CN114198644B - 一种基于dma监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，所述基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法包括以下步骤：将供水管网划分为若干个独立计量区DMA；在每个所述独立计量区DMA内设置数据采集设备收集供水数据；基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型；基于所述仿真模型计算得到各个所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率；根据各所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率确定出现漏损的所述独立计量区DMA，并派人巡检进行修复。本发明通过DMA分区方法将供水管网分成若干独立计量区，通过供水数据建立供水管网的仿真模型并计算出漏损率与管网漏失率，确定出各计量区域的漏损水平，便于及时发现需进行漏损处置的计量区域。
Description
技术领域
本发明属于供水系统技术领域，尤其涉及一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法。
背景技术
供水管网漏损是一个全球性的问题，根据文献报道，目前全球平均管网漏损率(从管网中漏掉的水量除以供水总量)为35％。因此，为了节约水资源，实现可持续发展，必须降低管网漏损。管网漏损发生的原因有很多，如管道主体破损、管道连接处破损、管道附件(闸、阀、消火栓等)漏水等。
目前的管网泄漏检测仍以人工巡检的方式为主，在现场利用听音杆、电子听漏仪或者相关仪进行泄漏点查找，对检测人员的经验要求很高，人员投入成本高、时效差、定位慢等问题十分显著，容易产生马路拉链，经常破坏和占用路面，给人民的生活带来了很多不便。
因此，有必要提供一种新的基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，包括以下步骤：
将供水管网划分为若干个独立计量区DMA；
在每个所述独立计量区DMA内设置数据采集设备收集供水数据；
基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型；
基于所述仿真模型计算得到各个所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率，所述漏损率漏损率的计算方式如下：
Als＝Azh-Axz；
Azh＝(Bz-By)/Bz×100％；
Axz＝A1+A2+A3+A4；
式中：Als为漏损率，Azh为综合漏损率，Axz为总修正值；
Bz为供水总量，By为注册用户用水量；
A1为居民抄表到户水量的修正值，A1＝0.09r×100％，r为居民抄表到户水量占总供水量比例；
A2为单位供水管道长的修正值，A2＝0.99(C/Bz－0.0693)×100％；C为管道长度；
A3为年平均出厂管道压力的修正值；
A4为最大冻土深度的修正值；
所述管网漏失率的计算方式如下：
Dls＝(Ejl/Bzp)×100％；
其中Dls为管网漏失率，Ejl为设定时间内平均夜间净流量，Bzp为设定时间内平均供水总量；
根据各所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率，大于预设值即可确定出现漏损的所述独立计量区DMA，并派人巡检进行修复。
作为本发明的进一步优化方案，将供水管网划分为若干个独立计量区DMA的具体步骤如下：
建立供水管网的水力模型，确定供水管网的相似度矩阵；
确定供水管网DMA分区数目的区间；
确定最终的分区数目并对供水管网进行分区。
作为本发明的进一步优化方案，对供水管网进行分区具体步骤是：
确定好分区数目后，通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分割为对应数目的相对独立的区域；
区域划分好以后，进行闭水试验，分别关闭每个区域边界处的阀门，如区域内水压迅速下降，其他区域水压不受影响，打开阀门后压力恢复正常，证明该分区是封闭的，否则应核实管网实际路由，重新分区；
确认分区的封闭性以后，确定新设阀门和新管段的位置和参数，选定数据采集设备安装位置和参数，统计需要关闭的边界阀门。
作为本发明的进一步优化方案，计算供水管网中两节点间管段的相似度值的公式如下：
Sab＝FabGabHab，此公式为节点a和节点b相连接；
Sab＝0，此公式为节点a和节点b不连接；
其中，Sab为节点a、b之间管段的相似度值；
Fab为节点a、b之间管段的管径；
Gab为节点a、b之间管段的流量；
Hab为节点a、b之间管段的长度。
作为本发明的进一步优化方案，采用SC算法对供水管网进行分区，使处于同一DMA分区内的节点相似程度高，不同DMA分区内的节点差异大。
作为本发明的进一步优化方案，通过分区结构模块度、分区规模均匀性和分区后边界管段的数量确定最终的分区数目。
作为本发明的进一步优化方案，所述供水数据包括所述独立计量区DMA内的流量数据、用户用水量数据、入口节点压力数据及管道参数。
作为本发明的进一步优化方案，基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型具体包括：
根据所供水数据建立初步仿真模型；
改变供水管网的运行状态，获取各个所述独立计量区DMA内的供水数据；
将改变后的供水数据与所述初步仿真模型的模拟值进行匹配，根据匹配结果，校正所述初步仿真模型，得到最终的仿真模型。
作为本发明的进一步优化方案，每个所述独立计量区DMA仅留一至两个入口与外界供水管网连通，每个所述独立计量区DMA的规模范围为一千至五千个用水户。
作为本发明的进一步优化方案，所述夜间净流量采用统计法获得，具体步骤是：
根据供水数据计算每个计量区域的最小夜间流量MNF数据；
对MNF数据进行异常数据剔除后，使用Kolmogor-Smirnov正态检验法进行检验；
取置信区间(J-2K，J+2K)作为夜间净流量，其中J为均值，K为标准差。
本发明的有益效果在于：
本发明通过DMA分区方法将供水管网分成若干独立计量区，通过供水数据建立供水管网的仿真模型并计算出漏损率与管网漏失率，通过漏损率与管网漏失率两项综合指标评价算法，确定出各计量区域的漏损水平，利用少量设备实现供水管网漏损的管控，节省人力资源，不需要专职检漏人员，便于及时发现需进行漏损处置的计量区域，能够在开挖前确定泄漏点位置，有效减少误开挖，减少马路拉链，节省开挖和恢复路面成本，减少对交通的影响，节约成本。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中将供水管网划分为若干个独立计量区DMA的流程图；
图3是本发明中对供水管网进行分区的流程图；
图4是本发明中基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型的流程图；
图5是本发明中获取平均夜间净流量的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1-5所示，一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，包括以下步骤：
将供水管网划分为若干个独立计量区DMA；
在每个所述独立计量区DMA内设置数据采集设备收集供水数据，所述供水数据包括所述独立计量区DMA内的流量数据、用户用水量数据、入口节点压力数据及管道参数；
基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型；
基于所述仿真模型计算得到各个所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率，所述漏损率漏损率的计算方式如下：
Als＝Azh-Axz；
Azh＝(Bz-By)/Bz×100％；
Axz＝A1+A2+A3+A4；
式中：Als为漏损率，Azh为综合漏损率，Axz为总修正值；
Bz为供水总量，By为注册用户用水量；
A1为居民抄表到户水量的修正值，A1＝0.09r×100％，r为居民抄表到户水量占总供水量比例；
A2为单位供水管道长的修正值，A2＝0.99(C/Bz－0.0693)×100％；C为管道长度；
A3为年平均出厂管道压力的修正值；
A4为最大冻土深度的修正值；
所述管网漏失率的计算方式如下：
Dls＝(Ejl/Bzp)×100％；
其中Dls为管网漏失率，Ejl为设定时间内平均夜间净流量，Bzp为设定时间内平均供水总量；
根据各所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率，大于预设值即可确定出现漏损的所述独立计量区DMA，并派人巡检进行修复。
将供水管网划分为若干个独立计量区DMA的具体步骤如下：
建立供水管网的水力模型，确定供水管网的相似度矩阵，其具体步骤为：将供水管网看作是由节点和管段构成的无向图模型，可以由G＝(V，E)表示，其中G表示供水管网拓扑图，V表示管网中节点的集合，E表示管段的集合；应用EEANEE-MaElab-EoolEiE-2.2.0在MAELAB环境下调用EEANEE2.2进行管网水力模拟，获取管网的基础数据(例如管径、流量与管长等)；定义供水管网中两节点间的相似度值；引入节点自然邻对两节点之间的相似度值进行修正；确定供水管网拓扑结构的相似度值矩阵；
确定供水管网DMA分区数目的区间，通过分区结构模块度、分区规模均匀性和分区后边界管段的数量确定最终的分区数目，其具体步骤为：确定单个DMA户数的范围，根据当地的人口数量确定出供水管网DMA分区数目的区间；
确定最终的分区数目并对供水管网进行分区，采用SC算法对供水管网进行分区，使处于同一DMA分区内的节点相似程度高，不同DMA分区内的节点差异大，其具体步骤为：将似矩阵的每行元素相加，即得到该顶点的度，以所有度值为对角元素构成的对角矩阵即为度矩阵；通过相似度值矩阵和度矩阵得到拉普拉斯矩阵；将拉普拉斯矩阵作规范化处理；将供水管网按照区间内所有分区数目进行分区。
对供水管网进行分区具体步骤是：
确定好分区数目后，通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分割为若干个相对独立的区域，使得每个区域的进水口和出水口数量减少，最优的结果是每个分区只有一个入口、没有出口；
区域划分好以后，进行闭水试验，分别关闭每个区域边界处的阀门，如区域内水压迅速下降，其他区域水压不受影响，打开阀门后压力恢复正常，证明该分区是封闭的，否则应核实管网实际路由，重新分区；
确认分区的封闭性以后，在每个区域管网的入口和出口安装多功能漏损监测仪，监测分区的出入流量和压力值。
将整个供水管网区域进行封闭性分区，这样可以减少成本投入，而且单一设备误差更小，有助于提高计量精度。但也要尽量减少阀门关闭的数量，使现存管网的水力学特性改变最小。分区内用水户数一般以1000-5000户为宜，地域面积控制在1平方公里以内；分区的目的是将整个区域划分主次，突出重点，减小计量误差，更加精细化监测。
计算供水管网中两节点间管段的相似度值的公式如下：
Sab＝FabGabHab，此公式为节点a和节点b相连接；
Sab＝0，此公式为节点a和节点b不连接；
其中，Sab为节点a、b之间管段的相似度值；
Fab为节点a、b之间管段的管径；
Gab为节点a、b之间管段的流量；
Hab为节点a、b之间管段的长度。
基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型具体包括：
根据所供水数据建立初步仿真模型；
改变供水管网的运行状态，获取各个所述独立计量区DMA内的供水数据；
将改变后的供水数据与所述初步仿真模型的模拟值进行匹配，根据匹配结果，校正所述初步仿真模型，得到最终的仿真模型。
所述夜间净流量采用统计法获得，具体步骤是：
根据供水数据计算每个计量区域的最小夜间流量MNF数据；
对MNF数据进行异常数据剔除后，使用Kolmogor-Smirnov正态检验法进行检验；
取置信区间(J-2K，J+2K)作为夜间净流量，其中J为均值，K为标准差。
本发明还提供了提供了一种计算机程序，所述计算机程序可被处理器调用使通信设备执行上述任意方法实施例中的供水管网探漏管控方法。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任意方法实施例中的供水管网探漏管控方法。
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于，包括以下步骤：
将供水管网划分为若干个独立计量区DMA；
在每个所述独立计量区DMA内设置数据采集设备收集供水数据；
基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型；
基于所述仿真模型计算得到各个所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率，所述漏损率漏损率的计算方式如下：
Als＝Azh-Axz；
Azh＝(Bz-By)/Bz×100％；
Axz＝A1+A2+A3+A4；
式中：Als为漏损率，Azh为综合漏损率，Axz为总修正值；
Bz为供水总量，By为注册用户用水量；
A1为居民抄表到户水量的修正值，A1＝0.09r×100％，r为居民抄表到户水量占总供水量比例；
A2为单位供水管道长的修正值，A2＝0.99(C/Bz－0.0693)×100％；C为管道长度；
A3为年平均出厂管道压力的修正值；
A4为最大冻土深度的修正值；
所述管网漏失率的计算方式如下：
Dls＝(Ejl/Bzp)×100％；
其中Dls为管网漏失率，Ejl为设定时间内平均夜间净流量，Bzp为设定时间内平均供水总量；
根据各所述独立计量区DMA的漏损率和管网漏失率，大于预设值即可确定出现漏损的所述独立计量区DMA，并派人巡检进行修复。
2.根据权利要求1所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：将供水管网划分为若干个独立计量区DMA的具体步骤如下：
建立供水管网的水力模型，确定供水管网的相似度矩阵；
确定供水管网DMA分区数目的区间；
确定最终的分区数目并对供水管网进行分区。
3.根据权利要求2所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：对供水管网进行分区具体步骤是：
确定好分区数目后，通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分割为对应数目的相对独立的区域；
区域划分好以后，进行闭水试验，分别关闭每个区域边界处的阀门，如区域内水压迅速下降，其他区域水压不受影响，打开阀门后压力恢复正常，证明该分区是封闭的，否则应核实管网实际路由，重新分区；
确认分区的封闭性以后，确定新设阀门和新管段的位置和参数，选定数据采集设备安装位置和参数，统计需要关闭的边界阀门。
4.根据权利要求2所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：计算供水管网中两节点间管段的相似度值的公式如下：
Sab＝FabGabHab，此公式为节点a和节点b相连接；
Sab＝0，此公式为节点a和节点b不连接；
其中，Sab为节点a、b之间管段的相似度值；
Fab为节点a、b之间管段的管径；
Gab为节点a、b之间管段的流量；
Hab为节点a、b之间管段的长度。
5.根据权利要求4所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：采用SC算法对供水管网进行分区，使处于同一DMA分区内的节点相似程度高，不同DMA分区内的节点差异大。
6.根据权利要求5所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：通过分区结构模块度、分区规模均匀性和分区后边界管段的数量确定最终的分区数目。
7.根据权利要求1所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：所述供水数据包括所述独立计量区DMA内的流量数据、用户用水量数据、入口节点压力数据及管道参数。
8.根据权利要求1所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：基于所述供水数据建立供水管网的仿真模型具体包括：
根据所供水数据建立初步仿真模型；
改变供水管网的运行状态，获取各个所述独立计量区DMA内的供水数据；
将改变后的供水数据与所述初步仿真模型的模拟值进行匹配，根据匹配结果，校正所述初步仿真模型，得到最终的仿真模型。
9.根据权利要求1所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：每个所述独立计量区DMA仅留一至两个入口与外界供水管网连通，每个所述独立计量区DMA的规模范围为一千至五千个用水户。
10.根据权利要求1所述的一种基于DMA监测相关流量数据的供水管网探漏管控方法，其特征在于：所述平均夜间净流量采用统计法获得，具体步骤是：
根据供水数据计算每个计量区域的最小夜间流量MNF数据；
对MNF数据进行异常数据剔除后，使用Kolmogor-Smirnov正态检验法进行检验；
取置信区间(J-2K，J+2K)作为夜间净流量，其中J为均值，K为标准差。
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