度或埋设深度所划分的数据段；

接口方式指的是将两个独立的管道进行连接所采用的方式，其属性数据包括焊接、胶圈、石棉水泥，其对应的影响因子包括焊接、胶圈、石棉水泥。

基于上述基本指标，供水管道健康评价方法可以对供水管网构建层次分析结构模型，如图2所示，具体为：

最高层：表示本发明所要达到的目标，也叫目标层，本发明目标层为给供水管网事故影响因素权重分析；

中间层：表示采用某种措施和政策来实现预定目标所涉及的中间环节，本发明选择管径、管材、管龄、埋深和接口方式作为中间层；

最底层：表示与目标相关的若干影响因子，本研究的最底层分别为：DN=300、300<DN≤400、400<DN≤600、600<DN≤800、800<DN≤1000、1000<DN≤1200、DN>1200；钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、砼管、塑料管；0<Y≤5、5<Y≤10、10<Y≤15、15<Y≤20、20<Y≤25、y>25；H≤0.5、0.5<H≤1.0、1.0<H≤1.5、1.5<H≤2.0、H>2.0；焊接、胶圈、石棉水泥。

该层次分析结构模型能够清楚表达出供水管网所采集的数据，清楚直观，具有通用性。

步骤S102：将爆管和泄露统计归类于管道故障，计算各影响因子的单位故障系数；由于供水管网的各种属性数据记录方式不同、采取的计量单位不同以及各基本指标的内部因素在整个管网系统中的分布比例不同，为了使用于评价方法建立的数据更具有统一性，在系统构建的数据预处理中，采用单位故障系数Cij来表达某一基本指标下各影响因子的管道故障频率，具体地，各影响因子的单位故障系数的计算公式为：

$C_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{L_{\mathrm{ij}}}$

其中，i表示第i个基本指标，j表示第j个影响因子，ij表示第i个基本指标的第j个影响因子；单位故障系数C_ij表达某一基本指标下各影响因子的管道故障频率；P_ij表示单位时间内，在第i个基本指标中第j个影响因子所对应的管道故障次数占供水管网全部故障次数的百分数；L_ij表示在第i个基本指标中第j个影响因子条件下管道长度占整个供水管网长度的百分数。

如，管径为300mm的单位故障系数C₁₁表示的意义为：DN=300的管道在单位时间内，故障次数占供水管网全部故障次数的百分数P₁₁与DN=300的管道长度占整个供水管网长度的百分数L₁₁之比。

P_ij和L_ij都可以通过供水管网所记录的管道故障记录获取。如，利用我国南方某城市的大型供水管网2007～2011年的管道故障记录进行统计，其故障系数分布情况如下：

表1各基本指标的单位故障系数分布

步骤S103：根据单位故障频率计算各影响因子的权重；基本指标的权重是指各个基本指标对于管道健康的影响程度，权重越大，表示该属性对于管道健康的影响越大。本发明的评价方法中各指标的权重计算利用的是基于模糊评价矩阵的改进层次分析法，其具体实施如下：

步骤S1031：对数据进行标准处理，即将单位故障系数C_ij进行标准化处理，得到对应的评价指标值r(i,j)；为确定单个基本指标的相对隶属度的模糊评价矩阵，消除各基本指标的量纲效应，使建模具有通用性，需对样本数据集即统计的各基本指标的单位故障系数集{C(i,j)}进行标准化处理。可采用一步标准化或二步标准化。本案例中为一步标准化，具体标准处理公式为：

$r(i,j)=\frac{C(i,j)}{\&lsqb;C_{\max }\left(i\right)+C_{\min }\left(i\right)\&rsqb;}$

式中：C_max(i)、C_min(i)分别为单位故障系数集{C(i,j)}中第i个指标的最大值、最小值。

步骤S1032：计算基本指标样本标准差s(i)，用各基本指标的样本标准差s(i)反映各基本指标对综合评价的影响程度，并用于构造判断矩阵B，样本标准差s(i)的计算如下：

$s\left(i\right)={\left[\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(r(i,j)-\stackrel{\&OverBar;}{r_i})}^2}{m}\right]}^{0.5},$

其中，i表示第i个基本指标，j表示第j个影响因子，r(i,j)表示各影响因子对应的评价指标值，m表示第i个基本指标的影响因子数，

表示第i个基本指标下所有影响因子的评价指标值的均值；

步骤S1033：构造判断矩阵：采用1～9级判断尺度，判断矩阵元素b_ij计算方式如下：

$b_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{s\left(i\right)-s\left(j\right)}{s_{\max }-s_{\min }}(b_m-1)+1,s\left(i\right)\&GreaterEqual;s\left(j\right)\\ \frac{1}{[\frac{s\left(j\right)-s\left(i\right)}{s_{\max }-s_{\min }}(b_m-1)+1]},s\left(i\right)<s\left(j\right)\end{array}\right.$

式中,i和j表示基本指标，s_min、s_max分别为{s(i)|i=1～n}的最小值和最大值；相对重要性程度参数值

min表示取小函数，int表示取整函数；

根据上述的计算方法，对表1的数据进行计算，构造的判断矩阵如表2所示：

表2供水管道健康评价方法层次分析判断矩阵

步骤S1034：计算权重：通过构造的判断矩阵，利用层次分析法的权重计算方法进行各基本指标权重W_i的计算。

其中，层次分析法指的是采用两两比较的方法确定判断矩阵，然后把判断矩阵的最大特征值相对应的特征向量分量作为相应的系数，最后综合给出各方案的权重，确定各方案的优先程度。计算过程为：

（1）计算判断矩阵A各行各个元素m_i的乘积；

（2）计算m_i的n次方根；

（3）对向量进行归一化处理；

（4）该向量即为所求权重向量。

（5）一致性检验。

权重的具体计算过程为：

（1）构造的判断矩阵，具体见表2；

（2）计算各指标权重：

则各指标的权重值为：0.2051、0.3663、0.2150、0.0714、0.1423

（3）一致性检验：

${\mathrm{AW}}_i=\left(\begin{array}{ccccc}1.0000& 0.4988& 0.9352& 2.9950& 1.5834\\ 2.0050& 1.0000& 1.9357& 4.0000& 2.5884\\ 1.0693& 0.5166& 1.0000& 3.0643& 1.6528\\ 0.3339& 0.2500& 0.3263& 1.0000& 0.4147\\ 0.6315& 0.3863& 0.6050& 2.4116& 1.0000\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0.2051\\ 0.3663\\ 0.2150\\ 0.0714\\ 0.1423\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}2.5284\\ 1.8476\\ 1.0775\\ 0.3606\\ 0.7192\end{array}\right)$

${\mathrm{\&lambda;}}_{\max }=\frac{1}{5}(\frac{2.5284}{0.2051}+\frac{1.8476}{0.3663}+\frac{1.0775}{0.2150}+\frac{0.3606}{0.0714}+\frac{0.7192}{0.1423})=5.0295$

$\mathrm{CI}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }-n}{n-1}=\frac{5.0295-5}{4}=0.007375$

由表查得，当n=5时RI=1.12， $\mathrm{CR}=\frac{\mathrm{CI}}{\mathrm{RI}}=\frac{0.007375}{1.12}=0.0066<0.1,$ 于是，A通过一致性检验。

根据表2权重的计算结果如表3：

表3各指标的权重分布

由计算的结果，选取的五个基本指标对于供水管道健康度的影响大小排序为：管材>管龄>管径>接口方式>埋深。

步骤S104：以各基本指标中单位故障系数最小的影响因子为参考因素，计算各基本指标中各影响因子之间的关联系数。评价方法采用关联系数来衡量某一种影响因子与健康程度最优管道的接近程度，通过选择健康程度最优的管道因素作为参考序列，利用灰色关联法进行计算其数值，系数范围在0～1之间，关联系数越大，表明与健康程度最优管道越接近，其健康状况越好。具体如下：

步骤S1041：确定参考序列：在每一个基本指标中，单位故障系数最低的影响因子作为参考因素，该参考序列的参数以每一个基本指标内单位故障系数的最小值组成；根据表1可以知道各基本指标的参考因素，具体如表4所示：

表4各属性的参考序列构成

步骤S1042：计算关联系数：设参考序列为A_0i，其参数为以各基本指标中非最小值的单位故障系数作为比较序列A_ij，则第i个指标第j个影响因子与虚拟最优参考值的灰色关联系数计算方法为：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{\underset{i}{\min }}+{\mathrm{\&Delta;}}_{\underset{i}{\max }}\&CenterDot;\mathrm{\&rho;}}{{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{ij}}+{\mathrm{\&Delta;}}_{\underset{i}{\max }}\&CenterDot;\mathrm{\&rho;}}$

其中：Δ_ij=|A_ij-A_0i|， ${\mathrm{\&Delta;}}_{\underset{i}{\min }}=\underset{\mathrm{ij}}{\min }|A_{\mathrm{ij}}-A_{\mathrm{oi}}|,$ ${\mathrm{\&Delta;}}_{\underset{i}{\max }}=\underset{\mathrm{ij}}{\max }|A_{\mathrm{ij}}-A_{0i}|,$ ρ为分辨系数，本处取0.5。

各基本指标的关联系数计算结果见表5。

步骤S105：根据各影响因子的权重和关联系数计算评价供水管道的健康度；根据层次分析和关联分析的结果，若某一个管道属于第i个基本指标中的第j个影响因子，其第i个基本指标的健康系数为H_ij=W_ir_ij

式中：H_ij为评价管道的健康系数；W_i为第i个基本指标所对应的权重；r_ij为在第i基本指标中第j个影响因子与最优管道的关联系数；

通过各个基本指标中对应影响因子的健康系数，可得评价供水管道的健康度如下：

$H=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_{\mathrm{ij}}.$

各个基本指标对应影响因子的健康系数如表5所示：

表5评价方法健康系数分布表

步骤S106：根据评价供水管道的健康度进行健康分级，根据健康分级对待评价管道的健康状态进行评价，其具体步骤为：

步骤S1061：根据健康度的分布对供水管网的健康状态进行健康分级，一个健康等级对应一个健康度范围，一个健康等级制定对应的应对措施；

步骤S1062：采集待评价管道的属性数据，求取待评价管道的健康度；

步骤S1063：根据待评价管道的健康度查找对应的健康等级，得到对应的评价结果并采取对应的应对措施。

如，用上述的方法对我国南方某市的大型供水管网进行健康度的计算，根据健康度的分布情况，将健康度的评价结果分为五个等级，其具体分级、描述及应该采取的应对措施如表6所示：

表6供水管道健康评价结果等级及描述

应用本具体实施例的一个实例为：

以我国南方某市某某大道周围的5个供水管道为例，进行健康评价，管道的基本信息见表7。该市建立的供水管网评价系统的评价参数如表5，健康等级划分如表6所示，根据待评价管道的基本属性，由表5查出其各影响因子对应的健康系数，得出各健康系数之和，即健康度的数值，查表6可得其健康等级和对应的管理措施，评价结果见表8。

表7待评价管道信息表

表8待评价管道评价计算

从表8的结果可以得出，各管道的健康度大小顺利为：04>02>05>01>03，即管道04为最健康的，而管道03健康度最低，供水安全得不到保障，应该对其进行检测改造。

实施例2

在实施例1中，步骤S1031中数据的预处理得到的r(i,j)可采用二步标准化方法，进一步进行归一化方法，具体为：

以步骤S1031计算方法得到的评价指标值

作为r'(i,j)，单位故障系数C_ij标准化处理后对应的评价指标值r(i,j)可以通过归一化处理得到的，其计算公式为：

$r(i,j)=\frac{r\text{'}(i,j)}{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}r\text{'}(i,j)},(i=\mathrm{1,2},...,n;j=\mathrm{1,2},...,m).$

归一化结果如下：

归一化处理后，对于后续的计算结果不会有影响，但可以统一消除不同属性的量纲，直观地比较出不同属性不同元素对于管道故障的影响程度。

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供水管道健康评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集供水管网基本指标的基础属性数据，根据属性数据确定各基本指标对应的影响因子；

将爆管和泄露统计归类于管道故障，计算各影响因子的单位故障系数；

根据单位故障频率计算各影响因子的权重；

以各基本指标中单位故障系数最小的影响因子为参考因素，计算各基本指标中各影响因子之间的关联系数；

根据各影响因子的权重和关联系数计算评价供水管道的健康度；

根据获得管道健康度的统计分布规律进行正态健康分级，据正态健康分级对管道进行健康分级评价。

2.根据权利要求1所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，供水管网的基本指标包括管径、管材、管龄、埋深和接口方式。

3.根据权利要求2所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，所述管径的属性数据包括管道公称直径，管径对应的影响因子为根据不同的管道直径范围所划分的数据段；

所述管材的属性数据包括钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、砼管、塑料管，管材对应的影响因子包括钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、砼管、塑料管；

所述管龄的属性数据包括管道敷设时间或投入使用时间，其对应的影响因子为根据管道敷设时间的不同所划分的数据段；

所述埋深的属性数据包括管道的覆土厚度或埋设深度；其对应的影响因子为根据管道的覆土厚度或埋设深度的不同所划分的数据段；

所述接口方式的属性数据包括焊接、胶圈、石棉水泥，其对应的影响因子包括焊接、胶圈、石棉水泥。

4.根据权利要求1所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，将爆管和泄露统计归类于管道故障进行计算，各影响因子的单位故障系数的计算公式为：

$C_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{L_{\mathrm{ij}}}$

其中，i表示第i个基本指标，j表示第j个影响因子，ij表示第i个基本指标的第j个影响因子；单位故障系数C_ij表达某一基本指标下各影响因子的管道故障频率；P_ij表示单位时间内，在第i个基本指标中第j个影响因子所对应的管道故障次数占供水管网全部故障次数的百分数；L_ij表示在第i个基本指标中第j个影响因子条件下管道长度占整个供水管网长度的百分数。

5.根据权利要求4所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，根据单位故障频率计算各影响因子的权重的具体步骤为：

对单位故障系数C_ij进行标准化处理后得到对应的评价指标值r(i,j)；

计算各基本指标的样本标准差

其中，i表示第i个基本指标，j表示第j个影响因子，r(i,j)表示各影响因子对应的评价指标值，m表示第i个基本指标的影响因子数，表示第i个基本指标下所有影响因子的评价指标值的均值；

构造判断矩阵：采用1～9级判断尺度，判断矩阵元素b_ij计算方式如下：

$b_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{s\left(i\right)-s\left(j\right)}{s_{\max }-s_{\min }}(b_m-1)+1,s\left(i\right)\&GreaterEqual;s\left(j\right)\\ \frac{1}{[\frac{s\left(j\right)-s\left(i\right)}{s_{\max }-s_{\min }}(b_m-1)+1]},s\left(i\right)<s\left(j\right)\end{array}\right.$

式中,i和j表示基本指标，s_min、s_max分别为{s(i)|i=1～n}的最小值和最大值；相对重要性程度参数值

min表示取小函数,int表示取整函数；

计算权重：通过构造的判断矩阵，利用层次分析法的权重计算方法进行各基本指标权重W_i的计算。

6.根据权利要求5所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，单位故障系数C_ij标准化处理一步进行，标准化处理得到评价指标值r(i,j)，具体计算公式为：

$r(i,j)=\frac{C(i,j)}{\&lsqb;C_{\max }\left(i\right)+C_{\min }\left(i\right)\&rsqb;}$

式中：C_max(i)、C_mix(i)分别为单位故障系数集{C(i,j)}中第i个指标的最大值、最小值。

7.根据权利要求5所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，单位故障系数Cij标准化处理分两步进行，第一步标准化处理得到评价指标值r′(i,j)，具体计算公式为：

$r\text{'}(i,j)=\frac{C(i,j)}{\&lsqb;C_{\max }\left(i\right)+C_{\min }\left(i\right)\&rsqb;}$

式中：C_max(i)、C_min(i)分别为单位故障系数集{C(i,j)}中第i个指标的最大值、最小值；

进一步对r′(i,j)进行归一化标准化处理，得到评价指标值r(i,j)，其计算公式为：

$r(i,j)=\frac{r\text{'}(i,j)}{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}r\text{'}(i,j)},(i=\mathrm{1,2},...,n;j=\mathrm{1,2},...,m).$

8.根据权利要求5所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，通过灰色关联分析法计算关联系数，具体步骤为：

确定参考序列：在每一个基本指标中，单位故障系数最低的影响因子作为参考因素，该参考序列的参数以每一个基本指标内单位故障系数最小值组成；

计算关联系数：设参考序列为A_0i，以各基本指标中非最小值的单位故障系数作为比较序列A_ij，通过灰色关联分析法计算各基本指标中各影响因子之间的关联系数r_ij。

9.根据权利要求8所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，根据各影响因子的权重和关联系数计算评价供水管道的健康度的具体步骤为：

若某一个管道属于第i个基本指标中的第j个影响因子，其第i个基本指标的健康系数为H_ij=W_ir_ij；

式中：H_ij为评价管道的健康系数；W_i为第i个基本指标所对应的权重；r_ij为在第i基本指标中第j个影响因子与最优管道的关联系数；

通过各个基本指标中对应影响因子的健康系数，可得评价供水管道的健康度如下： $H=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_{\mathrm{ij}}.$

10.根据权利要求9所述的供水管道健康评价方法，其特征在于，根据获得管道健康度的统计分布规律进行正态健康分级，据正态健康分级对管道进行健康分级评价的具体步骤为：

根据健康度的分布对供水管网的健康状态进行健康分级，一个健康等级对应一个健康度范围，一个健康等级制定对应的应对措施；

采集待评价管道的基础属性数据，求取待评价管道的健康度；

根据待评价管道的健康度查找对应的健康等级，得到对应的评价结果并采取对应的应对措施。

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