CN112381345B - 基于钟表模型识别管道健康度评估的结果可视化的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法及系统，以下步骤：获取管道健康评估相关的数据，包括指标、各个指标的取值范围、健康系数的取值范围、不同健康度等级的取值范围、以及对应的管道状态；获得的数据进行计算获得各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；根据得到的各指标的权重及各指标不同取值的关联系数，计算管道健康度；根据得到的指标因素的数量及不同指标因素的取值范围，配置复合式钟表模型中的刻度圆环数量以及不同指标因素所对应复合式钟表模型中指针的线型种类和线宽；将得到结果进行预处理，构造结构化的复合式钟表模型参数；根据得到的参数，绘制反映各组参数组合对应的健康系数复合式钟表模型。

Description

基于钟表模型识别管道健康度评估的结果可视化的方法及 系统
技术领域
本发明涉及管道健康分析技术领域，更具体地，涉及一种基于钟表模型识别管道健康度评估的结果可视化的方法及系统。
背景技术
管道健康度评估是一类基于模糊评价矩阵的改进层次分析法和灰色关联法的基础上，所衍生出的适用于评估供水管道健康状况的一种方法。它的原理是通过改进层次分析法对管道的评价指标体系进行权重分析，再通过灰色关联法分析各指标因素的关联性。然后，再将所得的各指标权重及各指标因素的关联系数相结合的方式，进行管道各因素健康度的计算，该方法简单，通用性强，较好地解决了各要素之间相互作用的问题。如中国专利公开号：CN108007971A，公开日： 2018.05.08，公开了一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法，包括以下步骤：1)测量阴极保护电流密度；2)计算交流电流密度；计算公式为：其中：Uac为交流干扰电压，单位为V；iac为交流电流密度，单位为A/m2；ρ为土壤电阻率，单位为Ω·m；d为破损点直径，单位为m；3)计算并收集不同阴极保护情况下，交流电流密度与管道腐蚀速率的相关影响数据，进行拟合，得到受输变电设备影响的管道腐蚀健康状态；通过拟合得到阴极保护电流密度与交流电流密度之间的函数关系，整合得到管道腐蚀健康状态判断图。
如今，管道健康度评估被广泛应用于评估供水管道的健康度，它的主要特征和难点在于进行权重分析及各指标因素的关联性分析时的数据处理及分析的规模随着指标因素个数和取值范围的增大呈指数规模增长，所产生的图表数量过多，增大了使用此方法的工作人员的工作强度。也因此，传统的管道健康度评估难以求解涉及指标因素过多的问题。所以，在运用管道健康度评估求解具体问题时需要解决的关键问题在于简化数据处理及分析的过程，并结合相关数学模型直观地表述出评估结果。
通过文献调研发现，目前在使用管道健康度评估时并未考虑到指标因素数量的增加对使用该方法时数据处理及分析效率的影响
发明内容
本发明为解决在使用管道健康度评估求解具体问题时，因指标因素数量的增加对使用该方法时数据处理及分析效率的影响缺乏系统认知的问题，提出了一种基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法及系统，可以有效降低因指标因素数量的增加而带来的负面作用，改善管道健康度评估方法的使用效果，提高获得管道健康度的效率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，所述的方法包括以下步骤：
S1：获取管道健康评估相关的数据，包括指标、各个指标的取值范围、健康系数的取值范围、不同健康度等级的取值范围、以及对应的管道状态；
S2：根据步骤S1获得的数据进行计算获得各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；
S3：根据步骤S2得到的各指标的权重及各指标不同取值的关联系数，计算管道健康度；
S4：根据步骤S1得到的指标因素的数量及不同指标因素的取值范围，配置复合式钟表模型中的刻度圆环数量以及不同指标因素所对应复合式钟表模型中指针的线型种类和线宽；
S5:将步骤S3、S4的得到结果进行预处理，构造结构化的复合式钟表模型参数；
S6：根据步骤S5得到的参数，绘制反映各组参数组合对应的健康系数复合式钟表模型，从而获得不同指标数值组合的健康系数复合式钟表模型。
优选地，所述的方法还包括在绘制完健康系数复合式钟表模型之后，通过检索各个指标的取值，获取相应的健康系数复合式钟表模型，并进行显示。
进一步地，步骤S2中对步骤S1的数据进行计算，具体如下：结合模糊评价矩阵的改进层次分析法和灰色关联法，采用每种参数组合独立计算，进而得出各指标的权重及各指标不同取值的关联系数。
再进一步地，步骤S3，计算管道健康度具体如下：先计算获得管道的每组参数组合对应的健康系数，再结合管道健康度计算公式计算出管道健康度；
其中，指标健康系数＝指标所占权重×指标不同取值的关联系数；管道健康度的计算公式为：管道健康度＝管径的健康系数+管材的健康系数+管龄的健康系数+埋深的健康系数+接口方式的健康系数。
再进一步地，步骤S4中，设指标的数量有n个，分别是X1,X2,X3,…,Xn；根据指标数量选择复合式钟表模型中每层刻度圆环所对应的指针线型种类及线宽，即与n+1个对应的刻度圆环的指针线型分别为线型1，线型2，线型3…线型n+1，其中n+1表示n个指标健康系数和1个管道健康度。
再进一步地，所述的指针的指向由圆心往外，且指针长度的大小关系为L1<L2<L3<…<Ln<Ln+1。
再进一步地，步骤S6，绘制健康系数复合式钟表模型具体如下：先计算复合式钟表模型中各层刻度圆环的外径及对应的指针长度；然后，以12点指针位置为起点，以顺时针为序从外到内依次绘制多层，得到由多个不同直径的同心刻度圆环堆叠而成，每层圆环对应有一个指针的复合式钟表模型。
再进一步地，所述的复合式钟表模型的圈数和个数取决于指标的数量以及不同指标不同取值的数量，若指标的数量为n个，则复合式钟表模型的圈数为n+1 个，若各个指标的取值数量分别为Z1,Z2,Z3…Zn个，则对应的会产生Z1×Z2× Z3×…×Zn个复合式钟表模型。
本发明基于以上所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，还提供了一种利用复合式钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的系统，所述的系统包括
数据导入模块，用于获取管道健康评估相关的数据，包括指标、各个指标的取值范围、健康系数的取值范围、不同健康度等级的取值范围、以及对应的管道状态；
算法计算模块，用于根据数据导入模块获得数据计算获得各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；
健康系数运算模块，根据得到的各指标的权重及各指标不同取值的关联系数，计算管道健康度；
图形配置模块，根据得到的指标因素的数量及不同指标因素的取值范围，配置复合式钟表模型中的刻度圆环数量以及不同指标因素所对应复合式钟表模型中指针的线型种类和线宽；
绘图参数预处理模块，根据图形配置模块和健康系数运算模块得到的结果进行预处理，构造结构化的复合式钟表模型参数；
图形生成模块，根据复合式钟表模型参数绘制得到不同指标数值组合的健康系数复合式钟表模型。
进一步地，还包括检索模块，所述的检索模块根据输入的各个指标的取值，返回相应的健康系数复合式钟表模型，并进行显示。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
通过本发明所述的方法可以有效降低利用管道健康度评估时数据处理及分析的难度大的，并能直观地获得各指标所对应的健康系数及管道的健康度。本发明能够帮助技术人员直观、快速地得出各指标因素的健康系数，及其大小关系，并获得管道健康度的具体数值。该方法可以有效降低因指标因素数量的增加而带来的负面作用，改善管道健康度评估的使用效果，提高获得管道健康度的效率。
附图说明
图1为实施例1所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法的流程图。
图2为实施例1所述的管道健康度等级划分及描述表。
图3为实施例1所述的某一种参数组合的复合式钟表模型的示意图。
图4为实施例2所述的利用复合式钟表模型识别管道健康度评估系统的系统结构框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。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。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，以某区域实际供水管道健康度评估问题为例，所述的方法包括以下步骤：
S1：获取管道健康评估相关的数据，包括指标、各个指标的取值范围、健康系数的取值范围、不同健康度等级的取值范围、以及对应的管道状态；所述的指标包括管径、管材、管龄、埋深、接口方式，本实施例所述的指标一共5个指标。
本实施例所述的管径的取值范围是：(0<DN≤300、300<DN≤400、400＜ DN≤600、600<DN≤800、800<DN≤1000、1000<DN≤1200及DN＞1200)；管材包括钢管、普通铸铁管、球墨铸铁管、砼管及塑料管；管龄的取值范围是： (0＜Y≤5、5＜Y≤10、10＜Y≤15、15＜Y≤20、20＜Y≤25及Y＞25)；埋深的取值范围是：(H≤0.5、0.5＜H≤1.0、1.0＜H≤1.5、1.5＜H≤2.0及H＞ 2.0)；接口方式包括焊接、胶圈及石棉水泥；健康系数的取值范围为0～1。本实施例所述的不同健康度等级的取值范围如图2所示。
S2：根据步骤S1获得的数据进行计算获得各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；具体如下：结合模糊评价矩阵的改进层次分析法和灰色关联法，参组合进行独立计算，共独立运行计算26次，用以进行各指标权重分析及关联性分析，进而得出各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；所述的参数组合是指每根管道的不同指标对应的健康度系数的一个组合，比如管径对应的健康系数 a，管材对应的健康系数b，埋深对应的健康系数c…f；那么参数组合是[a,b,c,d,e,f]。
独立运行计算的次数＝7(管径的取值范围个数)+5(管材的种类)+6(管龄的取值范围个数)+5(埋深的取值范围个数)+3(接口方式的取值范围个数) ＝26(次)
S3：根据步骤S2得到的各指标的权重及各指标不同取值的关联系数，计算 5个指标不同取值的健康系数和管道健康度；
各指标健康系数的运算公式为：指标健康系数＝指标所占权重×指标不同取值的关联系数。计算获得的管道健康度数量＝7(管径的取值范围个数)×5(管材的种类)×6(管龄的取值范围个数)×5(埋深的取值范围个数)×3(接口方式的取值范围个数)＝3150(组)。管道健康度的运算公式为：管道健康度＝管径的健康系数+管材的健康系数+管龄的健康系数+埋深的健康系数+接口方式的健康系数。其中，在计算管道健康度时，若存在计算得出的指标健康系数精度大于刻度盘精度，则遵循四舍五入原则，得出与刻度盘精度相同的精度，再进行管道健康度运算。原因在于，对于单指标健康系数，若其最高精度大于刻度盘精度，则认为其大于刻度盘精度的数值对管道健康度影响可忽略不计。
本实施例一共计算获得共3150组参数组合对应的管道健康度。所述的参数组合表示每根管道的指标对应的健康度系数的一个组合，比如管径对应的健康系数a，管材对应的健康系数b，埋深对应的健康系数c…f；那么系数组合是 [a,b,c,d,e,f]。
S4：根据步骤S1得到的5个指标及不同指标的取值范围，配置复合式钟表模型中的6个刻度圆环，以及不同指标因素所对应复合式钟表模型中指针的线型种类和线宽；由于本实施例所述的指标的数量有5个，分别是X1,X2,X3,…,X5；根据指标数量选择复合式钟表模型中每层刻度圆环所对应的指针线型种类及线宽，即与n+1个对应的刻度圆环的指针线型分别为线型1，线型2，线型3…线型n+1，其中n+1表示n个指标健康系数和1个管道健康度。
所述的指针的指向由圆心往外，且指针长度的大小关系为L1<L2<L3<…<L6。
S5:将步骤S3、S4的得到结果进行预处理，构造结构化的复合式钟表模型参数，作为下一步的输入参数，包括复合式钟表模型的刻度圆环层数、每层刻度圆环对应的指针长度和指针所在的位置。
S6：根据步骤S5得到的参数，绘制反映3150组参数组合对应的健康系数复合式钟表模型，首先，根据步骤S5得到的参数写入的绘图参数，计算复合式钟表模型中各层刻度圆环的外径及对应的指针长度。然后，以12点指针位置为起点，调用绘图命令以顺时针为序从外到内依次绘制6层刻度圆环，复合式钟表模型的效果是通过6个不同直径的同心刻度圆环堆叠而成。最后，将所得到的复合式钟表模型保存至指定的路径，从而获得不同指标数值组合的健康系数复合式钟表模型。
在一个具体的实施例中，所述的方法还包括在绘制完健康系数复合式钟表模型之后，通过检索各个指标的取值，获取相应的健康系数复合式钟表模型，并进行显示。具体可以通过输入管径、管材、管龄、埋深和接口方式的取值范围进行检索，相应的复合式钟表模型。
实施例2
本实施例基于实施例1所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，还提供了一种利用复合式钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的系统，如图3所示，所述的系统包括
数据导入模块，用于获取管道健康评估相关的数据，包括指标、各个指标的取值范围、健康系数的取值范围、不同健康度等级的取值范围、以及对应的管道状态；
算法计算模块，用于根据数据导入模块获得数据计算获得各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；具体地，所述的算法计算模块通过结合模糊评价矩阵的改进层次分析法和灰色关联法，采用每种参数组合独立计算。
健康系数运算模块，根据得到的各指标的权重及各指标不同取值的关联系数，计算管道健康度；
图形配置模块，根据得到的指标因素的数量及不同指标因素的取值范围，配置复合式钟表模型中的刻度圆环数量以及不同指标因素所对应复合式钟表模型中指针的线型种类和线宽；
绘图参数预处理模块，根据图形配置模块和健康系数运算模块得到的结果进行预处理，构造结构化的复合式钟表模型参数；
图形生成模块，根据复合式钟表模型参数绘制得到不同指标数值组合的健康系数复合式钟表模型。
本实施例所述的健康系数运算模块计算管道健康度，具体如下：先计算获得每组参数组合对应的健康系数，再结合管道健康度计算公式计算出管道健康度；
其中，指标健康系数＝指标所占权重×指标不同取值的关联系数；管道健康度的计算公式为：管道健康度＝管径的健康系数+管材的健康系数+管龄的健康系数+埋深的健康系数+接口方式的健康系数。
根据实施例1，在图形配置模块中，所述的指标的数量有5个，分别是X1,X2, X3,…,X5；根据指标数量选择复合式钟表模型中每层刻度圆环所对应的指针线型种类及线宽，即与n+1个对应的刻度圆环的指针线型分别为线型1，线型2，线型3…线型n+1，其中n+1表示n个指标健康系数和1个管道健康度。所述的指针的指向由圆心往外，且指针长度的大小关系为L1<L2<L3<…<Ln<Ln+1。
本实施例所述的图形生成模块，首先，根据所述的绘图参数预处理模块传入的绘图参数，计算复合式钟表模型中各层刻度圆环的外径及对应的指针长度。然后，以12点指针位置为起点，调用绘图命令以顺时针为序从外到内依次绘制6 层刻度圆环，复合式钟表模型的效果是通过6个不同直径的同心刻度圆环堆叠而成，如图4所示。最后，将所得到的复合式钟表模型保存至指定的路径。
在一个具体的实施例中，还包括检索模块，所述的检索模块根据输入的各个指标的取值，返回相应的健康系数复合式钟表模型，并进行显示。
如图4所示的复合式钟表模型，可以有效降低在使用管道健康度评估时因指标因素数量的增加而带来的负面作用，并能直观地获得各指标所对应的健康系数、及其之间的大小关系和管道的健康度，改善管道健康度评估的使用效果，提高利用管道健康度评估获得管道健康度的效率。
显然，本发明的上述实施例仅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 (8)

1.一种基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
S1：获取管道健康评估相关的数据，包括指标、各个指标的取值范围、健康系数的取值范围、不同健康度等级的取值范围、以及对应的管道状态；
S2：根据步骤S1获得的数据进行计算获得各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；
S3：根据步骤S2得到的各指标的权重及各指标不同取值的关联系数，计算管道健康度；
S4：根据步骤S1得到的指标的数量及不同指标的取值范围，配置复合式钟表模型中的刻度圆环数量以及不同指标所对应复合式钟表模型中指针的线型种类和线宽；
S5:将步骤S3、S4的得到结果进行预处理，构造结构化的复合式钟表模型参数；
S6：根据步骤S5得到的参数，绘制反映各组参数组合对应的健康系数复合式钟表模型，从而获得不同指标数值组合的健康系数复合式钟表模型，其中参数组合表示每根管道不同的指标对应的健康度系数的组合；
步骤S3，计算管道健康度具体如下：先计算获得管道的每组参数组合对应的健康系数，再结合管道健康度计算公式计算出管道健康度；
其中，指标健康系数=指标所占权重×指标不同取值的关联系数；管道健康度的计算公式为：管道健康度=管径的健康系数+管材的健康系数+管龄的健康系数+埋深的健康系数+接口方式的健康系数；
步骤S2中对步骤S1的数据进行计算，具体如下：结合模糊评价矩阵的改进层次分析法和灰色关联法，采用每种参数组合独立计算，进而得出各指标的权重及各指标不同取值的关联系数。
2.根据权利要求1所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，其特征在于：所述的方法还包括在绘制完健康系数复合式钟表模型之后，通过检索各个指标的取值，获取相应的健康系数复合式钟表模型，并进行显示。
3. 根据权利要求1所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，其特征在于：步骤S4中，设指标的数量有n个，指标分别是X1, X2, X3, …, Xn；根据指标数量选择复合式钟表模型中每层刻度圆环所对应的指针线型种类及线宽，即与n+1个对应的刻度圆环的指针线型分别为线型1， 线型2， 线型3…线型n+1，其中n+1表示n个指标健康系数和1个管道健康度。
4. 根据权利要求3所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，其特征在于：所述的指针的指向由圆心往外，且指针长度的大小关系为L1< L2< L3< …< Ln<Ln+1。
5.根据权利要求3所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，其特征在于：步骤S6，绘制健康系数复合式钟表模型具体如下：先计算复合式钟表模型中各层刻度圆环的外径及对应的指针长度；然后，以12点指针位置为起点，以顺时针为序从外到内依次绘制多层，得到由多个不同直径的同心刻度圆环堆叠而成，每层圆环对应有一个指针的复合式钟表模型。
6.根据权利要求3所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，其特征在于：所述的复合式钟表模型的圈数和个数取决于指标的数量以及不同指标不同取值的数量，若指标的数量为n个，则复合式钟表模型的圈数为n+1个，若各个指标的取值数量分别为Z1,Z2,Z3…Zn个，则对应的会产生Z1× Z2× Z3× …× Zn个复合式钟表模型。
7.一种基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的系统，应用如权利要求1~6所述基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的方法，其特征在于：所述的系统包括
数据导入模块，用于获取管道健康评估相关的数据，包括指标、各个指标的取值范围、健康系数的取值范围、不同健康度等级的取值范围、以及对应的管道状态；
算法计算模块，用于根据数据导入模块获得数据计算获得各指标的权重及各指标不同取值的关联系数；
健康系数运算模块，根据得到的各指标的权重及各指标不同取值的关联系数，计算管道健康度；
图形配置模块，根据得到的指标因素的数量及不同指标因素的取值范围，配置复合式钟表模型中的刻度圆环数量以及不同指标因素所对应复合式钟表模型中指针的线型种类和线宽；
绘图参数预处理模块，根据图形配置模块和健康系数运算模块得到的结果进行预处理，构造结构化的复合式钟表模型参数；
图形生成模块，根据复合式钟表模型参数绘制得到不同指标数值组合的健康系数复合式钟表模型；
计算管道健康度具体如下：先计算获得管道的每组参数组合对应的健康系数，再结合管道健康度计算公式计算出管道健康度；
其中，指标健康系数=指标所占权重×指标不同取值的关联系数；管道健康度的计算公式为：管道健康度=管径的健康系数+管材的健康系数+管龄的健康系数+埋深的健康系数+接口方式的健康系数；
步骤S2中对步骤S1的数据进行计算，具体如下：结合模糊评价矩阵的改进层次分析法和灰色关联法，采用每种参数组合独立计算，进而得出各指标的权重及各指标不同取值的关联系数。
8.根据权利要求7所述的基于钟表模型识别管道健康度评估结果可视化的系统，其特征在于：还包括检索模块，所述的检索模块根据输入的各个指标的取值，返回相应的健康系数复合式钟表模型，并进行显示。
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