CN104598698A - 在线构架系统以及基于在线构架的供水管网模型建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于在线构架的供水管网模型建模方法，包括：建造模型步骤，构建供水管网模型的基础结构，以获得基本供水管网模型；数据采集步骤，通过在线构架在线获取监测站监测供水信息、普通用户的具体用水信息，以及大表远传的大用户用水信息；数据处理步骤，将供水信息、具体用水信息和大用户用水信息分别写入基本供水管网模型的相应节点，得到在线供水管网模型；管网校核步骤，通过计算和调整在线供水管网模型的管段糙率，以使在线供水管网模型的运行更贴近实际供水管网。本发明通过在线构架与供水管网模型的综合应用，使得供水管网模型的运行更加贴近实际供水情况，同时能够提高供水管网模型的建造效率。

Description

在线构架系统以及基于在线构架的供水管网模型建模方法

技术领域

本发明涉及水利工程领域，尤其涉及基于在线构架的供水管网模型建模方法。

背景技术

供水管网建模是目前对仿真供水管网系统研究的最有效的方法，能够对供水系统的研究提供最有价值的信息。

供水管网建模中最主要的组成部分为数据，数据保证供水管网的搭建以及运行研究等工作的进行，这些数据按照属性的不同可以分为三类：供水管网的属性数据、运行与监测数据和其他数据。其中，供水管网的属性数据为供水管网搭建的基本信息，包括：管段、节点、设备等基本属性信息，这些信息保证了供水管网模型大体框架的建立；运行与监测数据为实际应用的供水管网在运行过程中各监测点采集到的数据，如：水量、压力的监测值和水厂泵站的水泵的调度记录，这些信息保证了模型运行时的状况更加接近于实际情况；其他参数为水泵运行曲线以及用户用水曲线等数据，这些数据保证了模型的运行能够按照实际情况处理数据，保证模型的实用性以及模型的精准性。

模型的建立过程为：通过GIS系统、CAD图纸或设计施工图纸等材料将供水管网的基本属性数据导入到供水管网模型中，建立基本的结构框架，将实际供水管网的运行监测数据导入到供水管网模型中，使模型能够运行，将现场监测的供水管网数据与具体用户的用水量数据导入到模型中，使模型更加贴近实际情况的运行，最终通过现场监测的压力、流量等数据对模型进行校验。

但目前的供水管网建模方法有一定的缺陷存在，首先模型在建立时需要大量的时间来处理建模所需要的数据，模型在运行时其数据是离线进行运行与计算的，因此随着模型运行时间的越久，模型的精度也就下降的越厉害，无法对实际供水管网的变化信息作出应有的变化，因此其在大多数时候都是仅仅用于对供水管网的操作分析和管网设计的，使其能力没有得到有效地发挥。

随着数据传输技术不断提高，传输成本不断降低，使得传感器收集数据以及数据的自动传输技术进入实用阶段，这为供水系统能在线获取供水管网最新数据，并将获取的供水管网数据传送到指定的位置。

因此，如何有效地运用数据的在线采集对供水管网的建模起到积极促进作用就成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在线构架以及基于在线构架的供水管网模型建模方法，通过搭建基础数据系统与模型，实现模型数据的在线获取，方便了模型的建立，同时也保证了模型数据的准确性。

本发明的一部分在于提供一种在线构架系统，其特征在于，包括监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统、大用户用水信息子系统和信息平台；

监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统连接信息平台，用于将各子系统中的数据传输至信息平台，使得在线构架系统中的数据能够通过信息平台进行在线采集。

监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统通过无线通讯方式连接。

监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统通过有线连接方式连接。

本发明的另一部分在于提供一种基于在线构架的供水管网模型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

建造模型步骤，根据供水管网设计施工信息数据构建供水管网模型的基础结构，以获得基本供水管网模型；

数据采集步骤，通过在线构架系统的信息平台在线获取监测站监测供水信息、普通用户的具体用水信息，以及大表远传的大用户用水信息；

数据处理步骤，将数据采集步骤在线采集的供水信息、具体用水信息和大用户用水信息分别写入基本供水管网模型的相应节点，并根据各节点上的数据信息使供水管网模型运行，得到在线供水管网模型；

管网校核步骤，根据数据采集步骤在线采集的监测站供水信息对在线供水管网模型中的模型供水信息进行校核，并通过计算和调整在线供水管网模型的管段糙率，以使在线供水管网模型的运行更贴近实际供水管网。

建造模型步骤中还包括地理信息系统，通过地理信息系统中供水管网所在地的具体信息，辅助建立基本供水管网模型。

供水信息包括管网水压、水厂供水量和管网流量。

本发明的在线构架系统以及基于在线构架的供水管网模型建模方法具有以下优点：

(1)通过在线构架系统加强了基础数据系统与供水管网模型之间的数据流通，实现了供水管网模型数据的在线获取，加快了模型的建立过程，同时也提高了模型建立的工作效率；

(2)通过在线构架系统实现基础数据的在线采集，能够将基础数据的变化能及时地反映到中，保证了模型数据的及时更新，使模型能保持准确性，避免了离线模型因为结构和参数更新不及时造成的模型精度逐渐下降进而使其不可用；

(3)通过在线构架系统与模型的相互连接，使得基础数据系统的大量监测数据得到有效的利用，应用在模型中能够有效的提高模型运行的准确性，有利于进一步提高模型精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的一个实施例的架构图；

图3是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的一个实施例的管网参数自动率定流程图；

图4是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的一个实施例的系统界面；

图5是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的一个实施例的模型运行状态图；

图6是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的另一实施例的系统界面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本实施例的在线构架系统中，包括监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统、大用户用水信息子系统和信息平台；

监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统连接信息平台，用于将各子系统中的数据传输至信息平台，使得在线构架系统中的数据能够通过信息平台进行在线采集。

具体的，将监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统通过有线连接方式或无线通讯连接方式连接至信息平台，使各子系统中的数据能够有效的传输至信息平台，提高相互独立的系统中数据的利用率，使得系统中的数据能够自信息平台通过无线通讯和有线连接的方式进行在线采集，既保证在线采集数据的快速性，又能保证数据的准确性。

进一步的，信息平台将在线构架系统中各子系统中的数据传输、接收后，对数据进行分类处理，能够明显的展示出供水情况、普通用户用水情况和大用户用水情况的运行、变化等情况。

如图1和图2所示，本实施例的基于在线构架的供水管网模型建模方法可以包括以下步骤：

建造模型步骤101，根据供水管网设计施工信息数据构建供水管网模型的基础结构，以获得基本供水管网模型。

具体的，通过供水管网的设计施工信息图进行供水管网模型的建立，将CAD图纸、设计施工图纸等供水管网结构相关信息导入到供水管网模型中，同时可通过地理信息系统辅助供水管网模型的建立，最终得到的供水管网模型由于只有供水管网的构架，而没有供水管网的相关运行数据，因此称为基本供水管网模型。

数据采集步骤102，通过在线构架系统的信息平台在线采集监测站监测供水信息、普通用户的具体用水信息，以及大表远传的大用户用水信息。

具体的，通过在线构架系统的数据基础，以在线采集方式采集监测站监测到的供水管网供水信息，普通用户的具体用水信息，并且通过大表远传方式在线采集大用户用水信息，并对采集到的相关信息进行传输。

在线采集相关信息能够实现采集到的相关信息真实有效，确保了供水管网模型中的数据有实际数据基础，保证供水管网模型的准确性、有效性。

数据处理步骤103，将数据采集步骤102在线采集的供水信息、具体用水信息和大用户用水信息分别写入基本供水管网模型的相应节点，并根据各节点上的数据信息使供水管网模型运行，得到在线供水管网模型。

具体的，数据采集步骤102在线采集到的供水信息、具体用水信息和大用户用水信息分别写入到基本供水管网模型中相应的节点上，得到在线供水管网模型，在线供水管网模型能够通过在线构架来获取实际供水管网中相关的供水数据等信息，能够有效的减少模型建立的过程中所需数据处理的过程，提高模型建立的效率，同时由于在线构架中的供水信息、具体用水信息和大用户用水信息为实际数据，保证了在线供水管网模型能够保证准确性。

管网校核步骤104，根据数据采集步骤103在线采集的监测站供水信息对在线供水管网模型中的模型供水信息进行校核，并通过计算和调整在线供水管网模型的管段糙率，以使在线供水管网模型的运行更贴近实际供水管网。

具体的，通过在线获取的监测站监测水量信息，包括管网水压、水厂供水量和管网流量等信息，以及在线供水管网模型的运行的模型供水信息进行在线供水管网模型的校验，并对在线供水管网模型进行变动调整，使在线供水管网模型运行的更加符合实际供水管网的运行，运行精度更高。

通过在线获取的实际供水管网供水信息等，能够快速的发现实际供水管网中产生的变动等情况，并根据实际供水管网中数据信息的变化控制在线供水管网模型中的管段糙率，以此来控制在线供水管网模型的运行情况，能够使在线供水管网模型的运行更加贴近实际供水管网的运行情况，使在线管网模型更具真实性。

在在线供水管网模型中，通过管段糙率来控制供水管网模型的运行，能够更加快速的实现对供水管网模型的变动调整，保证供水管网模型的准确性。由于计算管段糙率涉及到大量的计算，由人工计算较复杂，通过在线供水管网模型在线获取相关数据信息后，由在线供水管网模型进行自动计算管段糙率，结果更加准确，有效的保证了供水管网模型更加符合实际供水管网的情况，使在线供水管网模型运行的更加准确。

进一步的，本实施例中对管段糙率的率定方法采用计算机自动率定的方法进行计算，其自动率定的具体流程如图3所示；对于管段糙率系数的计算，可采用现有的现代优化算法进行求解，如RSA算法、禁忌搜索算法、模拟退火算法、遗传算法、神经网络算法、蚁群算法、拉格朗日松弛算法、粒子群优化算法、人工免疫算法、文化算法、Memetic算法、LocalSearch算法及其变种算法或多种启发式算法的集成等。

例如，RSA算法在参数求解中的具体步骤为：首先生成[0,1]区间上的符合某种分布的随机数序列u_i，然后根据模型参数的取值区间，把u_i转换成模型所需要的随机变量序列x_i，最后把得到的参数随机序列应用到模型中，并计算模拟值与监测值差值平方，评估该组参数的优劣，根据误差的大小排序，选取较小误差对应的参数组合作为最终管网参数的求解结果。

本实施例的具体结构如图2所示：

本实施例根据具体构架可将其模型构架可分为三层，即数据库层、用水分配层和模型校验层。

其中，数据库层包括水厂监控数据、管网监控数据、营销数据和地理信息。

用水分配层包括大用户用水分配、一般用户用水分配、水量分配。

模型校验层包括模型的校验和压力流量的监测数据。

通过水厂监控信息监测水厂的管网供水情况以及水量的分配；营销数据即各普通用户用水量的数据，通过各普通用户用水量的不同辅助管网的水量分配，使供水管网的水量分配更加精准；通过管网监控数据对管网中水量以及水压进行在线监测；地理数据包括整个供水系统的供水管网信息，通过具体供水管网的数据来建立供水管网的模型，同时通过供水管网对管网压力以及水量的监控数据对建立的模型进行校验，以完成供水管网模型的建造。

同时，通过建立起来的供水管网模型运行计算，由于模型中的数据为通过在线构架在线采集来的数据，使模型的运行以实际数据为基础，在运行过程中，在线数据采集让供水管网模型能够快速的发现实际供水管网中出现的变动等，并对模型的供水管网管段糙率进行在线率定，通过管段糙率调整供水管网模型中的运行情况，使对供水管网模型的控制更加精确，同时通过在线采集到的监控数据对供水管网模型进行有效的校验，保证供水管网模型的正确有效性。

本实施例的基于在线构架的供水管网模型建模方法能够使建立的供水管网模型更加符合实际情况，满足对供水管网模型更加精准的控制，从而实现供水管网模型的实际应用更加贴近实际情况。

图4是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的一个实施例的模型构架图；图5是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的一个实施例的模型运行状态图。

如图4和图5所示，图4为本发明的一个实施例江阴市供水管网水力学模型系统的模型框架图，图5为图4对应的供水管网监测数据图。

本实施例针对江阴市城区1000余公里的供水管网建立模型，覆盖日供水量90万吨。项目采用在线模型技术，将企业大用户在线监测、营销数据客户数据、水厂监测等数据与模型进行了无缝挂接，模型在不断运行和应用中保持了良好的精度，同时对该市供水管网系统的规划设计、科学调度、工程改造、应急处置等方面得到了积极有效的促进应用，实现了更加智能和科学的给水运行管理。

图6是本发明的基于在线构架的供水管网模型建模方法的另一实施例的模型构架图。

如图6所示是本发明一个实施例镇江市供水管网模型系统的框架图。

本实施例针对镇江市主城区及附近乡镇1300余公里的供水管网建立模型系统，覆盖日供水量42万吨。在此项目中，供水管网共划分为四个区域分别构建模型，每个模型均采用在线模拟技术，将在线监测系统、营销数据、资产系统等与模型建立链接，同时采集泵站运行记录，完成了管网的带泵模拟系统，为该供水管网的系统后期优化调度提供了支持，提高了对该供水管网运营、管理与调度的科学支持水平。

本实施例通过在线构架系统与供水管网模型对实际供水管网系统进行在线监控，通过监控数据对供水管网模型进行相应的调整，同时通过在线获取实际供水管网中的相关数据来校验供水管网模型，保证了供水管网模型建立的高效性与精确性，同时使供水管网模型的运行更加符合实际情况。

本发明的在线构架系统以及基于在线构架的供水管网模型建模方法通过在线构架系统加强了基础数据系统与供水管网模型之间的数据流通，实现了供水管网模型数据的在线获取，加快了模型的建立过程，同时也提高了模型建立的工作效率；通过在线构架系统实现基础数据的在线采集，能够将基础数据的变化能及时地反映到中，保证了模型数据的及时更新，使模型能保持准确性，避免了离线模型因为结构和参数更新不及时造成的模型精度逐渐下降进而使其不可用；通过在线构架与模型的相互连接，使得基础数据系统的大量监测数据得到有效的利用，应用在模型中能够有效的提高模型运行的准确性，有利于进一步提高模型精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种在线构架系统，其特征在于，包括监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统、大用户用水信息子系统和信息平台；

所述监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统连接所述信息平台，用于将各子系统中的数据传输至所述信息平台，使得在线构架系统中的数据能够通过所述信息平台进行在线采集。

2.根据权利要求1所述的在线构架系统，其特征在于，所述监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统通过无线通讯方式连接。

3.根据权利要求1所述的在线构架系统，其特征在于，所述监测站监测子系统、普通用户用水信息子系统和大用户用水信息子系统通过有线连接方式连接。

4.一种基于在线构架的供水管网模型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

建造模型步骤，根据供水管网设计施工信息数据构建供水管网模型的基础结构，以获得基本供水管网模型；

数据采集步骤，通过所述在线构架系统的信息平台在线获取监测站监测供水信息、普通用户的具体用水信息，以及大表远传的大用户用水信息；

数据处理步骤，将所述数据采集步骤在线采集的所述供水信息、具体用水信息和大用户用水信息分别写入所述基本供水管网模型的相应节点，并根据各节点上的数据信息使供水管网模型运行，得到在线供水管网模型；

管网校核步骤，根据数据采集步骤在线采集的监测站供水信息对在线供水管网模型中的模型供水信息进行校核，并通过计算和调整在线供水管网模型的管段糙率，以使在线供水管网模型的运行更贴近实际供水管网。

5.根据权利要求4所述的基于在线构架的供水管网模型建模方法，其特征在于，所述建造模型步骤中还包括地理信息系统，通过所述地理信息系统中供水管网所在地的具体信息，辅助建立基本供水管网模型。

6.根据权利要求4所述的基于在线构架的供水管网模型建模方法，其特征在于，所述供水信息包括管网水压、水厂供水量和管网流量。