CN115685787A - 用于城市燃气管网的建模仿真方法、建模仿真系统和介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于城市燃气管网的建模仿真方法、建模仿真系统和介质。获取来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。基于所获取的管网信息建立城市燃气管网的基础仿真模型。建立城市燃气管网的控压单元分级索引。以各个元控压单元为单位梳理并携载元控压单元信息。参考控压单元分级索引，将各个元控压单元信息嵌入到所述基础仿真模型，以得到细化仿真模型。确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型，并执行燃气管网的定向仿真分析。如此，能够建立城市燃气管网的细化仿真模型，能够抽离出局部区域的故障所涉及的区域细化仿真模型，对局部区域发生故障进行快速且准确的定位和识别。

Description

用于城市燃气管网的建模仿真方法、建模仿真系统和介质

技术领域

本申请涉及一种用于城市公共设施管网的建模仿真方法、建模仿真系统和介质，更具体地涉及一种用于城市燃气管网的建模仿真方法、建模仿真系统和介质。

背景技术

城市燃气管网错综复杂，包含了不同压力、管径、设备信息、监控系统信息。为了方便管理，通常会为城市燃气管网建立GIS（地理信息系统）系统，以便将管网、阀门、闸井、建设年代、材质等信息进行统一管理，但这些信息往往是零碎的、不够完整的。如果发生了燃气管网故障，会把涉及的GIS系统的不够完整的管网信息送到现场，由专业人员据此人为做出调度决策，但人为分析不够准确，而且故障分析会涉及广泛的地理范围，人为途径无法应对大量数据分析。燃气企业虽然开始统一采购仿真软件，但通常着重对城市的主干管和主要环路进行仿真模拟分析。如此，对于主干管和主要环路以外的局部区域就只能粗糙处理。进一步地，由于这些仿真软件中计算节点数量受限，管网各处的信息也不够充分完整，对于局部区域无法实现精细化的仿真模拟，而只是粗糙处理，或者大量的工作负荷消耗在无关或外围的管网区域的模拟仿真上，远远不能满足对局部区域发生故障进行及时定位和准确识别的仿真需求。

发明内容

提供了本申请以解决现有技术中存在的上述问题。

旨在提供一种用于城市燃气管网的建模仿真方法、建模仿真系统和介质，其能够建立城市燃气管网的细化仿真模型，且能够抽离出局部区域的故障所涉及的区域细化仿真模型，对局部区域发生故障进行快速且准确的定位和识别。

根据本申请的第一方案，提供一种城市燃气管网的建模仿真方法。所述建模仿真方法包括如下步骤。获取来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。基于所获取的管网信息建立城市燃气管网的基础仿真模型。建立所述城市燃气管网的控压单元分级索引，各个级别的控压单元包括元控压单元、集成控压单元和综合控压单元，各个元控压单元包含单个调压站箱、其关联的管线和设备附件、和末端小区用户，所述集成控压单元通过将至少两个元控压单元整合集成而形成，所述综合控压单元通过在所述集成控压单元的基础上再整合其他集成控压单元或其他元控压单元而形成。以各个元控压单元为单位梳理并携载元控压单元信息，包括该元控压单元包含的单个调压站箱的运行参数、其关联的各段管线的直径及长度、包括阀门的设备附件的参数、以及末端小区用户的压力和流量信息。参考控压单元分级索引，将各个元控压单元信息嵌入到所述基础仿真模型，以得到细化仿真模型。确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型，并执行燃气管网的定向仿真分析。

根据本申请的第二方案，提供一种城市燃气管网的建模仿真系统，包括接口和处理器。所述接口配置为接收来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。所述处理器配置为执行根据本申请各个实施例的城市燃气管网的建模仿真方法，包括如下步骤。获取来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。基于所获取的管网信息建立城市燃气管网的基础仿真模型。建立所述城市燃气管网的控压单元分级索引，各个级别的控压单元包括元控压单元、集成控压单元和综合控压单元，各个元控压单元包含单个调压站箱、其关联的管线和设备附件、和末端小区用户，所述集成控压单元通过将至少两个元控压单元整合集成而形成，所述综合控压单元通过在所述集成控压单元的基础上再整合其他集成控压单元或其他元控压单元而形成。以各个元控压单元为单位梳理并携载元控压单元信息，包括该元控压单元包含的单个调压站箱的运行参数、其关联的各段管线的直径及长度、包括阀门的设备附件的参数、以及末端小区用户的压力和流量信息。参考控压单元分级索引，将各个元控压单元信息嵌入到所述基础仿真模型，以得到细化仿真模型。确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型，并执行燃气管网的定向仿真分析。

根据本申请的第三方案，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令由处理器执行时，实现根据本申请各个实施例的城市燃气管网的建模仿真方法，包括如下步骤。获取来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。基于所获取的管网信息建立城市燃气管网的基础仿真模型。建立所述城市燃气管网的控压单元分级索引，各个级别的控压单元包括元控压单元、集成控压单元和综合控压单元，各个元控压单元包含单个调压站箱、其关联的管线和设备附件、和末端小区用户，所述集成控压单元通过将至少两个元控压单元整合集成而形成，所述综合控压单元通过在所述集成控压单元的基础上再整合其他集成控压单元或其他元控压单元而形成。以各个元控压单元为单位梳理并携载元控压单元信息，包括该元控压单元包含的单个调压站箱的运行参数、其关联的各段管线的直径及长度、包括阀门的设备附件的参数、以及末端小区用户的压力和流量信息。参考控压单元分级索引，将各个元控压单元信息嵌入到所述基础仿真模型，以得到细化仿真模型。确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型，并执行燃气管网的定向仿真分析。

利用根据本申请各个实施例的用于城市燃气管网的建模仿真方法、建模仿真系统和介质，其能够建立城市燃气管网的细化仿真模型，且能够抽离出局部区域的故障所涉及的区域细化仿真模型，对局部区域发生故障进行快速且准确的定位和识别。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1示出根据本申请实施例的城市燃气管网的建模仿真方法的流程图；

图2示出根据本申请实施例的元控压单元和集成控压单元的示意图；

图3示出根据本申请实施例的在至少两个节点发生燃气泄漏的情况下进行建模仿真的示例的流程图；

图4示出根据本申请实施例的城市燃气管网的细化仿真模型的整体有向图的示意图；以及

图5示出根据本申请实施例的城市燃气管网的建模仿真系统的配置的示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。

本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。本申请中结合附图所描述的方法中各个步骤的执行顺序并不作为限定。只要不影响各个步骤之间的逻辑关系，可以将数个步骤整合为单个步骤，可以将单个步骤分解为多个步骤，也可以按照具体需求调换各个步骤的执行次序。

图1示出根据本申请实施例的城市燃气管网的建模仿真方法的流程图.如图1所示，所述建模仿真方法包括如下步骤。

在步骤101，获取来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。城市燃气管网的GIS系统即城市燃气管网的地理信息系统，在不少城市已经建立起来以便有效管理城市燃气管网的空间地理位置，从中可以看到城市燃气管网的各段管线的布设和走向，例如在各个末端小区用户之间的走向和分布状况。

SCADA监控系统又称为监控和数据采集系统，是以计算机为基础的生产过程控制和调度自动化系统，它可以对现场运行的设备进行监视和控制，实现数据采集、测量、各类信号报警，设备控制和参数调节等各项功能。SCADA系统能够实现对城市燃气管网的进气、计量、输配、调压全过程的监控、管理和调度，实现管网状况的自动化收集、分类、传送、整理、分析和存储。具体说来，SCADA监控系统可以包括调度中心、远程终端站（包括站控系统和监测点）以及通信系统。

调度中心完成采集数据的处理、显示、入库以及与城市燃气管网（例如但不限于GIS系统）的信息集成，通常由SCADA服务器、操作员工作站、工程师工作站、通信处理机等构成。

远程终端站可以包括门站、各级调压站、CNG站、LNG站、工商业用户、管网监测点、阀室等各类站点。远程终端站完成对管网和站场的控制设备的数据采集，例如可以利用采用燃气监控无线数据传输单元（RTU），来采集管网各个监测点的压力和流量信息等等。

通信系统可以包括有线专线和无线CDMA/GPRS网络，实现各站控系统和监测点PLC/RTU与调度中心大的通信，保证SCADA系统数据交换的实时性，使其及时、准确、可靠、协调、高效率的工作。具体说来，可以由各个管线节点的现场仪表来采集管网的温度、压力和流量等，由RTU负责对各种现场仪表输出的信号进行实时采集，然后采集的数据通过通信系统上传至调度中心，调度中心可以对数据进行运算和分析并存储再数据库中。

在步骤101，可以例如标准数据接口OPC（过程控制的对象链接与嵌入）或ODBC（开放数据库互联），与SCADA监控系统的调度中心或者数据库进行通信，且与GIS系统的管理中心或者数据库进行通信，来获取SCADA监控系统所监控的管网信息，以及来自GIS系统的城市管网的空间数据信息。

在步骤102，可以基于所获取的来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息两者，来建立城市燃气管网的基础仿真模型。该基础仿真模型对GIS系统和SCADA监控系统的管网信息进行了一体化处理，在一些市售燃气管道系统模拟软件产品中都建立了这样的基础仿真模型，例如但不限于美国Stoner公司的SynerGEE Gas软件，可以同步或导入GIS系统、SCADA监控系统的数据，并支持不同格式地图文件的输入建模，可建立包括阀门、调压器、管道附件等设施的多级压力系统模型。该基础仿真模型中的各个点可以表示燃气表的布设位置。

在步骤103，建立所述城市燃气管网的控压单元分级索引，各个级别的控压单元包括元控压单元、集成控压单元和综合控压单元。如图2所示，各个元控压单元包含单个调压站箱（也称调压站/箱）、其关联的管线和设备附件、和末端小区用户，所述集成控压单元通过将至少两个元控压单元整合集成而形成。图2中未示出，综合控压单元通过在所述集成控压单元的基础上再整合其他集成控压单元或其他元控压单元而形成。也就是元控压单元的入口为调压站箱，有几个调压站箱就形成几个元控压单元。如图2所示，节点就是各个元控压单元中涉及的管路交叉点和物理实体（小区、调压站箱、阀门），小区节点例如节点8（对应小区5）、节点7（对应小区4）、节点6（对应小区1）、节点5（小区2），阀门节点例如节点1（对应阀门1），管路交叉点节点例如节点2、节点3等。单个调压站箱（也称调压站/箱）通常负责对应的元控压单元中的管线、设备附件（例如阀门）和末端小区用户的供应压力的调节。

在步骤104，以各个元控压单元为单位梳理并携载元控压单元信息，包括该元控压单元包含的单个调压站箱的运行参数、其关联的各段管线的直径及长度、包括阀门的设备附件的参数、以及末端小区用户的压力和流量信息。具体说来，以各个元控压单元为基本单位，结合各个级别的控压单元包括元控压单元、集成控压单元和综合控压单元的分级索引来梳理并携载各个元控压单元的所有信息。如此，可以基于该分级索引来梳理核实是否有缺失的信息或者过时（例如采集时间距今超过设定时间）的信息，配合GIS系统可以树状方式高效地扫描各个元控压单元，从而全面地核查信息是否有遗漏或者过期。在与SCADA监控系统的调度中心或者数据库通信时，可以基于缺失信息或过时信息在分级索引中的索引位置，来获取对应的监控信息，例如可以根据业务需要，通过基于分级索引查字典的方式快速查找出元控压单元的实时信息。如图2所示，右侧的元控压单元包括入口的调压站/箱、阀门1、阀门2以及末端小区1-5，节点2与节点6之间存在阀门2和管线。节点2的下游设有阀门2，阀门2的参数包括类型为球阀、设备编号为XXX、型号为XXX且内径为XXX，紧邻阀门2下游的管线有两段，一段管径为DN300，另一段的一端连着这段而另一端连接到节点6也就是小区1，该另一段的参数包括：管径为DN200，建设年代为1999年，材质为钢管，近三年抢修次数为2次，埋深为1.5m，长度为5km，风险隐患为违章占压2处，隐患四级。小区1的参数包括居民人数、月度用水量变化、入口压力等。从节点1到节点4的管线的管径为DN300，从节点1到节点2的管线的管径为DN400，从节点2到节点3的管线的管径为DN300，从节点3到节点5的管线的管径为DN200。

各个元控压单元的信息可以由公式（1）来表示：

公式（1）

其中，M 表示各个元控压单元的信息的集合，i表示调压站箱的序号也就是元控压 单元的序号，A表示调压站箱的运行参数，d表示调压站箱所带的下游的管网的直径且k表示 该管网的序号，δ表示调压站箱A所带的下游的阀门的参数且

表示阀门的序号，P和Q表示末 端小区用户的压力和流量信息，m表示末端小区用户的序号。如果目标城市燃气管网中总共 包含n个元控压单元，则i可以在1到n的范围内按照需要选择。通过i的取值，可以得到对应 于各个集成控压单元的元控压单元的信息的集合，或者各个综合控压单元的元控压单元的 信息的集合，等等。根据需要，可以对M进行扩展，使之包含例如阀门的编号、各个小区的用 户数量、各个管线的风险隐患，等等。

此外，在一些实施例中，也可以按照行政区域和管网级别等方面对元控压单元的信息进行标记、组织和集成，标记的对象可以呈现并列、包含、相交等关系，在此不做限定。

在一些实施例中，M可以包含

，即第i个元控压单元的信息对于第w个集成控压 单元的作用权重也就是关注度。

在步骤105，参考控压单元分级索引，将各个元控压单元信息嵌入到所述基础仿真模型，以得到细化仿真模型。该细化仿真模型中，可以定义出贯通到各个末端小区的管线走向和布设，以及动态的压力和流量的分布，还可以用网线上的突出方块标示负责对这片网线进行调压的调压站箱。

在步骤106，确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型，并执行燃气管网的定向仿真分析。请注意，未必需要对全部各个元控压单元执行信息嵌入，按照需要，可以根据目标区域，通过基于分级索引查字典的方式快速查找出对应的元控压单元的实时信息，来针对性地执行信息嵌入，来得到对应的区域细化仿真模型。由此，要嵌入信息的查找获取、信息的嵌入处理都可以迅速高效地完成，且可以迅速高效地抽离出局部区域的故障所涉及的区域细化仿真模型，进而对局部区域发生故障进行快速且准确的定位和识别。

对于燃气管网系统，在建模仿真方法中，可以采用数组和链表的数据结构。燃气管网的属性数据（包括管段序号、起点号和坐标、终点号和坐标、管长、管径、管材、管段流量等管段参数，节点号和坐标、节点流量、节点压力等节点参数）可以采用数组的数据结构，方便管网数据的更新、调用。

在一些实施例中，要定向分析的目标区域包括稳态和/或动态仿真分析的目标区域、局部燃气泄漏分析的目标区域、和要施行应急预案的目标区域。

例如，可以以某个行政区域作为目标区域，来模拟燃气使用高峰的持续时间段内的压力和流量分布状况。又例如，在发生某个小区的燃气管线泄漏事故的情况下，可以对目标区域进行局部燃气泄漏分析，从而针对性地提出应急维修方案。又例如，在各种燃气故障发生后，可以将候选应急预案转换为要调用的元控压单元及其运行参数，例如调节后的运行参数，包括但不限于更换后的管线段的直径，更换后的阀门的参数等等，输入到对应的目标区域的区域细化仿真模型，来预先验证各种候选应急预案的效果，从而供决策者作为优化的应急预案。

以燃气管线发生泄漏事故为例，对本申请的建模仿真方法的细节进行进一步说明。图3示出根据本申请实施例的在至少两个节点发生燃气泄漏的情况下进行建模仿真的示例的流程图。如图3所示，确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型具体包括，在至少两个节点发生燃气泄漏的情况下，执行如下步骤。

在步骤301，基于所述细化仿真模型，生成整体有向图，使得其中各个节点对应于各个元控压单元的管线交点、调压站箱、设备附件和末端小区用户，各个有向边指示对应节点之间的有向燃气流路。该整体有向图，例如，如图4所示，对应于管线交点的节点包括节点1、8、10和18等，对应于调压站箱的节点包括节点2、11、20等，对应于设备附件例如阀的节点包括节点6、21等。在建模仿真的数据处理中，可以对燃气管网的整体有向图的图形数据（包括管段、节点、环的拓扑结构关系）采用双向链表的数据结构，从而更便于查询和取用。

在步骤302，确定在所述整体有向图中所述至少两个节点之间的所有路径。也就是确定发生燃气泄漏的两个节点之间遍历的路径。具体说来，可以采用各种路径遍历算法来确定该路径，例如但不限于深度优先遍历、广度优先遍历算法等。以深度优先遍历为例，可以从图中某个顶点v出发，访问此顶点，然后依次从v的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图，直至图中所有和v有路径相通的顶点都被访问到；若此时图中尚有顶点未被访问，则另选图中一个未曾被访问的顶点作起始点，重复上述过程，直至图中所有顶点都被访问到为止。此时，若该顶点v 不是源点，则回溯到在v 之前被访问过的顶点；否则图中所有和源点有路径相通的顶点(即从源点可达的所有顶点)都已被访问过，若图G 是连通图，则遍历过程结束，否则继续选择一个尚未被访问的顶点作为新源点，进行新的搜索过程。

在步骤303，确定所述所有路径涉及的集成控压单元。在步骤304，从所述细化仿真模型中提取所涉及的集成控压单元对应的区域细化仿真模型。也就是说，将发生燃气泄漏的两个节点之间连通的路径都识别出来，然后将该路径经历或跨越的集成控压单元识别出来，并据此来抽取区域细化仿真模型。如此在抽取的区域细化仿真模型中，不仅可以考虑到该路径经历或跨越的核心元控压单元的作用，还可以考虑到该核心元控压单元可能会波及的周边元控压单元，这种抽取方式，与燃气管线的各个局部之间的相互作用方式吻合，通过剥离掉对发生燃气泄漏的两个节点作用甚微的区域的细化仿真模型，而集中于该路径经历或跨越的核心元控压单元的细化仿真模型，兼效率优先地考虑到该核心元控压单元可能会波及的周边元控压单元，在计算精度和计算负荷之间取得了良好的平衡。进一步地，通过利用控压单元分级索引，可以迅速准确地定位出路径涉及的集成控压单元及其中的各个元控压单元。

进一步地，在步骤305，可以计算所述区域细化仿真模型的各个节点的压力和流量，以估计泄漏风险。下面以图4所示的燃气管网为例，对如何仿真计算各个节点的压力和流量进行说明。

基于图4中所示的燃气管网，输入初始条件和边界条件，包含气源点物性参数、各个节点的流量、压力，所有管段的信息等。对区域细化仿真模型而言，还需要对包含关注节点（例如发生燃气泄漏的两个节点）的控压单元或集合控压单元进行匹配。

在模拟仿真过程中，如下建立数学模型方程，对管网中各个节点的流量、压力进行仿真计算。

利用公式（2），来定义运动方程：

公式（2）

其中，等号左侧的第一项为惯性项而第二项为对流项，W表示燃气的流速，ρ表示燃 气的密度，τ表示时间，x表示管路位置，d表示燃气管道内径，α表示燃气管道对水平面的倾 斜角，用弧度表示，λ表示水力摩阻系数，p表示管道中气体压力，

表示重力加速度。

燃气在管道内的流动遵从质量守恒定律，连续性方程反应出单位时间内流入管段某断面的燃气质量等于流出该管段断面的燃气质量。可以利用公式（3），来定义燃气的不稳定流动连续性方程：

公式（3）

对于高压燃气还要考虑其可压缩性，可以利用公式（4）来定义其气体状态方程：

公式（4）

其中，p表示压力，Z表示燃气压缩因子，ρ表示燃气的密度，R表示气体常数，T表示绝对温度。

利用公式（5）来定义燃气的能量方程：

公 式（5）

其中，h表示比焓，M表示质量流量，A表示管道的流通截面积，K表示传热系数，

表 示土壤温度，T表示燃气温度，α表示燃气管道对水平面的倾斜角，用弧度表示，

表示重力 加速度。

利用公式（6）来定义燃气的焓方程：

公式（6）

公式（2）到公式（6），一共构成5个方程，其中，含有5个未知变量ρ、M、P、T、h，再设置好边界条件，可以求解燃气管道内任一管段任一时刻的流动参数，包括但不限于各个节点处燃气的流量、压力和温度等。

进一步地，对于管段的设备附件，可以构建附件方程。以阀门为例，可以公式（7）来定义其压降方程：

公式（7）

其中，

表示管道起点处的燃气的质量流量，

表示阀门流量系数， Z表示燃气 的压缩因子，∆表示燃气相对空气比重，T表示燃气的温度，

表示管道起点处的燃气密 度，

和

分别表示管道起点和出口处的压力。

可以将各个设备附件的附件方程嵌入到燃气管网的模型中的对应位置处，从而形成整个燃气管网的瞬态模型方程，对其进行中心隐式差分，然后用牛顿-拉夫逊法对非线性方程组进行迭代求解，基于瞬态模型方程的该迭代求解可以采用各种方式来实现。

例如，可以确定初始时刻压力、温度和流量分布，并将其作为计算迭代初值，并根据要仿真计算的目标区域（例如整体或者局部区域），输入初始的边界条件。确定管道时间步长和管段步长，划分数值计算网格。在每一时间步长内，对非线形方程组进行迭代求解，直到各个方程差值小于规定误差为止。每个时间步长内，可以计算雅可比矩阵，求解修正向量，再计算各待求变量，由此再计算方程差值。该求解过程对于本领域技术人员来说来是清楚明确的，在此不赘述。

在一些实施例中，在针对抽取出的区域细化仿真模型执行燃气管网的定向仿真分析时，也可以遵循以上求解过程来实现。

以抽取出的区域细化仿真模型为图4中所示的节点3和5及所属集成控压单元对应的局部细化仿真模型为例，具体可以执行如下求解步骤。

可以用遍历算法对两点也就是节点3与节点5间的所有路径进行搜索，如图所示。搜索路径存在环路1-2-3-4-5-6-8-7时，将该环抽离出来，此时节点1、8的参数就是管网的边界条件。然后将各点的初始条件赋值到管网数学模型中进行求解，可以实现对区域的精确仿真。

假如节点1、5的压力、流量随时间变化函数是

，在对1-2-3- 4-5-6-8-7环路参数合理性分析后，得到节点8的压力、流量随时间变化函数

，该 结果函数可以作为支状管网14-13-12-11-10-8的边界条件，进一步分析可得该支状管网的 工况。同理，可以对分别对环路17-18-19、18-20-21-22-23-24-25进行仿真分析。以此方式， 可以实现对节点3和5及所属集成控压单元的各处的管网各处的流量和压力的准确模拟计 算。

在一些实施例中，执行燃气管网的定向仿真分析具体包括：接收应急预案的设置，包括要调用的元控压单元及其运行参数；将要调用的元控压单元及其运行参数作为输入馈送到所述区域细化仿真模型，以计算执行该应急预案后的所述区域细化仿真模型的各个节点的压力和流量，以评估所述应急预案的效果。如此，可以在所述区域细化仿真模型上迅速且准确地模拟处所述应急预案的作用效果，供决策者参考。

在一些实施例中，各个元控压单元信息还包括对应元控压单元的关注度，各个元 控压单元的各段管线的检修越频繁或受重视度越高则关注度越高。估计泄漏风险具体包 括：将计算的各个节点的压力和流量与允许范围进行比较，超出允许范围则提示泄漏风险， 其中，各个节点对应的元控压单元的关注度越高，则对应的压力和流量的允许范围的裕量 越小。在一些实施例中，如上所述，各个元控压单元信息M可以包含

，即第i个元控压单元 的信息对于第w个集成控压单元的作用权重，该作用权重可以取决于第i个元控压单元的关 注度。

也就是说，对于包含多个元控压单元的集成控压单元，可以对各个元控压单元根据属性信息（例如但不限于关注度）赋予不同的权重，关注度越高的元控压单元的各个节点的压力和流量的偏差容忍度更低，相较其他元控压单元对于泄漏风险的影响更大。例如，关注度很高的元控压单元的局部风险提示泄漏风险，那么就倾向于操控其他元控压单元的局部风险情况而提示该集成控压单元存在泄漏风险，需要维修。又例如，关注度很高的元控压单元的局部风险很低，但关注度最低的元控压单元提示了局部风险情况，那么可以综合考虑周边元控压单元的局部风险情况来做出维修决策。具体说来，可以对孤立的关注度最低的元控压单元的局部风险提示进行复核，而不作为维修决策的独立触发条件。在其他多个周边元控压单元也提示局部风险，导致累计风险与维修成本之间权衡起来不维修代价更大，则触发维修决策建议。

如此，可以实现单个集成控压单元内的精确仿真分析，可以服务于复杂管网内多处的调压联动。

在一些实施例中，可以定期更新各个元控压单元的关注度。例如，可以在行政区域对于燃气管网的各段管线的管理政策变化时，据此及时调整更新各个元控压单元的关注度。

在一些实施例中，所述元控压单元信息还包括对应的元控压单元所属的行政区域信息。如此，便于根据行政区域对于燃气管网的变化的管理政策，及时调整仿真模型的相关设定，例如但不限于元控压单元的关注度、压力和流量的允许范围等等。

图5示出根据本申请实施例的城市燃气管网的建模仿真系统的配置的示意图。如图5所示，该建模仿真系统500可以包括接口501和处理器502。所述接口501可以配置为：接收来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。所述处理器502可以配置为执行根据本申请各个实施例的城市燃气管网的建模仿真方法。例如，该建模仿真系统500可以在调控服务器上实现，也可以在云端实现，在此不赘述。

在一些实施例中，本申请还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令由处理器执行时，实现根据本申请各个实施例的城市燃气管网的建模仿真方法。该方法可以包括如下步骤。获取来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息。基于所获取的管网信息建立城市燃气管网的基础仿真模型。建立所述城市燃气管网的控压单元分级索引，各个级别的控压单元包括元控压单元、集成控压单元和综合控压单元，各个元控压单元包含单个调压站箱、其关联的管线和设备附件、和末端小区用户，所述集成控压单元通过将至少两个元控压单元整合集成而形成，所述综合控压单元通过在所述集成控压单元的基础上再整合其他集成控压单元或其他元控压单元而形成。以各个元控压单元为单位梳理并携载元控压单元信息，包括该元控压单元包含的单个调压站箱的运行参数、其关联的各段管线的直径及长度、包括阀门的设备附件的参数、以及末端小区用户的压力和流量信息。参考控压单元分级索引，将各个元控压单元信息嵌入到所述基础仿真模型，以得到细化仿真模型。确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型，并执行燃气管网的定向仿真分析。

本申请中其他各处实施例的建模仿真方法的示例可以结合于此，在此不赘述。

在一些实施例中，所述处理器502例如可以是包括一个及以上通用处理器的处理部件，诸如微处理器、中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）等。更具体地，该处理部件可以是复杂指令集计算（CISC）微处理器、精简指令集计算（RISC）微处理器、超长指令字（VLIW）微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。该处理部件还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）、片上系统（SoC）等。

上述计算机可读存储介质，是非暂时性的，可以是诸如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、相变随机存取存储器(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、其他类型的随机存取存储器(RAMs)、闪存盘或其他形式的闪存、缓存、寄存器、静态存储器、只读光盘存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光存储器、磁带或其他磁存储装置，或任意其他可用于存储能被计算机装置访问的信息或指令的非暂时性介质等。

本申请中的各种处理步骤可以通过各种编程语言来编写实现，例如但不限于Fortran、C++和Java，在此不赘述。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本申请的具有等同元件、修改、省略、组合（例如，各种实施例交叉的方案）、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例（或其一个或更多方案）可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本申请。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本申请的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种城市燃气管网的建模仿真方法，其特征在于，所述建模仿真方法包括：

获取来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息；

基于所获取的管网信息建立城市燃气管网的基础仿真模型；

建立所述城市燃气管网的控压单元分级索引，各个级别的控压单元包括元控压单元、集成控压单元和综合控压单元，各个元控压单元包含单个调压站箱、其关联的管线和设备附件、和末端小区用户，所述集成控压单元通过将至少两个元控压单元整合集成而形成，所述综合控压单元通过在所述集成控压单元的基础上再整合其他集成控压单元或其他元控压单元而形成；

以各个元控压单元为单位梳理并携载元控压单元信息，包括该元控压单元包含的单个调压站箱的运行参数、其关联的各段管线的直径及长度、包括阀门的设备附件的参数、以及末端小区用户的压力和流量信息；

参考控压单元分级索引，将各个元控压单元信息嵌入到所述基础仿真模型，以得到细化仿真模型；

确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型，并执行燃气管网的定向仿真分析。

2.根据权利要求1所述的建模仿真方法，其特征在于，要定向分析的目标区域包括稳态和/或动态仿真分析的目标区域、局部燃气泄漏分析的目标区域、和要施行应急预案的目标区域。

3.根据权利要求1所述的建模仿真方法，其特征在于，确定要定向分析的目标区域，根据所述目标区域从所述细化仿真模型中提取对应的区域细化仿真模型具体包括，在至少两个节点发生燃气泄漏的情况下：

基于所述细化仿真模型，生成整体有向图，使得其中各个节点对应于各个元控压单元的管线交点、调压站箱、设备附件和末端小区用户，各个有向边指示对应节点之间的有向燃气流路；

确定在所述整体有向图中所述至少两个节点之间的所有路径；

确定所述所有路径涉及的集成控压单元；

从所述细化仿真模型中提取所涉及的集成控压单元对应的区域细化仿真模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，执行燃气管网的定向仿真分析具体包括：

计算所述区域细化仿真模型的各个节点的压力和流量，以估计泄漏风险。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，执行燃气管网的定向仿真分析具体包括：

接收应急预案的设置，包括要调用的元控压单元及其运行参数；

将要调用的元控压单元及其运行参数作为输入馈送到所述区域细化仿真模型，以计算执行该应急预案后的所述区域细化仿真模型的各个节点的压力和流量，以评估所述应急预案的效果。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，各个元控压单元信息还包括对应元控压单元的关注度，各个元控压单元的各段管线的检修越频繁或受重视度越高则关注度越高，

估计泄漏风险具体包括：将计算的各个节点的压力和流量与允许范围进行比较，超出允许范围则提示泄漏风险，其中，各个节点对应的元控压单元的关注度越高，则对应的压力和流量的允许范围的裕量越小。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：定期更新各个元控压单元的关注度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述元控压单元信息还包括对应的元控压单元所属的行政区域信息。

9.一种城市燃气管网的建模仿真系统，其特征在于，包括：

接口，其配置为：接收来自城市燃气管网的GIS系统和SCADA监控系统的管网信息；

处理器，其配置为：执行根据权利要求1-7中任何一项所述的城市燃气管网的建模仿真方法。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令由处理器执行时，实现根据权利要求1-8中任何一项所述的城市燃气管网的建模仿真方法。

Images