CN112131688A - 供水管网的水力模型校正方法、系统及记录媒体 - Google Patents

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魏钦益
陈建霖
郭明松
吴焕宗
陈汉宗
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Abstract

一种供水管网的水力模型校正方法、系统及记录媒体，其系统包含一筛选模块及连接所述筛选模块的一校正模块，借以执行一筛选步骤及一校正步骤，所述筛选步骤是借由一轨迹法自预设的一水力模型的多个管线中筛选多个待校正管线，所述校正步骤是由一校正模块以一基因算法依据所述目标节点的一实际参数值校正多个所述待校正线的一设定参数值。

Description

供水管网的水力模型校正方法、系统及记录媒体
技术领域
本发明关于一种供水管网分析方法及系统及其计算器可读取记录媒体，尤指供水管网的水力模型校正方法及系统及其计算器可读取记录媒体。
背景技术
供水管网的管线参数(例如粗糙系数)校正与优化最普遍的方法是采用基因算法(Genetic Algorithm，简称GA)，GA是用于解决最佳化的搜寻算法之一，在水力模型上使用GA，除须克服物理意义的对应外，不同的供水管网大小有着不同的复杂程度，其计算时间也会指数性的提高；一般的GA会将参数改用二进制表示并透过模仿自然界的演化过程，将参数进行复制、交配、突变与选择等过程，最后搜寻出该问题上的最佳化参数设定。
过去进行管网的管线参数(例如管线粗糙系数)校正时，皆是将整个管网中所有管线参数带入GA中进行校正(以下称为全区法)，而越大越复杂的管网模型其所需的校正时间则越长，而且也更动了无关管线参数，可能造成误差的增加。
发明内容
为此，本发明为较佳地校正水力模型，而提出一种供水管网的水力模型校正方法，包含：一筛选步骤：借由一筛选模块自预设的一水力模型的多个管线中筛选多个待校正管线，所述筛选模块是采用一轨迹法，所述轨迹法是先定义所述水力模型中的一供水源头与预设的一目标节点，以挑选连接所述供水源头与所述目标节点的多个待校正管线；及一校正步骤：由一校正模块以一基因算法依据所述目标节点的一实际参数值校正多个所述待校正管线的一设定参数值。
本发明并且是以用于记录前述供水管网的水力模型校正方法的程序为特征的计算器可读记录媒体。
本发明也是一种供水管网的水力模型校正系统，包含一处理模块、一储存模块、一筛选模块及一校正模块。所述储存模块连接所述处理模块，用于储存预设的一水力模型。所述筛选模块连接所述处理模块，用于自所述水力模型的多个管线中筛选多个待校正管线，所述筛选模块是采用一轨迹法，所述轨迹法是先定义所述水力模型中的一供水源头与预设的一目标节点，以挑选连接所述供水源头与所述目标节点的多个待校正管线。所述校正模块连接所述处理模块，所述校正模块以一基因算法依据所述目标节点的一实际参数值校正多个所述待校正管线的一设定参数值。
进一步，所述轨迹法是以广度优先搜寻法(Breadth-first Search)进行宽度的搜寻，以所述目标节点作为起始点，取得溯源至所述供水源头的多个所述管线作为所述待校正管线。
进一步，所述实际参数值为一压力值，所述设定参数值为一管线粗糙系数。
根据上述技术特征可达成以下功效：
1.从水力模型的众多管线中仅筛选部份的待校正管线，减少所需运算的管线数量，可缩短水力模型校正所需时间，提升运算效能。
2.仅筛选部份的待校正管线进行校正，可以避免不相干管线的参数带入计算，造成误差的扩大。
附图说明
图1为本发明实施例是系统方块示意图。
图2为本发明实施例的水力模型示意图。
图3为本发明实施例的主要流程方块示意图。
图4为本发明实施例于水力模型中挑选多个待校正管线的状态示意图。
图5为本发明实施例轨迹法的结果搜寻树的示意图。
图6为本发明实施例中全区法与轨迹法的平均计算时间及标准差的比较图。
图7为本发明实施例中全区法与轨迹法的目标节点的平均误差的比较图。
图8为本发明实施例中全区压力点平均误差与标准差比较图。
图9为本发明另一实施例的水力模型示意图。
【符号说明】
100 供水管网的水力模型校正系统
1 处理模块
2 储存模块
3 筛选模块
4 校正模块
A 供水设备
B 管线
C、C’ 节点
S1 筛选步骤
S2 校正步骤。
具体实施方式
综合上述技术特征，本发明供水管网的水力模型校正方法及系统及其计算器可读取记录媒体的主要功效将可于下述实施例清楚呈现。
请先参阅图1及图2，揭示本发明实施例供水管网的水力模型校正系统100，包含一处理模块1、及连接所述处理模块1的一储存模块2、一筛选模块3及一校正模块4。所述处理模块1可为计算器中央处理器、图形运算处理器等。
所述储存模块2用于储存预设的一水力模型21，所述水力模型21型态例如图2所示，一般是依据供水设备水源A、管线B、节点C、C’、阀门等管网设备所建立的拓朴关系，并定义供水水压、节点用水量、阀门开关状态、管线粗糙系数等参数，其中圈记的节点为测压点。所述筛选模块3用于自所述水力模型21的多个管线中筛选多个待校正管线。所述校正模块4用于以一基因算法校正多个所述待校正管线。要补充说明的是，所述供水源头A与所述目标节点C’的数量并不以单个为限，如图9所示，所述供水源头A与所述目标节点C’的数量于实施上亦可为多个。
上述供水管网的水力模型校正系统100是用于执行供水管网的水力模型校正方法，该供水管网的水力模型校正方法可建构为包含多个个程序指令，并可存于计算机可读取记录媒体，当一计算器执行前述程序指令，即可执行该供水管网的水力模型校正方法。以下，将进一步详细说明该供水管网的水力模型校正方法的具体内容：
续请参阅图3及图4所示，该供水管网的水力模型校正方法包含一筛选步骤S1及一校正步骤S2，其中：
该筛选步骤S1：是借由前述筛选模块3自所述水力模型21的多个管线B中筛选多个待校正管线B’。具体而言，所述筛选模块3是采用一轨迹法，所述轨迹法是先定义所述水力模型21中的一供水源头A，以及自所述节点C中挑选一目标节点C’，所述目标节点C’系实际测量过压力，故亦可简称测压点。接着再挑选连接所述供水源头A与所述目标节点C’的多个待校正管线B’。详细而言，所述轨迹法是以广度优先搜寻法Breadth-first Search进行宽度的搜寻，以所述目标节点C’作为起始点，取得溯源至所述供水源头A的多个所述管线作为所述待校正管线B’，系统判断上会依据所述目标节点C’相邻的节点C预设的水压值、相邻的管线B依序逆向至所述供水源头A，具体而言，是挑选水压值相对高于所述目标节点C’的节点C，且管线的水流方向为朝向所述目标节点C’的管线作为所述待校正管线B’。
所述广度优先搜寻法进一步而言，其搜寻树如图5所示，以目标节点L作为起始的节点，第一层搜寻到的节点为B与M点，此时产生分歧路径，因此同时搜寻B与M点的上游节点，故第二层搜寻到A与I点，整个搜寻过程会持续搜寻到每条分歧路径都达到供水源头Z才停止，最后所找出路径即是供水源头Z供水至目标节点L上的所有轨迹结果。但应注意的是，实施上并不以广度优先搜寻法Breadth-first Search为限，亦可改采用深度优先搜寻法Depth-First-Search。
再如图3参阅图1，该校正步骤S2：由所校正模块4以一基因算法依据所述目标节点C’的一实际参数值例如实际压力值校正多个所述待校正管线的一设定参数值例如管线粗糙系数。具体而言，所述基因算法的适应性函数公式如下：
Figure BDA0002085567360000061
其中，P1，i为测压点的实测压力值，P2，i为模拟的测压点压力值，Pref为校正前管网的全区压力点平均值，i为测压点，NP为测压点的数量。要补充说明的是，基因算法为所属领域惯用于水利模型校正的算法，且非本发明重点，故于此不再对基因算法予以详述。
以下将轨迹法与一般GA方法全区法进行实验测试；以相同管网下，比较两种方法的测压点误差、全区压力点误差、误差标准差与计算时间的影响，分别可参阅图6、图7及图8。
测试结果的数据内容整理如下表所示：
Figure BDA0002085567360000071
A.在相同管网的条件下比较其计算所需的时间，本实施例提出的轨迹法在计算时间上皆小于一般方法全区法，由此可知，轨迹法能节省更多计算时间，以提高计算的效率。
B.在不同的校正方法的条件下，全区法、轨迹法校正后的测压点误差百分比虽相近，但从全区的压力误差的结果来看，轨迹法对全部的节点而言表现出更小的压力误差。
综合上述实施例的说明，当可充分了解本发明的操作、使用及本发明产生的功效，以上所述实施例仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种供水管网的水力模型校正方法，其特征在于，包含：
一筛选步骤：借由一筛选模块自预设的一水力模型的多个管线中筛选多个待校正管线，所述筛选模块是采用一轨迹法，所述轨迹法是先定义所述水力模型中的一供水源头与预设的一目标节点，以挑选连接所述供水源头与所述目标节点的多个待校正管线；及 一校正步骤：由一校正模块以一基因算法依据所述目标节点的一实际参数值校正多个所述待校正管线的一设定参数值。
2.如权利要求1所述的供水管网的水力模型校正方法，其特征在于：所述轨迹法是以广度优先搜寻法(Breadth-first Search)进行宽度的搜寻，以所述目标节点作为起始点，取得溯源至所述供水源头的多个所述管线作为所述待校正管线。
3.如权利要求1或2所述的供水管网的水力模型校正方法，其特征在于：所述实际参数值为一压力值，所述设定参数值为一管线粗糙系数。
4.一种计算器可读记录媒体，其特征在于：包括用于记录权利要求1至3中任一项供水管网的水力模型校正方法的程序。
5.一种供水管网的水力模型校正系统，其特征在于，包含： 一处理模块； 一储存模块，连接所述处理模块，用于储存预设的一水力模型； 一筛选模块，连接所述处理模块，用于自所述水力模型的多个管线中筛选多个待校正管线，所述筛选模块是采用一轨迹法，所述轨迹法是先定义所述水力模型中的一供水源头与预设的一目标节点，以挑选连接所述供水源头与所述目标节点的多个待校正管线；及
一校正模块，连接所述处理模块，所述校正模块以一基因算法依据所述目标节点的一实际参数值校正多个所述待校正管线的一设定参数值。
6.如权利要求5所述的供水管网的水力模型校正系统，其特征在于：所述轨迹法是以广度优先搜寻法进行宽度的搜寻，以所述目标节点作为起始点，取得溯源至所述供水源头的多个所述管线作为所述待校正管线。
7.如权利要求5或6所述的供水管网的水力模型校正系统，其特征在于：所述实际参数值为一压力值，所述设定参数值为一管线粗糙系数。
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