CN113190953A - 一种二次供水设备供水稳定性的评价方法和系统 - Google Patents

一种二次供水设备供水稳定性的评价方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种二次供水设备供水稳定性的评价方法和系统，步骤A1，连续获取在给定压力下设备的出口压力数据；步骤A2，对出口压力数据进行预处理；步骤A3，根据给定压力和出口压力数据计算与供水稳定性相关的若干特征项的特征值；步骤A4，根据预设得分标准和特征值计算每一个特征项的单项得分；步骤A5对每一个特征项的单项得分进行处理得到设备的稳定性得分；步骤A6，根据稳定性得分得到设备的评价结果。通过分析设备的出口压力数据，合理评判设备的供水稳定性，为设备的节能增效、优化设备的PID参数设置、最大化地节能节水、以及设备的性能评估等提供重要参考依据。

Description

一种二次供水设备供水稳定性的评价方法和系统
技术领域
本发明涉及供水设备评价领域，尤其涉及一种二次供水设备供水稳定性的评价方法和系统。
背景技术
目前水务终端供水分为两部分，一部分是市政管网直供水，另一部分是通过加压设备进行二次供水，其中二次供水设备多为恒压供水。
恒压供水多通过PID变频调速技术来维持供水压力稳定，使得无论在用水高峰期还是低谷期，用户用水压力的波动小，从而可以达到相对节能、节水的效果。
保持供水压力稳定是衡量二次供水设备用水满意度的重要指标之一，合理评价设备的供水稳定性，能够判断二次供水设备的PID参数设置是否合理，从而为设备的节能降耗、最大化地节能接水、以及进行设备的性能评估等奠定重要基础。
目前行业内在评判设备供水稳定性方面资料不足，PID参数往往通过经验进行设置，用户用水满意度也没有有效的评判方法，不能根据设备的实际供水情况合理调整PID参数。
发明内容
本发明提供一种二次供水设备供水稳定性的评价方法和系统，旨在解决现有技术中不能根据设备的实际供水情况合理调整PID参数的技术问题。
一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，包括如下步骤：
步骤A1，连续获取在给定压力下二次供水设备的出口压力数据；
步骤A2，对出口压力数据进行预处理；
步骤A3，根据给定压力和出口压力数据计算与供水稳定性相关的若干特征项的特征值；
步骤A4，根据预设得分标准和特征值计算每一个特征项的单项得分；
步骤A5对每一个特征项的单项得分进行处理得到二次供水设备的稳定性得分；
步骤A6，将稳定性得分与一预设评价规则进行比较，得到二次供水设备的评价结果并输出。
进一步的，在步骤A2中，对出口压力数据进行预处理包括：
步骤A21，识别出口压力数据中出现的异常数据并剔除异常数据；
步骤A22，识别出口压力数据中出现的空缺值并填充出口压力数据中出现的空缺值。
进一步的，在步骤A3中，包括五个如下特征项：
第一特征项为在|给定压力-出口压力数据|≤1米范围内的出口压力数据的个数的占比；
第二特征项为在|给定压力-出口压力数据|≤3米范围内的出口压力数据的个数的占比；
第三特征项为出口压力数据超出给定压力的最大差值；
第四特征项为出口压力数据低于给定压力的最大差值；
第五特征项为出口压力数据高于给定压力5米的出口压力数据的个数或者出口压力低于给定压力8米的出口压力数据的个数的占比。
进一步的，步骤A5中，采用层次分析法对每一个特征项的单项得分进行处理得到二次供水设备的稳定性得分，具有如下步骤：
步骤A51，对特征项按照重要性进行排序；
步骤A52，根据排序构造判断矩阵以获取每一个特征项的权重；
步骤A53，对特征项的单项得分进行加权求和得到二次供水设备的稳定性评分。
进一步的，步骤A51，对特征项的重要性排序为第一特征项>第二特征项>第五特征项>第三特征项＝第四特征项。
进一步的，设定第五特征项的权重是第三特征项的权重和第四特征项的权重之和，第三特征项的权重和第四特征项的权重相同作为限制条件。
进一步的，在步骤A21中，采用设定数据界限方法或者箱线图方法，并结合变频频率识别出口压力数据中的异常数据。
进一步的，在步骤A22中，以出口压力数据中的众数填充空缺值。
一种二次供水设备供水稳定性的评价系统，应用于前述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法包括：
数据采集模块，用于连续获取在给定压力下二次供水设备的出口压力数据；
预处理模块，连接数据采集模块，用于对出口压力数据进行预处理；
特征计算模块，连接预处理模块，用于根据给定压力和出口压力数据计算与供水稳定性相关的若干特征项的特征值；
第一得分计算模块，连接特征计算模块，用于根据预设得分标准和特征值计算每一个特征项的单项得分；
第二得分计算模块，连接第一得分计算模块，用于对每一个特征项的单项得分进行处理得到二次供水设备的稳定性得分；
评价模块，连接第二得分计算模块，用于将稳定性得分与一预设评价规则进行比较，得到二次供水设备的评价结果并输出。
进一步的，预处理模块包括：
第一识别单元，用于识别出口压力数据中出现的异常数据；
剔除单元，连接识别单元，用于剔除异常数据；
第二识别单元，连接剔除单元，用于识别出口压力数据中出现的空缺值；
填充单元，连接第二识别单元，用于填充出口压力数据中出现的空缺值。
本发明的有益技术效果是：通过分析设备的出口压力数据，建立出口压力稳定性的加权评分模型，为设备的出口压力稳定性评分，从而合理评判设备的供水稳定性，为设备的节能增效、优化设备的PID参数设置、最大化地节能节水、以及设备的性能评估等提供重要参考依据。
附图说明
图1为本发明一种二次供水设备供水稳定性的评价方法的总步骤流程图；
图2为本发明一种二次供水设备供水稳定性的评价方法的预处理步骤流程图；
图3为本发明一种二次供水设备供水稳定性的评价方法的层次分析法步骤流程图；
图4为本发明一种二次供水设备供水稳定性的评价系统的模块示意图；
图5为本发明一种二次供水设备供水稳定性的评价系统预处理模块的模块示意图；
图6为出口压力数据中存在的异常数据和变频频率之间存在的关系示意图。
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，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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1，本发明提供一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，包括如下步骤：
步骤A1，连续获取在给定压力下二次供水设备的出口压力数据；
步骤A2，对出口压力数据进行预处理；
步骤A3，根据给定压力和出口压力数据计算与供水稳定性相关的若干特征项的特征值；
步骤A4，根据预设得分标准和特征值计算每一个特征项的单项得分；
步骤A5对每一个特征项的单项得分进行处理得到二次供水设备的稳定性得分；
步骤A6，将稳定性得分与一预设评价规则进行比较，得到二次供水设备的评价结果并输出。
具体的，在步骤A1中，提取某段时间内连续的出口压力数据。
具体的，在步骤A1中，已有的二次供水设备采集上传数据，采集周期为2s，能够及时反映出口压力的变化情况。
具体的，在步骤A1中，除了从上传的数据中获取出口压力数据之外，还从上传的数据中提取与供水稳定性相关的数据，包括给定压力、变频频率等。
参见图2，进一步的，在步骤A2中，对出口压力数据进行预处理包括：
步骤A21，识别出口压力数据中出现的异常数据并剔除异常数据；
步骤A22，识别出口压力数据中出现的空缺值并填充出口压力数据中出现的空缺值。
具体的，如由于设备停机、人工检修等原因，造成设备采集的数据中可能存在少量不符合供水规律的异常数据，清除这些异常数据以免对后续建立模型造成不良影响。
具体的，采用设定数据界限、箱线图等方法，并结合变频频率识别出口压力数据中存在的异常值。变频频率主要用于此处识别数据中存在的异常值，图6给出了出口压力数据中存在异常数据和变频频率之间存在关系。
具体的，可能由于换泵等原因导致变频频率和出口压力同时出现数据突变，这些突变的数据可能会对后续评判供水稳定性造成不利影响，故需剔除。
具体的，剔除异常数据后，存在少量的空缺值，此外，出口压力数据中存在的空缺值还有可能是由数据传输等原因造成的，以数据的众数填充以免对后续分析造成不良影响。出口压力是围绕在给定压力上下波动的，大部分设备的出口压力的众数就是给定压力，若出口压力的众数不等于给定压力，则说明设备的参数设定出现了问题。
具体的，若想填充这些空缺值，以众数填充对后续分析产生的影响最小。故此处使用出口压力的众数填充空缺值。
进一步的，在步骤A3中，包括五个如下特征项：
第一特征项为在|给定压力-出口压力数据|≤1米范围内的出口压力数据的个数的占比，即给定压力上下1米的出口压力数据占比，公式为len(|gp-op| ≤1)/len(op)；
第二特征项为在|给定压力-出口压力数据|≤3米范围内的出口压力数据的个数的占比，即给定压力上下3米的出口压力数据占比，公式为 len(|gp-op|≤3)/len(op)；
第三特征项为出口压力数据超出给定压力的最大差值，即公式为max(op-gp)；
第四特征项为出口压力数据低于给定压力的最大差值，即公式为 max(gp-op)；以及
第五特征项为出口压力数据高于给定压力5米的出口压力数据的个数或者出口压力低于给定压力8米的出口压力数据的个数的占比，即超出占比，公式为len{(op-gp>5)|(gp-op>8)}/len(op)。
上述公式中，op为OutletPressure(出口压力数据)的缩写，gp为 GivenPressure(给定压力)的缩写；len(op)表示某段时间内获取到的出口压力数据的总个数。
具体的，采用AHP层次分析法构建加权评分模型，AHP(Analytic HierarchyProcess)层次分析法是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。
具体的，在步骤A4中，根据特征等值计算各个特征项的单项得分，参考国标GB/T26003-2010《无负压管网增压稳流给水设备》、GB/T 38594-2020 《管网叠压供水设备》、BG/T 37892-2019《数字集成全变频控制恒压供水设备》和行标CJJ140-2018《二次供水工程技术规程》后，指定预设得分标准。
具体的，预设得分标准如表1-表5所示。
表1，给定压力±1米内占比
占比范围 单项得分
[99％,100％] 100
[97％,99％) 90
[95％,97％) 80
[90％,95％) 60
[0％,90％) 0
即，当前二次供水设备给定压力上下1米的数据占比在99％及以上，则该设备的该特征项单项得分记为100分；若该设备±1米内占比小于90％，则该项不得分，记为0分。
表2，给定压力±3米内占比
占比范围 单项得分
[99％,100％] 100
[98％,99％) 90
[97％,98％) 80
[95％,97％) 60
[0％,95％) 0
即，当前二次供水设备给定压力上下3米的数据占比在99％及以上，则该设备的特征项单项得分记为100分；若该设备±3米内占比小于95％，则该项不得分，记为0分。
表3，出口压力最高超出给定压力(米)
最大差值范围 单项得分
[0,1] 100
(1,3] 80
(3,5] 60
>5 0
即，当前二次供水设备出口压力与给定压力的最大差值的数据在0和1 之间，则该设备的该特征项单项得分记为100分；若该设备最大差值的数据超过5米，则该项不得分，记为0分。
表4，出口压力最小低于给定压力(米)
最大差值范围 单项得分
[0,1] 100
(1,3] 90
(3,5] 80
(5,8] 60
>8 0
即，当前二次供水设备给定压力与超出压力的最大差值的数据在0和1 之间，则该设备的该特征项单项得分记为100分；若该设备最大差值的数据超过8米，则该项不得分，记为0分。
表5，超出占比
占比范围 单项得分
<0.1％ 100
[0.1％,0.15％) 60
≥0.15％ 60
即，当前二次供水设备超出占比低于0.1％，则该设备的特征项单项得分记为100分；若该设备超出占比小于95％，则该项不得分，记为0分。
参见图3，进一步的，步骤A5中，采用层次分析法对每一个特征项的单项得分进行处理得到二次供水设备的稳定性得分，具有如下步骤：
步骤A51，对特征项按照重要性进行排序；
步骤A52，根据排序构造判断矩阵以获取每一个特征项的权重；
步骤A53，对特征项的单项得分进行加权求和得到二次供水设备的稳定性评分。
进一步的，步骤A51，对特征项的重要性排序为第一特征项>第二特征项>第五特征项>第三特征项＝第四特征项。
进一步的，设定第五特征项的权重是第三特征项的权重和第四特征项的权重之和，第三特征项的权重和第四特征项的权重相同作为限制条件。
通过EXCEL构造判断矩阵后，并对判断矩阵进行一致性检验，最终得到设备稳定性得分的计算公式：
稳定性得分＝0.3231*第一特征项的单项得分+0.2697*第二特征项的单项得分+0.2327*第五特征项的单项得分+0.11635*第三特征项的单项得分 +0.11635*第四特征项的单项得分。
具体的，稳定性加权得分满分为100分，稳定性得分为90以上，输出评价结果为优，稳定性得分为80-90，则认为该设备基本符合要求，但存在改进空间，输出评价结果为“良”；稳定性得分为70-80，则认为该设备的稳定性较差，需要改进，输出评价结果为“差”；若设备最终得分小于70分，则认为当前设备完全不符合要求，出口压力不稳定，输出评价结果为“不稳定”。通过上述规则得到的设备稳定性评价能够符合预期要求。
进一步的，在步骤A21中，采用设定数据界限方法或者箱线图方法，并结合变频频率识别出口压力数据中的异常数据。
进一步的，在步骤A22中，以出口压力数据中的众数填充空缺值。
参见图4，本发明还提供一种二次供水设备供水稳定性的评价系统，其特征在于，应用于前述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法包括：
数据采集模块(1)，用于连续获取在给定压力下二次供水设备的出口压力数据；
预处理模块(2)，连接数据采集模块(1)，用于对出口压力数据进行预处理；
特征计算模块(3)，连接预处理模块(2)，用于根据给定压力和出口压力数据计算与供水稳定性相关的若干特征项的特征值；
第一得分计算模块(4)，连接特征计算模块(3)，用于根据预设得分标准和特征值计算每一个特征项的单项得分；
第二得分计算模块(5)，连接第一得分计算模块(4)，用于对每一个特征项的单项得分进行处理得到二次供水设备的稳定性得分；
评价模块(6)，连接第二得分计算模块(5)，用于将稳定性得分与一预设评价规则进行比较，得到二次供水设备的评价结果并输出。
参见图5，进一步的，预处理模块(2)包括：
第一识别单元(21)，用于识别出口压力数据中出现的异常数据；
剔除单元(22)，连接识别单元(21)，用于剔除异常数据；
第二识别单元(23)，连接剔除单元(22)，用于识别出口压力数据中出现的空缺值；
填充单元(24)，连接第二识别单元(23)，用于填充出口压力数据中出现的空缺值。
进一步的，包括五个如下所述特征项：
第一特征项为在|给定压力-出口压力数据|≤1米范围内的所述出口压力数据的个数的占比；
第二特征项为在|给定压力-出口压力数据|≤3米范围内的所述出口压力数据的个数的占比；
第三特征项为所述出口压力数据超出所述给定压力的最大差值；
第四特征项为所述出口压力数据低于所述给定压力的最大差值；
第五特征项为所述出口压力数据高于所述给定压力5米的所述出口压力数据的个数或者所述出口压力低于所述给定压力8米的所述出口压力数据的个数的占比。
进一步的，采用层次分析法对每一个所述特征项的单项得分进行处理得到所述二次供水设备的稳定性得分包括：对所述特征项按照重要性进行排序；根据所述排序构造判断矩阵以获取每一个所述特征项的权重；对所述特征项的所述单项得分进行加权求和得到所述二次供水设备的稳定性评分。
进一步的，对所述特征项的重要性排序为第一特征项>第二特征项>第五特征项>第三特征项＝第四特征项。
进一步的，设定所述第五特征项的权重是所述第三特征项的权重和所述第四特征项的权重之和，所述第三特征项的权重和所述第四特征项的权重相同作为限制条件。
进一步的，采用设定数据界限方法或者箱线图方法，并结合变频频率识别所述出口压力数据中的异常数据。
进一步的，以所述出口压力数据中的众数填充所述空缺值。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A1，连续获取在给定压力下所述二次供水设备的出口压力数据；
步骤A2，对所述出口压力数据进行预处理；
步骤A3，根据所述给定压力和所述出口压力数据计算与供水稳定性相关的若干特征项的特征值；
步骤A4，根据预设得分标准和所述特征值计算每一个所述特征项的单项得分；
步骤A5对每一个所述特征项的单项得分进行处理得到所述二次供水设备的稳定性得分；
步骤A6，将所述稳定性得分与一预设评价规则进行比较，得到所述二次供水设备的评价结果并输出。
2.如权利要求1所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，在所述步骤A2中，对所述出口压力数据进行预处理包括：
步骤A21，识别所述出口压力数据中出现的异常数据并剔除所述异常数据；
步骤A22，识别所述出口压力数据中出现的空缺值并填充所述出口压力数据中出现的空缺值。
3.如权利要求1所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，在所述步骤A3中，包括五个如下所述特征项：
第一特征项为在|给定压力-出口压力|≤1米范围内的所述出口压力数据的个数的占比；
第二特征项为在|给定压力-出口压力|≤3米范围内的所述出口压力数据的个数的占比；
第三特征项为所述出口压力超出所述给定压力的最大差值；
第四特征项为所述出口压力低于所述给定压力的最大差值；
第五特征项为所述出口压力高于所述给定压力5米的所述出口压力数据的个数或者所述出口压力低于所述给定压力8米的所述出口压力数据的个数的占比。
4.如权利要求3所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，所述步骤A5中，采用层次分析法对每一个所述特征项的单项得分进行处理得到所述二次供水设备的稳定性得分，具有如下步骤：
步骤A51，对所述特征项按照重要性进行排序；
步骤A52，根据所述排序构造判断矩阵以获取每一个所述特征项的权重；
步骤A53，对所述特征项的所述单项得分进行加权求和得到所述二次供水设备的稳定性评分。
5.如权利要求4所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，步骤A51，对所述特征项的重要性排序为第一特征项>第二特征项>第五特征项>第三特征项＝第四特征项。
6.如权利要求4所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，设定所述第五特征项的权重是所述第三特征项的权重和所述第四特征项的权重之和，所述第三特征项的权重和所述第四特征项的权重相同作为限制条件。
7.如权利要求2所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，在所述步骤A21中，采用设定数据界限方法或者箱线图方法，并结合变频频率识别所述出口压力数据中的异常数据。
8.如权利要求2所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法，其特征在于，在所述步骤A22中，以所述出口压力数据中的众数填充所述空缺值。
9.一种二次供水设备供水稳定性的评价系统，其特征在于，应用于如权利要求1-8任意一项所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价方法包括：
数据采集模块(1)，用于连续获取在给定压力下所述二次供水设备的出口压力数据；
预处理模块(2)，连接所述数据采集模块(1)，用于对所述出口压力数据进行预处理；
特征计算模块(3)，连接所述预处理模块(2)，用于根据所述给定压力和所述出口压力数据计算与供水稳定性相关的若干特征项的特征值；
第一得分计算模块(4)，连接所述特征计算模块(3)，用于根据预设得分标准和所述特征值计算每一个所述特征项的单项得分；
第二得分计算模块(5)，连接所述第一得分计算模块(4)，用于对每一个所述特征项的单项得分进行处理得到所述二次供水设备的稳定性得分；
评价模块(6)，连接所述第二得分计算模块(5)，用于将所述稳定性得分与一预设评价规则进行比较，得到所述二次供水设备的评价结果并输出。
10.如权利要求9所述的一种二次供水设备供水稳定性的评价系统，其特征在于，预处理模块(2)包括：
第一识别单元(21)，用于识别所述出口压力数据中出现的异常数据；
剔除单元(22)，连接所述识别单元(21)，用于剔除所述异常数据；
第二识别单元(23)，连接所述剔除单元(22)，用于识别所述出口压力数据中出现的空缺值；
填充单元(24)，连接所述第二识别单元(23)，用于填充所述出口压力数据中出现的空缺值。
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