CN114491878B - 一种线性全实时数据动态可视化分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线性全实时数据动态可视化分析方法，其通过构建不同色温颜色与管网运行数据数值的线性数学关系，采用直观的色温颜色展现管网内运行数据的对应数值，以不同色温颜色标识对应管网参数数值范围，并可按时间周期获取整体管网参数数值对应的不同色温颜色分布情况，并结合管网平面模型，将同周期的图片在管网平面模型中按照时间顺序播放，形成管网动态全实时的变化趋势，可直观且全面展现整体管网运行数据随时间变化的过程，使用户对管网整体运行状态进行了解，并且根据管网平面模型的变化可为管网优化以及针对管网调度、窃气探查、泄漏预警、应急抢险等操作提供判断依据，极大地提高了用户对管网运行分析和管理能力。
Description
技术领域
本发明属于管网系统运行分析技术领域，涉及一种线性全实时数据动态可视化分析方法。
背景技术
目前大多数的管网已经建立了SCADA系统，在管网关键节点安装、温度传感器，对管网节点进行压力、温度、流量、流速等重要参数进行数据采集，并将这些管网运行数据通过有线或者无线的方式，传输到对应的调度中心进行对管网运行状况的监控与管理。
管理人员对于管网内单一的监控点情况可以非常直观地读取运行数据，并且可以通过曲线图、柱状图等各种形式，展现某个监控点在某个时间周期范围内的数据变化趋势。
但是管理人员却无法同时读取与展现管网内数百个甚至上千个监控点的运行数据，也无同时法展现整个管网在时间周期内的变化趋势，在面对不同工况参数、不同时间周期、不同特定区域内等复杂情况下，对管网运行形态与动态变化趋势更加无法准确直观的展现。
在现有技术中对管网运行形态与动态变化趋势展示，往往通过管网稳定分析进行计算模拟管网中各位置的状态，例如现有技术文献“牛顿管段方程法的燃气管网稳态分析；管延文，王永刚，李统强，李帆；《煤气与热力》”中公开的分析方法，以节点法数学模型为基础，利用环路法计算原理，提出的牛顿管段方程法的计算模型，利用上述计算模型可对管网中内部状态进行分析计算，获得管网运行形态与动态变化趋势，但上述方法中通过数学模型计算获得的数据量庞大，无法直观展示出管网的动态模型变化；又例如现有技术文献“色标化的城市燃气管网SCADA系统；方睿；《煤气与热力》”中公开的以GIS为基础建立燃气管网平面模型，并在各关键节点设置监测装置，通过将不同压力等级定义为不同色标，实现色标替代数据显示，通过图形表示管网压力分布，但该方法虽实现了管网可视化，但该方法实质采用管网中各监测点数据绘制等压力线图，并对不同等压力线图赋予不同色标，以实现不同等压力线图的区分，仅用于显示管网内部的分布状态，该方法没有对色标所代表不同数据类型、数据量程、精度、等要素进行数学线性关系的推导，这样会导致数据可视化的精度丢失。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种线性全实时数据动态可视化分析方法，其通过构建不同色温颜色与管网运行数据数值的线性数学关系，采用直观的色温颜色展现管网内运行数据的对应数值，以不同色温颜色标识对应管网参数数值范围，通过管网动态全实时的变化趋势，可直观且全面展现整体管网运行数据随时间变化的过程，借助于管网平面模型的动态变化过程，使用户对管网整体运行状态进行了解。
本发明公开了一种线性全实时数据动态可视化分析方法，其包括如下步骤：
S100.建立统一的系统时钟，根据管网结构构建管网平面模型，并在管网中设置若干个管网节点，在管网中挑选多个管网节点作为采样点，在各采样点设置有用于采集数据的传感器；
S200.设定采样时间周期，在统一的系统时钟下获得多个采样点的管网运行数据，每个采样时间点分别采集管网中不同采样点的运行数据；
S300.根据管网中不同运行参数值与开尔文图谱的色温数值范围构建线性关系，并将对应色温数值部署于管网平面模型中关联采样点运行数据的对应位置；
S400.利用采样点的运行数据对管网平面模型进行计算分析，计算出管网中未设置采样点的位置的理论运行数据；
S500.根据管网中计算获得的理论运行数据，分别对理论运行数据赋予当前采样时间点的时间标签，并与管网平面模型中对应位置进行关联，并计算对应的色温数值，将色温数值对应的色标数据存储于管网平面模型的对应位置；
S600.基于每个采样时间点分别构建管网平面模型中不同运行数据的静态图像，按照采样时间点的先后顺序构建出动态管网变化图像。
进一步的，所述开尔文图谱采用12色相环、16色相环或者24色相环中的一种。
进一步的，所述S300步骤中管网运行数据的取值范围与开尔文图谱的色温数值范围构建线性关系的具体步骤为：
S301.首先设定开尔文图谱色温范围的最小值Kmin和最大值Kmax，设定管网中不同管网运行数据的最小量程Pmin和最大量程Pmax；
S302.设定管网中管网运行数据为Y；设定对应运行数据Y的色温数值为X，则运行数据Y和色温数值X满足下列关系：
S303.根据管网中运行数据Y，计算获得对应的色温数值X；
S304.将色温数值对应的颜色存储于管网平面模型的对应位置。
进一步的，所述S400步骤中利用采样点的运行数据对管网平面模型进行计算分析的具体方法为：
S401.根据管网中管道直径确定主干管网，并根据主干管网上采样点所采集的运行数据，动态绘制的等气压线图，并以等气压线图的划定区域对主干管网进行区域划分，将整体管网划分为若干个子管网；
S402.确定每个子管网中主干管网的入口供气量、出口用气量以及主干管网上设备参数，计算每个子管网中主干管网的管网平差，获得每个子管网中各位置的运行数据；
S403.根据子管网中各采样点采集的运行数据与子管网区域内对应位置的理论运行数据进行对比分析，计算子管网中实际运行数据与理论运行数据的偏差系数，并根据计算获得的偏差系数对当前子管网中的理论运行数据进行纠正。
进一步的，所述S402步骤中计算子管网的管网平差的方法采用节点法和环路法进行计算。
进一步的，所述S403步骤中根据子管网区域中采样点数量与子管网区域范围将提高子管网中偏差系数的精度，具体方法为：
S4031.根据每个子管网中各采样点分布位置以及子管网区域内各位置的理论运行数据，对子管网区域中的支干管网划分二级子管网；
S4032.根据支干管网中二级子管网区域的入口供气量、出口用气量以及支干管网上设备参数，计算二级子管网中支干管网的管网平差，获得每个二级子管网中不同位置的理论运行数据；
S4033.对比获得每个二级子管网中实际运行数据与理论运行数据的偏差系数，并根据计算获得的偏差系数对当前二级子管网中的理论运行数据进行纠正。
进一步的，所述S600步骤中的静态图像包括基于不同采样时间的管网节点静态图像和基于不同管网节点的采样时间静态图像，所述管网节点静态图像是基于不同采样时间，管网平面模型中某一管网节点随不同采样时间变化所显示的图像；所述采样时间静态图像是基于同一采样时间点，管网平面模型中全部管网节点在当前采样时间点的状态图像。
进一步的，所述S500步骤中针对管网平面模型中不同位置所存储的色标数据将赋予当前采样时间点的时间标签以及数据类型标签，并按照采样时间点的先后顺序进行依次排序。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
1)本发明中的线性全实时数据动态可视化分析方法，其通过构建不同色温颜色与管网运行数据数值的线性数学关系，采用直观的色温颜色展现管网内运行数据的对应数值，以不同色温颜色标识对应管网参数数值范围，并可按时间周期获取整体管网参数数值对应的不同色温颜色分布情况，并结合管网平面模型，将同周期的图片在管网平面模型中按照时间顺序播放，形成管网动态全实时的变化趋势，可直观且全面展现整体管网运行数据随时间变化的过程，借助于管网平面模型的动态变化过程，使用户对管网整体运行状态进行了解，并且根据管网平面模型的变化可为管网优化以及针对管网调度、窃气探查、泄漏预警、应急抢险等操作提供判断依据，极大地提高了用户对管网运行分析和管理能力。
2)本发明中的线性全实时数据动态可视化分析方法，可通过多级管网区域划分结构，实现管网实际运行数据与理论运行数据之间精确纠正，提高管网平面模型中的运行数据的准确性，进一步提高管网平面模型与管网状态的吻合程度
附图说明
图1为本实施例中线性全实时数据动态可视化分析方法的流程图；
图2为管网中压力与色温数值的线性关系图；
图3为管网中温度与色温数值的线性关系图；
图4为本实施例中管网中基于不同采样时间的管网节点静态图；
图5为本实施例中管网中基于不同管网节点的采样时间静态图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，本实施例中公开一种线性全实时数据动态可视化分析方法，其通过构建开尔文图谱在不同色温的颜色与管网运行数据数值的线性数学关系，采用直观的色温颜色展现管网内运行数据的对应数值，以不同色温颜色标识对应管网参数数值范围，并可按分、秒、时、日等时间周期获取整体管网参数数值对应的不同色温颜色分布情况，将同周期的图片按顺序播放，即可形成管网动态全实时的变化趋势，从而全面展现整体管网运行数据随时间变化的过程，其包括如下步骤：
S100.建立统一的系统时钟，根据管网结构构建管网平面模型，并在管网中设置若干个管网节点，在管网中挑选多个管网节点作为采样点，在各采样点设置用于采集数据的传感器；需要注意的是，实际网管中包含有多类设备，例如燃气管网中包括有气源站、泵站、分配管口、阀门、计量设备、门站等设备或部件，在管网中由于这些设备或者部件的存在，流体通过管网会对内部状态会产生影响，因此在管网中这些设备或者部件所在位置可视为管网的管网节点，此外整个管网中包含有不同直径的管道，例如主管道、分支管道，而不同直径管道中交汇位置的管道内部状态也是会发生变化，因此不同直径的管道交汇位置也可视为管网节点。需要注意的是，在管网中采样点的位置应在整体管网上尽可能均匀分布。
S200.设定采样时间周期，在统一的系统时钟下获得多个采样点的管网运行数据，每个采样时间点可以分别采集管网中不同采样点的运行数据；该方法中利用数据采集终端采集每个采样点的运行数据，例如压力、温度、流量数据。
由于基于同一采样时间点管网内部的各采样点之间的运行数据实时互动并相互影响，因此各采样点之间在每个采样时间点所采集的数据必须在同一时间获取，不能出现滞后。因此管网中所有采样点根据数据采集终端的时间，将采集的每一个运行数据按照数据采集终端的时间赋予时间标签，通过对每个时间标签进行排序和分类管理，可实现在管网范围内同一时间获取多个采样点的运行数据，实现同时采集。
S300.根据管网中不同运行参数值与开尔文图谱的色温数值范围构建线性关系，并将对应色温数值部署于管网平面模型中关联采样点运行数据的对应位置；该步骤目的在于分别将管网中不同运行数据的数值分别与色温数值一一对应，以便于后续根据管网中具体运行数据找出对应的色温数值以及色标，实现运行数据和色温数值的点值对应关系；如图2-3所示，将温度、压力分别与开尔文图谱的色温数值进行线性对应。
其中，管网中运行数据与开尔文图谱构建线性关系的具体步骤为：
S301.首先设定开尔文图谱色温范围的最小值Kmin和最大值Kmax，设定管网中不同运行数据的最小量程Pmin和最大量程Pmax；
S302.设定管网中某位置的运行数据为Y；设定对应运行数据Y的色温数值为X，则运行数据Y和色温数值X满足下列关系：
S303.根据管网中运行数据Y，计算获得对应的色温数值X；
S304.将色温数值对应的颜色存储于管网平面模型的对应位置。
需要注意的是，本实施例中的色温是照明光学中用于定义光源颜色的一个物理量。即把某个黑体加热到一个温度，其发射的光的颜色与某个光源所发射的光的颜色相同时，这个黑体加热的温度称之为该光源的颜色温度，简称色温，其单位用"K"(开尔文温度单位)表示。
本实施例中通过建立色温与管网中运行数据之间的线性关系；通过此方式可以包括将压力、温度、流量以及其他管网运行数据实现这种线性的数据可视化的转换；并根据不同运行数据的最大、最小范围进行对应的数学等分，即便是不同运行数据以及运行数据的不同范围(量程)均可采用这样的方法进行数学等分，并完整无损地保留原运行数据与色温之间的线性关系。在本实施例中所述开尔文图谱优选采用的是12色相环，但也可根据运行数据的数值范围选用16色相环或者24色相环。
S400.利用采样点的运行数据对管网平面模型进行计算分析，计算出管网中未设置采样点的位置的理论运行数据；由于管网中往往只能在管网关键位置设置采样点，无法直观观察到整个管网的分布状况，因此需要利用管网中采集的各项运行数据进行计算分析，确定管网中未设有采样点位置的理论运行数据，进而获得整体管网的理论运行数据。
具体的，利用采样点的运行数据对管网平面模型进行计算分析的具体方法为：
S401.根据管网中管道直径确定主干管网，并根据主干管网上采样点所采集的运行数据，动态绘制的等气压线图，并以等气压线图的划定区域对主干管网进行区域划分，将整体管网划分为若干个子管网；
S402.确定每个子管网中主干管网的入口供气量、出口用气量以及主干管网上设备参数，计算每个子管网中主干管网的管网平差，获得每个子管网中各位置的运行数据；具体的，每个子管网内部包含有多个采样点，可利用子管网内部所包含采样点的运行数据对子管网进行计算分析，优先采用节点法和环路法进行管网平差计算，计算获得子管网中各位置的理论运行数据(流量、压力等)；
S403.根据子管网中各采样点采集的运行数据与子管网区域内对应位置的理论运行数据进行对比分析，计算子管网中实际运行数据与理论运行数据的偏差系数，并根据计算获得的偏差系数对当前子管网中的理论运行数据进行纠正。
此外更详细的，为进一步提高每个子管网中实际运行数据与理论运行数据的对比分析精度，可根据每个子管网中各采样点分布位置以及子管网区域内各位置的理论运行数据，对子管网区域中的支干管网划分二级子管网；
根据支干管网中二级子管网区域的入口供气量、出口用气量以及支干管网上设备参数，计算二级子管网中支干管网的管网平差，获得每个二级子管网中不同位置的理论运行数据；
对比获得每个二级子管网中实际运行数据与理论运行数据的偏差系数，并根据计算获得的偏差系数对当前二级子管网中的理论运行数据进行纠正。
在实际管网操作过程中，可首先针对大口径的主干管网上采样点所采集的运行数据，动态绘制等气压线图，并以等气压线图的划定区域对整体管网进行初步区域划分，在完成主干管网的区域划分与压力、流量等运行参数分布模型的基础上，确定每个子管网中入口供气量、出口用气量以及子管网中设备参数，计算每个子管网的管网平差，获得每个子管网中各位置的运行数据；通过优先计算分析主干管网的管网平差，并将主干管网的计算结果作为支干管网的计算基础，不断叠加构成整体管网的运行状态分析。
需要说明的是，该方法中子管网的管网平面模型与管网状态的吻合程度，与子管网的复杂程度有直接关系，当子管网区域内的采样点数量越多，其涵盖的管网区域会更加精细，也更趋近于管网状态。因此可根据管网分布状态动态调整子管网内部采样点的个数，例如当子管网中用户数量较多、分支管路较多、泵站较多、或者管网交错复杂时，可适当增加采样点数量。此外本实施例中通过划分不同子管网区域，其结果精度也会提高，并且通过划分多个子管网区域，计算过程中可同时对多个子管网进行计算，计算效率也会大大提升，若进一步提高管网平面模型与管网状态的吻合度，可通过在子管网中构建二级子管网，进一步精确划分管网区域。
S404.通过对全部子管网进行计算分析，获得整个管网的理论运行数据。
S500.针对管网中计算获得的理论运行数据，分别赋予当前采样时间点的时间标签，并与管网平面模型中对应位置进行关联，并计算对应的色温数值，并将色温数值对应的色标数据存储于管网平面模型的对应位置。需注意的是，针对管网平面模型中不同位置所存储的色标数据也将同时赋予当前采样时间点的时间标签以及数据类型标签，并按照采样时间点的先后顺序进行依次排序。
S600.基于每个采样时间点分别构建管网平面模型中不同运行数据的静态图像，按照采样时间点的先后顺序构建出动态管网变化图像。
进一步的，所述S600步骤中的静态图像包括基于不同采样时间的管网节点静态图像和基于不同管网节点的采样时间静态图像，如图4所示，所述管网节点静态图像是基于不同采样时间，管网平面模型中某一管网节点随不同采样时间变化所显示的图像；如图5所示，所述采样时间静态图像是基于同一采样时间点，管网平面模型中全部管网节点在当前采样时间点的状态图像。
需要更进一步说明的是，由于本实施例中是将不同运行参数与同一色温进行线性联系，并以色温数值所对应颜色显示于同一管网平面模型中，因此通过对管网平面模型中不同运行数据的动态变化过程进行并排对比，可直观了解不同运行数据之间的潜在联系，便于对管网运行状态进行分析。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种线性全实时数据动态可视化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100.建立统一的系统时钟，根据管网结构构建管网平面模型，并在管网中设置若干个管网节点，在管网中挑选多个管网节点作为采样点，在各采样点设置有用于采集数据的传感器；
S200.设定采样时间周期，在统一的系统时钟下获得多个采样点的管网运行数据，每个采样时间点分别采集管网中不同采样点的运行数据；
S300.根据管网中不同运行参数值与开尔文图谱的色温数值范围构建线性关系，并将对应色温数值部署于管网平面模型中关联采样点运行数据的对应位置；
S400.利用采样点的运行数据对管网平面模型进行计算分析，计算出管网中未设置采样点的位置的理论运行数据；
S500.根据管网中计算获得的理论运行数据，分别对理论运行数据赋予当前采样时间点的时间标签，并与管网平面模型中对应位置进行关联，并计算对应的色温数值，将色温数值对应的色标数据存储于管网平面模型的对应位置；
S600.基于每个采样时间点分别构建管网平面模型中不同运行数据的静态图像，按照采样时间点的先后顺序构建出动态管网变化图像；
所述S400步骤中利用采样点的运行数据对管网平面模型进行计算分析的具体方法为：
S401.根据管网中管道直径确定主干管网，并根据主干管网上采样点所采集的运行数据，动态绘制的等气压线图，并以等气压线图的划定区域对主干管网进行区域划分，将整体管网划分为若干个子管网；
S402.确定每个子管网中主干管网的入口供气量、出口用气量以及主干管网上设备参数，计算每个子管网中主干管网的管网平差，获得每个子管网中各位置的运行数据；
具体的，每个子管网内部包含有多个采样点，利用子管网内部所包含采样点的运行数据对子管网进行计算分析，采用节点法和环路法进行管网平差计算，计算获得子管网中各位置的理论运行数据；
S403.根据子管网中各采样点采集的运行数据与子管网区域内对应位置的理论运行数据进行对比分析，计算子管网中实际运行数据与理论运行数据的偏差系数，并根据计算获得的偏差系数对当前子管网中的理论运行数据进行纠正；
S404.通过对全部子管网进行计算分析，获得整个管网的理论运行数据；
所述S403步骤中根据子管网区域中采样点数量与子管网区域范围将提高子管网中偏差系数的精度，具体方法为：
S4031.根据每个子管网中各采样点分布位置以及子管网区域内各位置的理论运行数据，对子管网区域中的支干管网划分二级子管网；
S4032.根据支干管网中二级子管网区域的入口供气量、出口用气量以及支干管网上设备参数，计算二级子管网中支干管网的管网平差，获得每个二级子管网中不同位置的理论运行数据；
S4033.对比获得每个二级子管网中实际运行数据与理论运行数据的偏差系数，并根据计算获得的偏差系数对当前二级子管网中的理论运行数据进行纠正。
2.根据权利要求1所述的线性全实时数据动态可视化分析方法，其特征在于，所述开尔文图谱采用12色相环、16色相环或者24色相环中的一种。
3.根据权利要求1所述的线性全实时数据动态可视化分析方法，其特征在于，所述S300步骤中管网运行数据的取值范围与开尔文图谱的色温数值范围构建线性关系的具体步骤为：
S301.首先设定开尔文图谱色温范围的最小值Kmin和最大值Kmax，设定管网中不同管网运行数据的最小量程Pmin和最大量程Pmax；
S302.设定管网中管网运行数据为Y；设定对应运行数据Y的色温数值为X，则运行数据Y和色温数值X满足下列关系：
S303.根据管网中运行数据Y，计算获得对应的色温数值X；
S304.将色温数值对应的颜色存储于管网平面模型的对应位置。
4.根据权利要求1所述的线性全实时数据动态可视化分析方法，其特征在于，所述S402步骤中计算子管网的管网平差的方法采用节点法和环路法进行计算。
5.根据权利要求1所述的线性全实时数据动态可视化分析方法，其特征在于，所述S600步骤中的静态图像包括基于不同采样时间的管网节点静态图像和基于不同管网节点的采样时间静态图像，所述管网节点静态图像是基于不同采样时间，管网平面模型中某一管网节点随不同采样时间变化所显示的图像；所述采样时间静态图像是基于同一采样时间点，管网平面模型中全部管网节点在当前采样时间点的状态图像。
6.根据权利要求1所述的线性全实时数据动态可视化分析方法，其特征在于，所述S500步骤中针对管网平面模型中不同位置所存储的色标数据将赋予当前采样时间点的时间标签以及数据类型标签，并按照采样时间点的先后顺序进行依次排序。
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