CN114117694A - 供水管网压力监测点布设方法和装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种供水管网压力监测点布设方法和装置及设备，方法包括：获取供水管网铺设区域的地理数据以及供水管网的管网数据；以地理数据为基准，对铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域，并基于多个待布设监测点区域与供水管网的初始分区，确定各待布设监测点区域内的区域节点；根据管网数据构建水力模型，并结合水力模型由各待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点；建立供水管网的地理网络，基于地理网络并结合水力模型由拟布设压力监测点中确定准压力监测点。其在进行供水管网压力监测点的布设时能够根据供水管网的实际运行状况进行不同区域处的压力监测点的布设，有效提高了供水管网压力监测点布设的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及供水管网监测技术领域，尤其涉及一种供水管网压力监测点布设方法和装置及设备。
背景技术
城市供水管网是城市建设重要的基础设施，是赖以生存和发展的物质基础、供水管网为封闭的有压管网，压力管理是管网管理的核心工作之一，实时压力管理能够实现管网在供水压力满足相关规范(不低于0.14MPa)的前提下的平稳运行，降低水锤等因素对运行的不利影响。同时，以平稳合理的压力运行也有助于管网漏失的控制、作为压力管理的数据来源，管网压力监测能够实时掌控管网运行情况，追溯管网历史运行状态，有助于自来水公司了解管网高压、低压区域，了解影响用户压力的相关影响因素，知道调度人员下发调度指令、调整管网运行。因此在压力监测点的选址上，需要选择在水力特性、空间分布、时序变化等方面均具有特征性的点位进行设备布设。
在相关技术中，通常采用依据多年的城市供水管网运行管理经验进行压力监测点的布置，或者是基于供水管网基础数据构建供水管网水力模型进行压力监测点的布设，而不论是从管理经验来说还是从所构建的水力模型来说，在分析判断上都可能会出现偏差，从而使得压力监测点的布设不够精确，最终影响整个供水管网监测系统运行效果的评价分析。
发明内容
有鉴于此，本申请提出了一种供水管网压力监测点布设方法，可以有效提高压力监测点布设结果的精确度。
根据本申请的一方面，提供了一种供水管网压力监测点布设方法，包括：
获取供水管网铺设区域的地理数据以及所述供水管网的管网数据；
以所述地理数据为基准，对所述铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域，并基于多个所述待布设监测点区域与所述供水管网的初始分区，确定各所述待布设监测点区域内的区域节点；
根据所述管网数据构建水力模型，并结合所述水力模型由各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点；
建立所述供水管网的地理网络，基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
在一种可能的实现方式中，获取供水管网铺设区域的地理数据以及所述供水管网的管网数据后，还包括对所述地理数据和所述管网数据进行GIS处理的步骤；
其中，所述地理数据包括所述供水管网所在的基础地形图；
所述管网数据包括管网基础数据和管网运行数据中的至少一种；
所述管网基础数据包括：水厂泵站、加压泵站、减压阀、控制阀门、水表和监测点定位中的至少一种；
所述管网运行数据包括：水厂生产数据、加压泵站运行数据、减压阀控制数据、分区监测点数据、营业收费数据、远传水表数据、水量平衡表、调度运行记录中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，以所述地理数据为基准，对所述铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域时，以所述地理数据中的高程数据作为聚类分析的参考值进行。
在一种可能的实现方式中，以所述地理数据为基准，对所述铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域后，还包括：
判断所述待布设监测点区域的个数是否大于所述供水管网初始分区数量；
在判断出所述待布设监测点区域的个数大于所述初始分区数量时，执行基于多个所述待布设监测点区域与所述供水管网的初始分区，确定各所述待布设监测点区域内的区域节点的步骤。
在一种可能的实现方式中，基于多个所述待布设监测点区域与所述供水管网的初始分区，确定各所述待布设监测点区域内的区域节点，包括：
根据各所述待布设监测点区域和所述初始分区，确定各所述待布设监测点区域的高程点；
根据各所述待布设监测点区域的高程点与各所述待布设监测点区域内的管网数据，确定各所述待布设监测点区域内的区域节点。
在一种可能的实现方式中，结合所述水力模型由各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点时，通过对各所述区域节点的压力分布、高程分布和特征用户分布进行分析的方式进行。
在一种可能的实现方式中，各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点后，还包括：依据所述拟布设压力监测点，通过创建泰森多边形的方式，对各所述拟布设压力监测点进行是否满足供水规范要求的判断的步骤。
在一种可能的实现方式中，建立所述供水管网的地理网络时，还包括根据所述供水管网的运行状态，对所述地理网络进行修正的操作。
在一种可能的实现方式中，根据所述供水管网的运行状态，对所述地理网络进行修正，包括：
获取所述供水管网中的关闭阀门，根据各所述关闭阀门在所述供水管网中的布设，将各所述关闭阀门设置为所述地理网络中的不可连通线要素。
在一种可能的实现方式中，基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点，包括：
获取所述供水管网的初始状态；其中，所述初始状态包括所述供水管网中所布设的压力参考点；
对各所述拟布设压力监测点分别与所述压力参考点进行最短路径计算，并基于最短路径计算结果由所述拟布设压力监测点中确定所述准压力监测点。
在一种可能的实现方式中，基于最短路径计算结果由所述拟布设压力监测点中确定所述准压力监测点，包括：
根据所述最短路径计算结果，获取由所述拟布设压力监测点和所述压力参考点构成的距离矩阵；
对所述距离矩阵进行分析，根据分析结果由所述拟布设压力监测点中确定所述准压力监测点。
在一种可能的实现方式中，基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点后，还包括对所述准压力监测点结果进行时序分析，并根据时序分析结果对所述准压力监测点进行修正的步骤。
在一种可能的实现方式中，对所述准压力监测点结果进行时序分析，并根据时序分析结果对所述准压力监测点进行修正，包括：
根据所述准压力监测点，结合所述供水管网的模型模拟数值，对所述准压力监测点进行标准化处理，构建所述准压力监测点的时间-压力曲线；
根据构建的每相邻两个所述准压力监测点的时间-压力曲线进行相关性分析，得到每相邻两个所述准压力监测点的相关性强度；
对每相邻两个所述准压力监测点的相关性强度与预设强度值进行比较，并根据比较结果对各所述准压力监测点进行修正。
在一种可能的实现方式中，根据比较结果对各所述准压力监测点进行修正，包括：
在相邻两个所述准压力监测点的相关性强度小于所述预设强度值时，保留两个所述准压力监测点；
在相邻两个所述准压力监测点的相关性强度大于或等于所述预设强度值时，剔除相邻两个所述准压力监测点中的任意一个。
根据本申请的另一方面，还提供了一种供水管网压力监测点布设装置，包括：数据获取模块、区域节点确定模块、拟布设监测点筛选模块、地理网络构建模块和准压力监测点确定模块；
所述数据获取模块，被配置为获取供水管网铺设区域的地理数据以及所述供水管网的管网数据；
所述区域节点确定模块，被配置为以所述地理数据为基准，对所述铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域，并基于多个所述待布设监测点区域与所述供水管网的初始分区，确定各所述待布设监测点区域内的区域节点；
所述拟布设监测点筛选模块，被配置为根据所述管网数据构建水力模型，并结合所述水力模型由各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点；
所述地理网络构建模块，被配置为建立所述供水管网的地理网络；
所述准压力监测点确定模块，被配置为基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
根据本申请的另一方面，提供了一种供水管网压力监测点布设设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行上述方法。
通过以供水管网铺设区域的地理数据为基准，对供水管网铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域后，再基于多个待布设监测点区域与供水管网的初始分区确定供水管网中各待布设监测点区域中的区域节点，从而使得在进行供水管网中的压力监测点的布设时能够根据供水管网的实际运行状况进行不同区域处的压力监测点的布设，并且还充分考虑了供水管网现有分区供水对新增压力监测点布设的影响，最终有效提高了供水管网压力监测点布设的准确性。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本申请的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本申请的原理。
图1示出本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法的流程图；
图2示出本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法的另一流程图；
图3示出本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法中初步分析确定拟布设压力监测点的流程图；
图4示出本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法中构建供水管网的地理网络并基于所构建的地理网络进行准压力监测点的确定的流程图；
图5示出本申请实施例的供水管网压力监测点布设装置的结构框图；
图6示出本申请实施例的供水管网压力监测点布设设备的结构框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。
图1示出根据本申请一实施例的供水管网压力监测点布设方法的流程图。如图1所示，该方法包括：步骤S100，获取供水管网铺设区域的地理数据以及供水管网的管网数据。此处，本领域技术人员可以理解的是，供水管网铺设区域指的是供水管网所在的地理位置区域，该铺设区域可以为一所学校、一个生活小区，还可以为某个县城或市区等，具体可以根据实际情况进行具体限定。同时，所获取到的铺设区域的地理数据包括供水管网铺设位置处的基础地形图。
供水管网的管网数据则包括管网基础数据和管网运行数据中的至少一种。其中，管网基础数据包括水厂泵站、加压泵站、减压阀、控制阀门、水表和监测点定位中的至少一种。管网运行数据则包括水厂生产数据、加压泵站运行数据、减压阀控制数据、分区监测点数据、营业收费数据、远传水表数据、水量平衡表、调度运行记录中的至少一种。
在获取供水管网铺设区域的地理数据和供水管网的管网数据之后，即可执行步骤S200，以地理数据为基准，对供水管网铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域，并基于多个待布设监测点区域与供水管网的初始分区，确定各待布设监测点区域内的区域节点。即，通过采用空间聚类分析的方式对供水管网铺设区域进行若干区域的划分，并确定划分后的若干区域内的区域节点。此处应当指出的是，在通过空间聚类分析对供水管网铺设区域进行区域划分得到多个待布设监测点区域后，所得到的待布设监测点区域的个数应当大于供水管网的现有分区数量。区域节点则指的是经过空间聚类分析后得到的各个区域内的高程特征点。
进而再通过步骤S300，根据管网数据构建水力模型，并结合水力模型由各待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点。最后再通过步骤S400，建立供水管网的地理网络，并通过步骤S500，基于地理网络并结合水力模型由拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
由此，本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法，通过以供水管网铺设区域的地理数据为基准，对供水管网铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域后，再基于多个待布设监测点区域与供水管网的初始分区确定供水管网中各待布设监测点区域中的区域节点，从而使得在进行供水管网中的压力监测点的布设时能够根据供水管网的实际运行状况进行不同区域处的压力监测点的布设，并且还充分考虑了供水管网现有分区供水对新增压力监测点布设的影响，最终有效提高了供水管网压力监测点布设的准确性。
同时，在本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法中，还通过建立供水管网的地理网络，将整个供水管网抽象成为地理网络后，再基于所抽象得到的供水管网的地理网络进行最后准压力监测点布设结果的确定时，实现了沿供水管网的长度而非地理长度进行压力监测点的空间分布的测算，这就考虑到了节点距离为沿地理网络的供水管网长度而非线性的地理距离，使得在供水管网上布设的压力监测点更加符合供水管网运行的客观规律，这也就更进一步地提高了供水管网中压力监测点布设的精确度。
其中，需要说明的是，在本申请实施例的方法中，在获取供水管网铺设区域的地理数据以及供水管网的管网数据之后，还包括对地理数据和管网数据进行GIS处理的步骤。
具体的，在获取到前面所述的地理数据和管网数据之后，通过GIS软件(如：QGIS)对获取到的各项数据进行处理，将所获取到的数据置于同一投影坐标系下进行分析。如：针对现状管网运行进行分析，分析管网大流量用户、管网低压区以及水质投诉集中区的分布；以及，以泵站为界，将泵前和泵后的供水区域单独考虑，并结合管网GIS，水表定位，营业收费等数据，完成GIS管网数据的汇总。
也就是说，通过对获取到的数据进行GIS处理后，在以地理数据为基准，对铺设区域进行空间聚类分析，得到的多个待布设监测点区域包括：管网低压区、管网调度压力变化敏感区、大流量用户区、重要国家机关单位区、水质投诉集中区、管网末梢控制点、管网最不利点等中的至少一种。进而，基于多个待布设监测点区域与供水管网的初始分区进行各待布设监测点区域内的区域节点。
进一步地，在以地理数据为基准，对供水管网铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域时，可以以地理数据中的高程数据作为聚类分析的参考值进行。
也就是说，在对供水管网铺设区域进行空间聚类分析时，可以以管网节点的高程作为聚类分析的参考值，利用Iocal Moran’s I值、z得分、伪p值和表示每个具有统计显著性的要素的聚类类型的编码。
其中，z得分和伪p值表示计算出的指数值的统计显著性，考虑到实际分布情况，一般认为p＜0.05(通过95％置信度检测)。如果有明确的水表定位数据和售水量数据，则可以以此部分用水量数据作为聚类分析的修正项。
即，参阅图2，在通过步骤S100，获取供水管网铺设区域的地理数据和供水管网的管网数据后，首先通过步骤S210，基于地理数据中的高程信息进行铺设区域的空间聚类分析，进而再通过步骤S220，基于用水量进行空间聚类分析结果的修正。然后，再通过步骤S230，将多个待布设监测点区域与供水管网的初始分区进行叠加，确定各待布设监测点区域内的区域节点。同时，还通过步骤S310，根据供水管网的管网数据构建水力模型，进而再通过步骤S320，结合水力模型由各待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点。
其中，在以高程数据作为聚类分析的参考值对供水管网铺设区域进行空间聚类分析时，可以直接采用通用的GIS软件(如ArcGIS，SuperMap，QGIS等)，常用的GIS软件均含有基于高程的聚类分析工具条。即，在以高程数据作为聚类分析的参考值对供水管网铺设区域进行空间聚类分析时，可以直接采用本领域常规的GIS软件来实现。因此，在本申请的方法中，对于具体聚类分析过程不再进行赘述。
需要说明的是，在使用常规的GIS软件以高程数据作为聚类分析的参考值对供水管网铺设区域进行空间聚类分析时的具体分析原理为：
空间关联的local Moran's I统计数据如下所示：
其中xi是要素i的属性、
是对应属性的平均值、wi,j是要素i和要素j之间的空间权重，并且
n等于要素的总数目；
统计数据的得分的计算方法如下：
其中
此外，在一种可能的实现方式中，参阅图3，通过上述任一种方式对供水管网铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域后，还包括步骤S221，判断待布设监测点区域的个数是否大于供水管网初始分区数量。
此处，需要说明的是，供水管网初始分区数量指的是在供水管网在进行压力监测点布设之前所初步确定的分区总数。即，供水管网初始分区数量指的是对供水管网的初始区域划分数量。
通过对待布设监测点区域的个数与供水管网初始分区数量的判断，保证了上述供水管网铺设区域通过空间聚类分析后所得到的待布设监测点区域的总数量能够大于或等于供水管网初始分区的数量，这也就有效保证了对供水管网铺设区域进行空间聚类分析的结果的准确性，避免所得到的待布设监测点区域中出现供水管网区域遗漏的情况，从而也就使得对供水管网铺设区域进行区域划分时能够以多于现有分区的方式进行。
在判断出待布设监测点区域的个数大于供水管网初始分区的数量后，即可执行基于待布设监测点区域与供水管网的初始分区，确定各待布设监测点区域中的区域节点的步骤。
进一步地，参阅图3，在基于待布设监测点区域与供水管网的初始分区，确定各待布设监测点区域中的区域节点时，可以通过以下方式来实现。
首先，通过步骤S222，获取供水管网初始分区数据，然后再通过步骤S231，根据待布设监测点区域与供水管网初始分区，确定各待布设监测点区域的高程点。同时，通过步骤S232，获取各待布设监测点区域内的管网数据，最后再执行步骤S233，根据各待布设监测点区域的高程点与各待布设监测点区域内的管网数据，确定待分区域节点。
此处，需要解释说明的是，各待布设监测点区域内的管网数据可以直接由前面收集到的整个供水管网的管网数据中提取得到，提取方式可以采用本领域常规数据提取匹配技术手段来实现，此处不再进行赘述。
同时，还需要说明的是，在待布设监测点区域与供水管网初始分区，确定各待布设监测点区域的高程点时所采用的具体实现方式，以及根据各待布设监测点区域的高程点与各待布设监测点区域内的管网数据，确定待分区域节点的具体实现方式，可以直接依据供水运行经验进行识别并结合通用GIS软件的叠加分析来实现，此处也不进行具体限定。
更进一步地，当通过上述任一种方式得到供水管网的各待布设监测点区域内的区域节点之后，即可结合供水管网的水力模型由各待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点。
此处，需要说明的是，供水管网的水力模型的构建可以在对供水管网铺设区域进行空间聚类分析，确定供水管网铺设区域中各待布设监测点区域内的区域节点过程中同时进行，也可以在确定各待布设监测点区域内的区域节点后进行。也就是说，对于水力模型的构建与对供水管网铺设区域的划分的顺序不进行具体限定。
其中，在构建供水管网的水力模型时，由于管网水力模型是基于真实管网的拓扑关系、管径、管材、流量、压力、水厂泵站出水压力和流量数据，通过管网平差公式算法，利用计算机技术将实体的管网运行情况抽象成数字的点线关系，真实的反应管网流量、压力、流速和压力损失情况。因此，在本申请实施例的方法中，构建供水管网的水力模型时，可以通过以下方式来实现。
首先，利用水力模型软件(如：InfoWork WS)建立供水管网水力模型，并按照管长分配数量的比流量法进行水量分配，假设去除大用户流量以外的用水量均匀分配在管线上，则可以计算出单位长度管线承担的供水量。即，比流量为：
式中，qs为比流量，单位为L/(s·m)；Q为管网总用水量，单位为L/s；Σq为大用户用水量总和，单位为L/s；Σl为管线总长度，单位为m。
从比流量可求出各管段的沿线流量为：
ql＝qs·l (2)
式中，ql为沿线流量，单位为L/s；l为供水管网中各管段的长度，单位为m。
根据水力学的一个简化结论，从沿线流量可以得到任意一个节点的节点流量为：
qi＝0.5∑ql (3)
即，任一节点i的节点流量qi等于与该节点相连各管段的沿线流量ql总和的一半。
由此，根据现状供水、用水情况，搭建管网水力模型，并利用校核点进行模型校核，使得模型能够较为真实的反映该自来水公司的供水和用水情况。
此处，需要指出的是，对所构建的水力模型进行校核时所利用的校核点一般指的是利用已有流量、压力数据等。即，利用已有流量、压力数据进行水力模型的校核。具体的，可以利用模拟数值和实际测量值进行比对分析，同时根据差异性进行模型参数的调节。通常情况下，一般校核可以采用表1和表2所示的规范来进行。
表1水力模型压力校验标准表
| 压力参数 | 差值 |
| 校验节点的100％ | ＜2米 |
| 校验节点的80％ | ＜1—1.5米 |
| 校验节点的50％ | ＜1米 |
表2水力模型流量校验标准表
| 流量参数 | 差值 |
| 管道流量＞总需水量的1％ | 实测流量的5％ |
| 管道流量＞总需水量的0.5％ | 实测流量的10％ |
进一步地，在一种可能的实现方式中，结合供水管网的水力模型由各待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点时，可以通过对各区域节点的压力分布、高程分布和特征用户分布进行分析的方式进行。
具体的，参阅图3，首先通过步骤S310，将构建的水力模型与前面所得到的待布设监测点区域的区域节点进行叠加。此处，需要解释说明的是，将水力模型与各待布设监测点区域的区域节点进行叠加指的是将各待布设监测区域的区域节点与水力模型进行空间叠加分析，并将模型结果赋值给叠加点，进而再分别通过步骤S321至步骤S323，对叠加区域内的各区域节点分别从压力特征点、高程特征点和特征用户点这三方面进行分析，从而由各待布设监测点区域内的区域节点中筛选出初步的拟布设压力监测点。
其中，对叠加区域内的区域节点分别从压力、高程和特殊用户三个方面进行分析时的具体过程可以采用本领域的常规技术手段来实现，如：直接采用通用GIS软件(如ArcGIS，SuperMap，QGIS)，GIS软件均含有叠加分析工具，可以直接利GIS工具实现不同要素的加权叠加，此处不再进行赘述。
同时，还需要指出的是，在由各待布设监测点区域的区域节点中筛选出初步的拟布设压力监测点之后，还可以包括对所筛选出的拟布设压力监测点进行评估的步骤。
即，参阅图3，通过步骤S330，基于初步筛选出的拟布设压力监测点进行供水管网现状运行状态的评估。在评估出供水管网现状运行状态正常时，则,通过步骤S340，直接输出当前筛选出的拟布设压力监测点作为初步筛选结果。在评估出供水管网现状运行状态不正常时，则返回步骤S310，重新结合水力模型由各待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点。
其中，基于初步筛选出的拟布设压力监测点进行供水管网现状运行状态的评估时，可以通过依据拟布设压力监测点，通过创建泰森多边形的方式，对各拟布设压力监测点进行是否满足供水规范要求的判断的方式来实现。
更加具体的，据初步筛选出来的拟布设压力监测点，通过创建泰森多边形的方法，判断每个在线监测点(即，每个拟布设压力监测点)的监测面积，具体方法如下：
S是坐标或欧氏空间(x,y)中点的集合，对于该空间中的任意点p，S中有一个与p相距最近的点，除非点p与S中的两个或多个点的距离相等。
由到S中的单个点的距离最近的所有点p定义单个邻近多边形(Voronoi像元)，即所有点p到S中的给定点的距离比到S中的任何其他点的距离都近的全部区域。
在所有点中划分出符合Delaunay准则的不规则三角网(TIN)。
三角形各边的垂直平分线即可形成泰森多边形的边，平分线的交点决定泰森多边形折点的位置。
需要指出的是，在上述进行泰森多边形的创建时，同样也可以直接采用GIS软件中所包含的泰森多边形生成工具，通过GIS软件中所含有的泰森多边形生成工具自动生成来实现，此处也不再进行赘述。
计算得到泰森多边形后，需要与供水区域的GIS数据进行叠加分析(Intersect方法)，并计算叠加后的泰森多边形面积。如果多边形面积小于规范要求，则需要返回步骤S200，重新对供水管网铺设区域进行空间聚类分析。
也就是说，参阅图2，在通过步骤S320，通过结合水力模型由给待布设监测点区域的区域节点中筛选出拟布设压力监测点后，再通过步骤S330，对初步筛选出的拟布设压力监测点进行空间分布分析，在分析结果为当前筛选出的拟布设压力监测点不满足规范要求时，返回步骤S200，重新进行供水管网铺设区域的空间聚类分析。在分析结果为当前筛选出的拟布设压力监测点满足规范要求时，则可以将当前筛选出的拟布设压力监测点作为初步筛选结果输出。
更进一步地，在构建供水管网的地理网络时，可以通过将各拟布设压力监测点之间的管网距离转换为地理网络中基于连通性的路径问题的方式进行。同时，参阅图2，在一种可能的实现方式中，通过步骤S400，构建得到供水管网的地理网络之后，还包括步骤S410，根据供水管网的运行状态，对所述地理网络进行修正的操作。
具体的，根据供水管网的运行状态，对地理网络进行修正时，包括：获取供水管网中的关闭阀门，根据各关闭阀门在供水管网中的布设，将各关闭阀门设置为地理网络中的不可连通线要素。即，将供水管网中的关闭阀门作为地理网络中的不可连通线要素，对抽象得到的地理网络进行连通性的修正。
其中，在将各拟布设压力监测点之间的管网距离转换为地理网络中基于连通性的路径问题时，在进行相邻测点之间连通性计算时，可以采用Dijkstra方法来实现。
具体的，采用Dijkstra方法进行相邻测点之间的连通性的计算时，可以包括以下步骤：
首先，假设每个顶点都有一个编号(dj，pj)，其中dj是从起点s到终点j的最短路径长度；pj则是从s到j的最短路径中s的前一点，具体算法如下：
设定全集为所有点位(即，所有拟布设压力监测点)，构建集合S，初始时集合只包含起点s(s为由所有拟布设压力监测点中选取的任意一点)，即S＝{s}，构建集合U，U为集合S的补集；设置起始点ds＝0，pj为空；其他点位d＝∞，pi为空；
标记起始点s，记k＝s，剩余点位均位于集合U中；
检验集合S中所有点到其直接连接的标记点j的距离，并设置
dj＝min[dj,dk+lkj]；
lkj是从点k到点j直接连接的距离。
选取下一个点。从集合U中，选择dj最小的一个i，点i就被选择为最短路径中的一个点，并被加入集合S，即S＝{s,……k}，同时从集合U中剔除元素{k}。
dj＝min[dj,j为集合U中的点位]
通过i点的编号(di，pi)，找到i的前一点。从已标记的点中找到直接连接到i的点j*，并设置i＝j*，标记点i。重复进行。如果所有点被添加至集合S中，则算法结束；否则记k＝i，并继续进行下一个测点的距离计算。
建立地理网络并分析后，得到测点与其他测点的沿管网距离，根据供水实际运行情况，设定对应的距离参数并比较，如果不符合距离要求，则返回初步筛选拟布设压力监测点的步骤，重新执行结合水力模型由各待布设监测点区域的区域节点中筛选出拟布设压力监测点。
也就是说，在基于地理网络并结合水力模型由拟布设压力监测点中确定准压力监测点时，可以通过以下方式来实现。
首先，获取供水管网的初始状态；其中，初始状态包括供水管网中所布设的压力参考点。然后，对各拟布设压力监测点分别与压力参考点进行最短路径计算，并基于最短路径计算结果由拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
其中，基于最短路径计算结果由拟布设压力监测点中确定准压力监测点，包括：根据最短路径计算结果，获取由拟布设压力监测点和压力参考点构成的距离矩阵；对距离矩阵进行分析，根据分析结果由拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
具体的，参阅图4，在构建供水管网的地理网络，并基于所构建的地理网络结合水力模型由拟布设压力监测点中确定准压力监测点时，首先通过步骤S400，创建供水管网的地理网络。此处，本领域技术人员可以理解的是，在创建供水管网的地理网络时可以采用本领域的常规技术手段来实现，如：直接使用GIS软件中所包含的地理网络分析工具来实现，此处不进行具体限定。所需要注意的是，在本申请实施例的方法中，使用GIS软件中的地理网络分析工具进行供水管网的地理网络的创建时，需要将泵站和阀门匹配值地理网络工具中的障碍/连接点要素，以实现对所创建的供水管网的地理网络进行修正。
即，通过步骤S410，根据供水管网中的泵站的设置以及关闭阀门的设置，在地理网络中增加相应的泵站和关闭阀门，实现对地理网络的修正。
接着，再通过步骤S510，判断供水管网在线压力体系完善度。此处，需要解释说明的是，对供水管网在线压力体系完善度的判断，指的是对供水管网中压力监测点布设的初始状态的判断。即，判断供水管网中是否存在初始布设的压力参考点。
在判断出供水管网中存在初始布设的压力参考点时，则执行步骤S522，选取供水管网中所布设的初始压力参考点，在判断出供水管网中不存在初始布设的压力参考点时，则执行步骤S521，基于水力模型模拟初选出相应的压力参考点。
进而，再通过对每一个拟布设压力监测点分别与每个压力参考点进行距离计算，得到每个拟布设压力监测点与各压力参考点之间的距离，并根据所得到的距离结果提取出各拟布设压力监测点的最短距离所对应的压力参考点。将距离最短的各拟布设压力监测点与对应的压力参考点构成距离矩阵，并通过对距离矩阵分析，来实现由拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
其中，对每一个拟布设压力监测点分别与每个压力参考点进行距离计算时，可以通过步骤S523，由拟布设压力监测点集合中任意选取一个拟布设压力监测点作为计算起算点。
然后，通过步骤S524，计算当前选取的拟布设压力监测点与各压力参考点之间的距离，并由计算得到的距离结果中提取出最短距离，确定该最短距离下与当前选取的拟布设压力监测点对应的压力参考点。
接着，通过步骤S525，判断拟布设压力监测点集合中剩余点数是否为零。即，判断拟布设压力监测点集合中各拟布设压力监测点是否均已进行最短路径的计算。
在判断出拟布设压力监测点集合中还存在未进行最短路径计算的拟布设压力监测点时，则返回步骤S524，继续进行下一拟布设压力监测点的最短路径的计算。
在判断出拟布设压力监测点集合中的各拟布设压力监测点均已完成最短路径的计算之后，则执行步骤S526，构建拟布设压力监测点与最短路径下的压力参考点形成的距离矩阵。并通过步骤S527，对构建得到的距离矩阵进行分析。进而再根据分析结果由拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
此处，需要解释说明的是，对构建得到的距离矩阵进行分析具体指的就是根据供水管网实际运行情况，对各拟布设压力监测点的最短距离与对应设定的距离参数进行比较。如果符合距离要求(即，各拟布设压力监测点的最短距离小于对应设定的距离参数)，则保留该拟布设压力监测点作为准压力监测点。如果不符合距离要求，则重新进行拟布设压力监测点的初步筛选。
另外，为了更进一步地提高本申请供水管网压力监测点布设结果的精确度，参阅图2，在通过以上任一所述的方式确定供水管网中的准压力监测点之后，还包括步骤S600，对准压力监测点结果进行时序分析，并根据时序分析结果对准压力监测点进行修正的步骤。
其中，在一种可能的实现方式中，对准压力监测点结果进行时序分析，并根据时序分析结果对准压力监测点进行修正，包括：首先，根据准压力监测点，结合供水管网的模型模拟数值(此处模拟数值指的是水力模型模拟得到的流量值和压力值)，对准压力监测点进行标准化处理，构建准压力监测点的时间-压力曲线。然后，根据构建的每相邻两个准压力监测点的时间-压力曲线进行相关性分析，得到每相邻两个准压力监测点的相关性强度。接着，对每相邻两个准压力监测点的相关性强度与预设强度值进行比较，并根据比较结果对各准压力监测点进行修正。
进一步地，根据比较结果对各准压力监测点进行修正时，可以通过以下方式进行。即，在相邻两个准压力监测点的相关性强度小于预设强度值时，保留两个准压力监测点。在相邻两个准压力监测点的相关性强度大于或等于预设强度值时，剔除相邻两个准压力监测点中的任意一个。
也就是说，根据所得符合距离要求的测点，结合模型模拟数值，进行标准化处理，对序列x1,x2……xn进行变换：
构建该测点的时间-压力曲线，并和相邻测点的时间-压力数据进行相关性分析，r值介于-1到1之间，绝对值越大表明相关性越强。如果r值的绝对值大于相关性设定值时，则表明当前的准压力监测点与其相邻的准压力监测点的相关性较强，此时则可以由这两个准压力监测点中选取一个监测点即可。如：可以将当前修正的该准压力监测点删除，保留其相邻的准压力监测点即可。
其中，本领域技术人员可以理解的是，上述x1,x2……xn序列指的是当前所确定的准压力监测点序列。
由此，本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法，通过对所确定的准压力监测点进行时序性分析，实现了考虑到测点之间的关联性进行时间角度评估的目的。在实际运行中，部分压力点位之前存在强相关性，如果两个相邻点位的模拟拟合后的24小时压力变化曲线的相关性系数接近于1，可以认为两点位压力点位可以互相代替。选择与相邻点位相关性弱或无相关性(较为少见)的点位有助于提高设备数据的参考价值，最终更进一步地提高了供水管网压力监测点布设结果的精确度。
相应的，基于前面任一所述的供水管网压力监测点布设方法，本申请还提供了一种供水管网压力监测点布设装置。由于本申请提供的供水管网压力监测点布设装置的工作原理与本申请的供水管网压力监测点布设方法的原理相同或相似，因此重复之处不再赘述。
参阅图5，本申请提供的供水管网压力监测点布设装置，包括数据获取模块、区域节点确定模块、拟布设监测点筛选模块、地理网络构建模块和准压力监测点确定模块。其中，数据获取模块，被配置为获取供水管网铺设区域的地理数据以及初始分区供水管网的管网数据。区域节点确定模块，被配置为以初始分区地理数据为基准，对初始分区铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域，并基于多个初始分区待布设监测点区域与初始分区供水管网的初始分区，确定各初始分区待布设监测点区域内的区域节点。拟布设监测点筛选模块，被配置为根据初始分区管网数据构建水力模型，并结合初始分区水力模型由各初始分区待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点。地理网络构建模块，被配置为建立初始分区供水管网的地理网络。准压力监测点确定模块，被配置为基于初始分区地理网络并结合初始分区水力模型由初始分区拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
更进一步地，根据本申请的另一方面，还提供了一种供水管网压力监测点布设设备200。参阅图6，本申请实施例的供水管网压力监测点布设设备200包括处理器210以及用于存储处理器210可执行指令的存储器220。其中，处理器210被配置为执行可执行指令时实现前面任一所述的供水管网压力监测点布设方法。
此处，应当指出的是，处理器210的个数可以为一个或多个。同时，在本申请实施例的供水管网压力监测点布设设备200中，还可以包括输入装置230和输出装置240。其中，处理器210、存储器220、输入装置230和输出装置240之间可以通过总线连接，也可以通过其他方式连接，此处不进行具体限定。
存储器220作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序和各种模块，如：本申请实施例的供水管网压力监测点布设方法所对应的程序或模块。处理器210通过运行存储在存储器220中的软件程序或模块，从而执行供水管网压力监测点布设设备200的各种功能应用及数据处理。
输入装置230可用于接收输入的数字或信号。其中，信号可以为产生与设备/终端/服务器的用户设置以及功能控制有关的键信号。输出装置240可以包括显示屏等显示设备。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种供水管网压力监测点布设方法，其特征在于，包括：
获取供水管网铺设区域的地理数据以及所述供水管网的管网数据；
以所述地理数据为基准，对所述铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域，并基于多个所述待布设监测点区域与所述供水管网的初始分区，确定各所述待布设监测点区域内的区域节点；
根据所述管网数据构建水力模型，并结合所述水力模型由各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点；
建立所述供水管网的地理网络，基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取供水管网铺设区域的地理数据以及所述供水管网的管网数据后，还包括对所述地理数据和所述管网数据进行GIS处理的步骤；
其中，所述地理数据包括所述供水管网所在的基础地形图；
所述管网数据包括管网基础数据和管网运行数据中的至少一种；
所述管网基础数据包括：水厂泵站、加压泵站、减压阀、控制阀门、水表和监测点定位中的至少一种；
所述管网运行数据包括：水厂生产数据、加压泵站运行数据、减压阀控制数据、分区监测点数据、营业收费数据、远传水表数据、水量平衡表、调度运行记录中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述地理数据为基准，对所述铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域时，以所述地理数据中的高程数据作为聚类分析的参考值进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结合所述水力模型由各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点时，通过对各所述区域节点的压力分布、高程分布和特征用户分布进行分析的方式进行。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点后，还包括：依据所述拟布设压力监测点，通过创建泰森多边形的方式，对各所述拟布设压力监测点进行是否满足供水规范要求的判断的步骤。
6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，建立所述供水管网的地理网络时，还包括根据所述供水管网的运行状态，对所述地理网络进行修正的操作。
7.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点，包括：
获取所述供水管网的初始状态；其中，所述初始状态包括所述供水管网中所布设的压力参考点；
对各所述拟布设压力监测点分别与所述压力参考点进行最短路径计算，并基于最短路径计算结果由所述拟布设压力监测点中确定所述准压力监测点。
8.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点后，还包括对所述准压力监测点结果进行时序分析，并根据时序分析结果对所述准压力监测点进行修正的步骤。
9.一种供水管网压力监测点布设装置，其特征在于，包括：数据获取模块、区域节点确定模块、拟布设监测点筛选模块、地理网络构建模块和准压力监测点确定模块；
所述数据获取模块，被配置为获取供水管网铺设区域的地理数据以及所述供水管网的管网数据；
所述区域节点确定模块，被配置为以所述地理数据为基准，对所述铺设区域进行空间聚类分析，得到多个待布设监测点区域，并基于多个所述待布设监测点区域与所述供水管网的初始分区，确定各所述待布设监测点区域内的区域节点；
所述拟布设监测点筛选模块，被配置为根据所述管网数据构建水力模型，并结合所述水力模型由各所述待布设监测点区域内的区域节点中筛选出拟布设压力监测点；
所述地理网络构建模块，被配置为建立所述供水管网的地理网络；
所述准压力监测点确定模块，被配置为基于所述地理网络并结合所述水力模型由所述拟布设压力监测点中确定准压力监测点。
10.一种供水管网压力监测点布设设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令时实现权利要求1至8中任意一项所述的方法。
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| CN202111300762.XA CN114117694A (zh) | 2021-11-04 | 2021-11-04 | 供水管网压力监测点布设方法和装置及设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116542495A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-08-04 | 浙江和达科技股份有限公司 | 一种基于数据挖掘的智能供水调度方法、装置及电子设备 |
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2021
- 2021-11-04 CN CN202111300762.XA patent/CN114117694A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116542495A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-08-04 | 浙江和达科技股份有限公司 | 一种基于数据挖掘的智能供水调度方法、装置及电子设备 |
| CN116542495B (zh) * | 2023-07-05 | 2024-02-23 | 浙江和达科技股份有限公司 | 一种基于数据挖掘的智能供水调度方法、装置及电子设备 |
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