CN110874803B - 水务决策辅助分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的水务决策辅助分析系统,所述数据接收模块接收现场相应传感器检测的给水泵站运行参数数据以及水塔的水位数据,对异常数据进行修正,并采用数据补插法对缺失数据进行处理,提高数据的精度、完整性,处理后数据采用归一化方式进行量化,之后进入趋势预测模块,采用趋势外推法预测给水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势,预测漏水发生、水泵运行故障的可能性,便于及时发现漏水、水泵运行故障;所述决策辅助模块根据给水管网的给水量差值、泵运行状态的变化趋势校正泵的功率,根据泵运行状态的变化趋势作出泵的功率损耗分析、水量差值趋势作出水量损耗分析,并以货币单位量化管道、泵的维修或更换,实现设备管理的效益最大化。
Description
技术领域
本发明涉及水务技术领域,特别是水务决策辅助分析系统。
背景技术
给水泵站的水泵、管道及电机、水塔是给水管网的主要组成部分,给水管道经过年久失修或者人为操作会出现漏水情况,这些漏掉的水仍然会给供水公司造成经济损失,水泵也会因使用老化(机械磨损产生漏失和阻力增大、水头损失等)、供电电网不稳等影响泵的效率,现有的漏水检测、水泵运行参数监测是依赖检测人员进行检测,漏水量少或水泵运行故障初期难以发现,且供水公司在开展检修、设备更换的同时,也必须权衡设备的检修、更换成本,实现设备管理的效益最大化,因此需提供水务决策辅助分析系统实现远程监测、预测,为设备状态检修策略提供辅助的理论依据量化经济价值,实现设备管理的效益最大化。因此本发明提供一种的新的方案来解决此问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明之目的在于提供水务决策辅助分析系统,能预测水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势,作出水量损耗和功率损耗分析,以货币单位量化管道、泵的维修或更换,实现设备管理的效益最大化。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:包括服务器,所述服务器包括数据接收模块、趋势预测模块、决策辅助模块,其特征在于,所述数据接收模块用于接收现场给水泵站相应传感器检测泵的运行参数数据-流量、流速、压力以及水塔的水位数据,对异常数据进行修正,并采用数据补插法对缺失数据进行处理,处理后数据采用归一化方式进行量化;
所述趋势预测模块接收数据接收模块量化后数据,采用趋势外推法预测给水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势;
所述决策辅助模块根据给水管网的给水量差值、泵运行状态的变化趋势校正泵的功率,根据泵运行状态的变化趋势作出泵的功率损耗分析、水量差值趋势作出水量损耗分析,并以货币单位量化管道、泵的维修或更换。
由于以上技术方案的采用,本发明与现有技术相比具有如下优点:
1,对异常数据进行修正,并采用数据补插法对缺失数据进行处理,能提高数据的精度、完整性,处理后数据采用归一化方式进行量化,以便于不同形式输出信号能够进行比较、处理;
2,量化后数据,采用趋势外推法预测给水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势,预测漏水发生、水泵运行故障的可能性,便于及时发现漏水、水泵运行故障,并可根据变化趋势校正泵的功率、作出水量损耗和功率损耗分析,以货币单位量化管道、泵的维修或更换,实现设备管理的效益最大化。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的数据接收模块工作步骤流程图。
图3为本发明的趋势预测模块工作步骤流程图。
图4为本发明的决策辅助模块工作步骤流程图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效,在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容,均是以说明书附图为参考。
为了验证本方法的可行性以及实际使用的效果,下面进行举例分析验证本方法。
实施例一,水务决策辅助分析系统,包括服务器,所述服务器包括数据接收模块、趋势预测模块、决策辅助模块,所述数据接收模块用于接收现场给水泵站相应传感器检测泵的运行参数数据-流量、流速、压力(具体可通过型号为HY-LW水流量传感器检测流量,输出脉冲频率信号、型号为DMF的超声波多普勒流速仪检测流速、型号为AST的压力传感器,检测压力)以及水塔的水位(具体可通过型号为WL400的水位传感器进行检测,其自带动态温度补偿系统,充分保证在宽温度范围下的测量精度:恒定温度±0.1%,),输出信号为4-20mA适用于各种数据采集器、监控和显示设备,输出信号4-20mA或0.5-2.5V DC)数据,由于传感器检测的信号经传输过程中衰减、以及受其他电冲击的影响,会使信号的幅度发生偏差不在正常信号输出范围之内,甚至丢失,需对异常数据进行修正,并采用数据补插法对缺失数据进行处理,处理后数据采用归一化方式进行量化,以便于不同形式输出信号(4-20mA、0-5V、脉冲频率信号)能够进行比较、处理;
所述趋势预测模块接收数据接收模块量化后数据,采用趋势外推法预测给水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势,也即通过实时的监测水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势,预测漏水发生、水泵运行故障的可能性,便于及时发现漏水、水泵运行故障;
所述决策辅助模块根据给水管网的给水量差值的变化趋势、泵运行状态的变化趋势校正泵的功率,以满足水塔的给水量,根据泵运行状态的变化趋势作出泵的功率损耗分析、水量差值趋势作出水量损耗分析,并以货币单位量化管道、泵的维修或更换,为设备状态检修策略提供辅助的理论依据量化经济价值,实现设备管理的效益最大化。
进一步地,所述数据接收模块对数据进行处理、量化的步骤为:
1,获取20S内每隔5S的泵的运行参数数据:流量、流速、压力,水塔的水位数据4个样本集数据:LLn、LSn、YLn、BCn,其中n=1,2,3,4;
2,通过判断样本集数据是否在允许范围内,逐个判断是否为异常值;
3,异常值高于允许范围上限或低于允许范围下限时,用最大值进行修正;异常值低于允许范围下限时,用最小值进行修正;
4,通过对前后两个数据的差值是否与前后任一个数据相等,来判断是否为空值;
5,是,采用最近邻点差值法进行补插,否,返回步骤2,直至判断均不为空值,执行步骤6;
6,将数据与允许范围上限数据相除进行归一化处理,使数据变为0-1之间的小数。
进一步地,所述趋势预测模块接收数据接收模块量化后数据,采用趋势外推法预测给水管网的给水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势的步骤为:
1,根据传感器检测的给水泵站的实际流量、流速、压力,根据泵的扬程与压力的比例关系修正泵的扬程,根据泵的功率与扬程、流量(进一步根据与流速的关系计算,再均值处理来修正)的关系计算出泵的功率,根据出水量与功率的关系计算出给水管泵应给水量(具体的计算为现有现有,在此不再详述),根据水塔的水位数据得出实际给水量,两者减法计算得出水量差值slcn,其中n=4;
2,计算出变化率Bhln,由Bhln=slcn/[(slcn-1+slcn-1+slcn-1)/4];
3,采用线性外推法Y=a+bt预测给水量差值趋势,其中Y表示趋势值,a表示截距,前后采样两次的趋势值,b表示变化率,t为时间,将数据代入,生成预测数据;
采用指数外推法Y=abt预测泵运行状态的变化趋势,其中Y表示趋势值,a表示截距,b表示变化率,t为时间,将数据代入,生成预测数据;
预测数据达到一定值时,也即水损耗超过正负5%,功率损耗超过正负30%时,判定漏水发生、水泵运行故障。
进一步地,所述决策辅助模块根据给水管网的给水量差值、泵运行状态的变化趋势校正泵的功率,以满足给水量需求;
根据泵运行状态的变化趋势作出泵的功率损耗分析、水量差值趋势作出水量损耗分析,并以货币单位量化管道、泵的维修或更换步骤为:
1,获取水量差值slcn,计算出校正后的泵功率与原功率的差值得出功率损耗;
2,货币单位量化水量差值、功率损耗的经济价值J1(J1-1,J1-2),也即计算出浪费的电能乘以每度电的单价得出J1-1或水量价值乘以每方水的单价得出J1-2;
3,货币单位量化管道、泵的维修或更换价值j2(J2-1,J2-2)、j3(J3-1,J3-2);
4,j3>j1>j2时,判定进行管道、泵的维修;
j1>j2>j3时,判定进行管道、泵的更换。
本发明在进行使用的时候,数据接收模块接收现场给水泵站相应传感器检测泵的运行参数数据-流量、流速、压力以及水塔的水位数据,逐个判断通过判断样本集数据是否在允许范围内,判定是否为异常值;异常值高于允许范围上限或低于允许范围下限时,用最大值进行修正;异常值低于允许范围下限时,用最小值进行修正;通过对前后两个数据的差值是否与前后任一个数据相等,来判断是否为空值;是,采用最近邻点差值法进行补插,判断均不为空值时,将数据与允许范围上限数据相除进行归一化处理,使数据变为0-1之间的小数,由于传感器检测的信号经传输过程中衰减、以及受其他电冲击的影响,会使信号的幅度发生偏差不在正常信号输出范围之内,甚至丢失,需对异常数据进行修正,并采用数据补插法对缺失数据进行处理,处理后数据采用归一化方式进行量化,以便于不同形式输出信号(4-20mA、0-5V、脉冲频率信号)能够进行比较、处理;趋势预测模块接收数据接收模块量化后数据,根据传感器检测的给水泵站的实际流量、流速、压力,计算出给水管泵应给水量,根据水塔的水位数据得出实际给水量,两者减法计算得出水量差值slcn,由Bhln=slcn/[(slcn-1+slcn-1+slcn-1)/4],计算出变化率Bhln,采用线性外推法Y=a+bt预测给水量差值趋势,采用指数外推法Y=abt预测泵运行状态的变化趋势,代入数据生成预测数据,预测数据达到一定值时,也即水损耗超过正负5%,功率损耗超过正负30%时,判定漏水发生、水泵运行故障,便于及时发现漏水、水泵运行故障;所述决策辅助模块根据给水管网的给水量差值的变化趋势、泵运行状态的变化趋势校正泵的功率,以满足水塔的给水量,根据泵运行状态的变化趋势作出泵的功率损耗分析、水量差值趋势作出水量损耗分析,并以货币单位量化管道、泵的维修或更换,为设备状态检修策略提供辅助的理论依据量化经济价值,实现设备管理的效益最大化。
Claims (1)
1.水务决策辅助分析系统,包括服务器,所述服务器包括数据接收模块、趋势预测模块、决策辅助模块,其特征在于,所述数据接收模块用于接收现场给水泵站相应传感器检测泵的运行参数数据,所述运行参数数据包括流量、流速、压力以及水塔的水位数据,对异常数据进行修正,并采用数据补插法对缺失数据进行处理,处理后数据采用归一化方式进行量化;
所述趋势预测模块接收数据接收模块量化后数据,采用趋势外推法预测给水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势;
所述决策辅助模块根据给水管网的给水量差值、泵运行状态的变化趋势校正泵的功率,根据泵运行状态的变化趋势作出泵的功率损耗分析、水量差值趋势作出水量损耗分析,并以货币单位量化管道、泵的维修或更换;
所述数据接收模块对数据进行处理、量化的步骤为:
S1,获取20S内每隔5S的流量、流速、压力、泵的运行参数数据的4个样本集数据:LLn、LSn、YLn、BCn,其中n=1,2,3,4;
S2,通过判断样本集数据是否在允许范围内,逐个判断是否为异常值;
S3,异常值高于允许范围上限时,用最大值进行修正;异常值低于允许范围下限时,用最小值进行修正;
S4,通过对前后两个数据的差值是否与前后任一个数据相等,来判断是否为空值;
S5,是,采用最近邻点差值法进行补插,否,返回步骤2,直至判断均不为空值,执行步骤6;
S6,将数据与允许范围上限数据相除进行归一化处理,使数据变为0-1之间的小数;
所述趋势预测模块接收数据接收模块量化后数据,采用趋势外推法预测给水管网的给水量差值变化趋势、泵运行状态的变化趋势的步骤为:
A1,根据传感器检测的给水泵站的实际流量、流速、压力,计算出给水管泵应给水量,根据水塔的水位数据得出实际给水量,两者减法计算得出水量差值slcn;
A2,计算出变化率Bhln,由Bhln=slcn/[(slcn-1+slcn-2+slcn-3+slcn-4)/4];
A3,采用线性外推法Y=a+bt预测给水量差值趋势,其中Y表示趋势值,a表示截距,b表示变化率,t为时间,将数据代入,生成预测数据;
采用指数外推法Y=abt预测泵运行状态的变化趋势,其中Y表示趋势值,a表示截距,b表示变化率,t为时间,将数据代入,生成预测数据;
所述决策辅助模块根据给水管网的给水量差值、泵运行状态的变化趋势校正泵的功率,以满足给水量需求;
根据泵运行状态的变化趋势作出泵的功率损耗分析、水量差值趋势作出水量损耗分析,并以货币单位量化管道、泵的维修或更换步骤为:
B1,获取水量差值slcn,计算出校正后的泵功率与原功率的差值得出功率损耗;
B2,货币单位量化水量差值和功率损耗的经济价值j1,j1包括货币单位量化水量差值的经济价值J1-1、货币单位量化功率损耗的经济价值J1-2;
B3,货币单位量化管道及泵的维修价值j2,j2包括货币单位量化管道维修价值J2-1、货币单位量化泵的维修价值J2-2,货币单位量化管道及泵的更换价值j3,j3包括货币单位量化管道的更换价值J3-1、货币单位量化泵的更换价值J3-2;
B4,j3>j1>j2时,判定进行管道、泵的维修;
j1>j2 >j3时,判定进行管道、泵的更换。
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