CN115758636B - 基于物联网的供水管网水质监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于物联网的供水管网水质监测方法及装置，包括：根据节点管道结构确定节点最大耐压值，根据自由水头计算公式，确定最小水压值，提取待分割管网节点，判断最小水压值是否小于节点最大耐压值，若不小于，则搜寻迭代管网节点，将迭代管网节点作为管网分割节点，若小于，则将待分割管网节点作为管网分割节点，利用物联网参数监测系统在管网分割节点处采集水质指标数据。本发明可以解决当前当前感知层的各类传感器在供水管网内的架设存在分布不合理，以及污染数据获取不精准的问题。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于物联网的供水管网水质监测方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着物联网技术的发展，城市供水管网的水质监测手段开始得到了飞速的提升。通过通信技术与传感器的结合，提高了管网水质数据的采集效率，降低了人工成本。
目前，利用物联网技术进行城市供水管网水质的数据采集，主要通过物联网的感知层进行管网数据的感知，以及通过分布在管网内的各类传感器进行管网水质数据的获取，进而进行水质数据的展示及应用。但当前感知层的各类传感器在供水管网内的架设存在分布不合理，从而导致获取的管网水质不精准。
发明内容
本发明提供一种基于物联网的供水管网水质监测方法、装置及计算机可读存储介质，其主要目的在于解决当前感知层的各类传感器在供水管网内的架设存在分布不合理，以及数据获取不精准的问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于物联网的供水管网水质监测方法，包括：
获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值；获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，其中所述自由水头计算公式如下所示：
其中，HI-user表示用户端节点I的自由水头值，H0表示水泵站吸水池水面标高，Yh表示水泵扬程，Ylose表示泵站内的水头损失，Lall表示从泵站到管网节点的所有管段水头损失总值，H′表示管道节点的水面标高，lI-lose表示管道节点到所述用户端节点I的管道水头损失值，hI ′表示用户端节点I的水面标高，fI()表示用户端节点I的水头计算公式；从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点；
判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值；
若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点；
若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则将所述待分割管网节点作为管网分割节点；
利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图；
根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据；
利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测；
所述根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，包括：
根据所述节点管道结构，利用预构建的初始水量漏损公式，通过模拟实验拟合出所述节点管道的管道漏损常数及漏损系数；
根据所述初始水量漏损公式、管道漏损常数及漏损系数，构建目标水量漏损公式；
根据预设的水量漏损阈值及所述目标水量漏损公式计算出所述管道节点的节点最大耐压值；
所述根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，包括：
计算从所述管网节点至用户端节点方向上，各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，其中所述水头损失总值包括各个用户端节点的水面标高总和及各个用户端节点与所述管道节点的管道损失值总和；
利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值；
根据所述最小水头值，利用预构建的水头水压转换公式计算出所述管网节点的最小水压值；
所述利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值，包括：
计算所述管网节点与各个用户端节点的水头分配比例；
根据所述水头分配比例构建水头分配公式；
利用所述水头分配公式，根据所述自由水头阈值、各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值以及所述自由水头计算公式，计算所述管网节点的最小水头值
所述水头分配公式，如下所示：
其中，k表示分配系数，Hi表示管道节点的净剩水头值。
可选地，所述初始水量漏损公式，如下所示：
其中，qi表示第i个管网节点的水量漏损阈值，Hi表示第i个管网节点的最大耐压值，γ表示管道漏损常数，Ci为第i个管道节点的漏损系数，M表示与管道节点i相连的管段个数，Li,j表示管道节点i与管道节点j之间的管段长度。
可选地，所述管网水质监测公式如下所示：
其中，mi表示第i个管网分割节点处的污染指标值，np表示第p个管网分割节点处的污染指标值，δ表示单位距离污染指数，Lpi表示第p个管网分割节点到第i个管网分割节点的管段长度，s表示总管网分割节点数。
可选地，所述根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集管道水压及流量数据，包括：
根据所述供水管网分区拓扑图，在所述供水管网中的管道节点中筛选出数据监测位点；
利用所述物联网参数监测系统中的物联网感知层获取所述数据监测位点处的管道水压及流量数据。
可选地，所述管道漏损常数γ＝1.18。
为了解决上述问题，本发明还提供一种基于物联网的供水管网水质监测装置，所述装置包括：
节点最大耐压值计算模块，用于获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值；
最小水压值计算模块，用于获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值；
管网分割节点确定模块，用于从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点；判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值；若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点；若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则将所述待分割管网节点作为管网分割节点；
供水管网拓扑结构图分割模块，用于利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图；
数据监测模块，用于根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据；利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测。
为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以实现上述所述的基于物联网的供水管网水质监测方法。
为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的基于物联网的供水管网水质监测方法。
相比于背景技术所述：当前感知层的各类传感器在供水管网内的架设存在分布不合理，以及污染数据获取不精准的现象，本发明实施例通过节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，再根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，从而可以根据所述节点最大耐压值及最小水压值确定管网分割节点的位置，通过从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点，并判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，当不小于时，继续从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点，当小于时，将所述待分割管网节点作为管网分割节点，最后预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据即可。因此本发明可以解决当前当前感知层的各类传感器在供水管网内的架设存在分布不合理，以及污染数据获取不精准的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于物联网的供水管网水质监测方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的基于物联网的供水管网水质监测装置的功能模块图；
图3为本发明一实施例提供的实现所述基于物联网的供水管网水质监测方法的电子设备的结构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请实施例提供一种基于物联网的供水管网水质监测方法。所述基于物联网的供水管网水质监测方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本申请实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之，所述基于物联网的供水管网水质监测方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。
实施例1：
参照图1所示，为本发明一实施例提供的基于物联网的供水管网水质监测方法的流程示意图。在本实施例中，所述基于物联网的供水管网水质监测方法包括：
S1、获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值。
可解释的，所述节点管道结构指供水管网中存在管道分支的节点结构。
本发明实施例中，所述根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，包括：
根据所述节点管道结构，利用预构建的初始水量漏损公式，通过模拟实验拟合出所述节点管道的管道漏损常数及漏损系数；
根据所述初始水量漏损公式、管道漏损常数及漏损系数，构建目标水量漏损公式；
根据预设的水量漏损阈值及所述目标水量漏损公式计算出所述管道节点的节点最大耐压值。
详细地，所述初始水量漏损公式，如下所示：
其中，qi表示第i个管网节点的水量漏损阈值，Hi表示第i个管网节点的最大耐压值，γ表示管道漏损常数，Ci为第i个管道节点的漏损系数，M表示与管道节点i相连的管段个数，Li,j表示管道节点i与管道节点j之间的管段长度。
详细地，所述管道漏损常数γ＝1.18。
可理解的，由于管道的漏损现象导致水量浪费，因此可以设置一个水量漏损阈值，例如：1立方分米/公里。此时管道节点的最大耐压值也随之确定。其中，所述漏损系数可以通过模拟实验获取，与管道的形状及大小有关。
S2、获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值。
详细地，所述供水管网拓扑结构图指将所述供水管网的管道节点抽象为点，管段抽象为线，得到的拓扑图。
详细地，所述自由水头计算公式如下所示：
其中，HI-user表示用户端节点I的自由水头值，H0表示水泵站吸水池水面标高，Yh表示水泵扬程，Ylose表示泵站内的水头损失，Lall表示从泵站到管网节点的所有管段水头损失总值，H′表示管道节点的水面标高，lI-lose表示管道节点到所述用户端节点I的管道水头损失值，hI ′表示用户端节点I的水面标高，fI()表示用户端节点I的水头计算公式。
可理解的，所述水泵站吸水池水面标高与水泵扬程的和值减去泵站内的水头损失、从泵站到管网节点的所有管段水头损失总值以及管道节点的水面标高的差值可以表示为管道节点的净剩水头值。每个用户端节点的自由水头值都应低于预设的自由水头阈值，避免浪费过多的自由水头，同时能为用户端节点提供足够的压力，通常为0.5-1.0m，此处可以为1.0m。
本发明实施例中，所述获取供水管网拓扑结构图，包括：
获取供水管网的管道网络结构图；
分别将所述管道网络结构图中的管道节点转化为点，管段转化为线，得到所述供水管网拓扑结构图。
本发明实施例中，所述根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，包括：
计算从所述管网节点至用户端节点方向上，各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，其中所述水头损失总值包括各个用户端节点的水面标高总和及各个用户端节点与所述管道节点的管道损失值总和；
利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值；
根据所述最小水头值，利用预构建的水头水压转换公式计算出所述管网节点的最小水压值。
详细地，所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值可以表示为
可理解的，把所述自由水头阈值当作自由水头值带入所述自由水头计算公式，即可得到自由水头阈值对应的最低净剩水头值。此时最低净剩水头值对应着最小的管道节点压力。可以减小管道的水量漏损。
本发明实施例中，所述利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值，包括：
计算所述管网节点与各个用户端节点的水头分配比例；
根据所述水头分配比例构建水头分配公式；
利用所述水头分配公式，根据所述自由水头阈值、各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值以及所述自由水头计算公式，计算所述管网节点的最小水头值。
详细地，所述水头分配公式，如下所示：
其中，k表示分配系数，Hi表示管道节点的净剩水头值。
应明白的，由于各个用户端节点的水面标高不同，所以从所述净剩水头值中分配的水头值也有所不同，水面标高越低，分配得到的水头值越高。此时可以利用所述分配系数进行调节表示。但所有的用户端节点的水头值应大于等于所述自由水头阈值，因此所述净剩水头值对应着一个最小值，此时管道节点的水压最小，漏损量最低。
S3、从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点。
本发明实施例中，所述供水管网拓扑结构图应呈现树状结构，水泵站相当于树根，各个用户端节点相当于树梢顶点。树枝相当于管道段，树杈相当于管道节点。所以应当从起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点，所述起始管网节点表示水泵站。
S4、判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值。
本发明实施例中，当所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，即表示所述待分割管网节点的水量漏损指在合理范围内。
若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则执行S5、从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点。
本发明实施例中，所述最小水压值表示所述待分割管网节点对各个用户端节点的自由水头值符合标准，因此，此时只需要考虑各个待分割管网节点的最小水压值是否小于所述节点最大耐压值，若小于则满足条件，且将该待分割管网节点作为管网分割节点；若不满足，则继续向用户端节点方向搜寻迭代管网节点。
应明白的，从所述待分割管网节点处向用户端节点越靠近，则所需要的最小水压值越小，越有可能满足所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值。例如：A小区与B小区分别距离水泵站1km和2km，此时，A小区内的各个住户(即用户端节点)的小区总管网节点的最小水压值小于B小区内的各个住户(即用户端节点)的小区总管网节点的最小水压值。
若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则执行S6、将所述待分割管网节点作为管网分割节点。
本发明实施例中，所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则可直接将所述待分割管网节点作为管网分割节点。减少了物联网感知层的传感器分布数。
S7、利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图。
本发明实施例中，利用所述管网分割节点处可以对所述供水管网拓扑结构图进行结构分解，得到包含多个区块型的供水管网分区拓扑图。
S8、根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据。
可理解的，所述物联网参数监测系统包括：感知层、网络层以及应用层，所述感知层的各类传感器可以用于数据监测，例如：利用流量计进行水量的监测。物联网技术为现有技术，在此不再赘述。所述水质指标数据指水质的检测指标数据，例如：氯浓度指标数据、PH值指标数据以及重金属离子浓度指标数据等。
本发明实施例中，所述根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集管道水压及流量数据，包括：
根据所述供水管网分区拓扑图，在所述供水管网中的管道节点中筛选出数据监测位点；
利用所述物联网参数监测系统中的物联网感知层获取所述数据监测位点处的水质指标数据。
可理解的，在所述管网分割节点处架设各类传感器可以有效降低传感器的分布数量，提高传感器的分布合理性。
S9、利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测。
可解释的，所述管网水质监测公式如下所示：
其中，mi表示第i个管网分割节点处的污染指标值，np表示第p个管网分割节点处的污染指标值，δ表示单位距离污染指数，Lpi表示第p个管网分割节点到第i个管网分割节点的管段长度，s表示总管网分割节点数。
可解释的，由于供水管网的结构呈树状，而随着管道的延伸，管道内的水质受到污染的几率会增加，因此供水管网中的水质指标数据最小的管网分割节点应距离水泵站最近，所以管网分割节点距离最小的管网分割节点越远，污染指标的浓度应该相应的呈现线性增加，但存在一个指标数据最大值，当超过所述指标数据最大值，就表示相关的管网分割节点之间存在较大的污染。所述单位距离污染指数可以根据需要设定，例如：每1km增加的重金属铅离子浓度为0.00005mg/L。
相比于背景技术所述：当前感知层的各类传感器在供水管网内的架设存在分布不合理，以及污染数据获取不精准的现象，本发明实施例通过节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，再根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，从而可以根据所述节点最大耐压值及最小水压值确定管网分割节点的位置，通过从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点，并判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，当不小于时，继续从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点，当小于时，将所述待分割管网节点作为管网分割节点，最后预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据即可。因此本发明提出的基于物联网的供水管网水质监测方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以解决当前当前感知层的各类传感器在供水管网内的架设存在分布不合理，以及污染数据获取不精准的问题。
实施例2：
如图2所示，是本发明一实施例提供的基于物联网的供水管网水质监测装置的功能模块图。
本发明所述基于物联网的供水管网水质监测装置100可以安装于电子设备中。根据实现的功能，所述基于物联网的供水管网水质监测装置100可以包括节点最大耐压值计算模块101、最小水压值计算模块102、管网分割节点确定模块103、供水管网拓扑结构图分割模块104及数据监测模块105。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被电子设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在电子设备的存储器中。
所述节点最大耐压值计算模块101，用于获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值；
所述最小水压值计算模块102，用于获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值；
所述管网分割节点确定模块103，用于从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点；判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值；若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点；若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则将所述待分割管网节点作为管网分割节点；
所述供水管网拓扑结构图分割模块104，用于利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图；
所述数据监测模块105，用于根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据；利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测。
详细地，本发明实施例中所述基于物联网的供水管网水质监测装置100中的所述各模块在使用时采用与上述的图1中所述的基于物联网的供水管网水质监测方法一样的技术手段，并能够产生相同的技术效果，这里不再赘述。
实施例3：
如图3所示，是本发明一实施例提供的实现基于物联网的供水管网水质监测方法的电子设备的结构示意图。
所述电子设备1可以包括处理器10、存储器11、总线12和通信接口13，还可以包括存储在所述存储器11中并可在所述处理器10上运行的计算机程序，如基于物联网的供水管网水质监测程序。
其中，所述存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器11在一些实施例中可以是电子设备1的内部存储单元，例如该电子设备1的移动硬盘。所述存储器11在另一些实施例中也可以是电子设备1的外部存储设备，例如电子设备1上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(SecureDigital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器11还可以既包括电子设备1的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器11不仅可以用于存储安装于电子设备1的应用软件及各类数据，例如基于物联网的供水管网水质监测程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所述处理器10在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器10是所述电子设备的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器11内的程序或者模块(例如基于物联网的供水管网水质监测程序等)，以及调用存储在所述存储器11内的数据，以执行电子设备1的各种功能和处理数据。
所述总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线被设置为实现所述存储器11以及至少一个处理器10等之间的连接通信。
图3仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图3示出的结构并不构成对所述电子设备1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
例如，尽管未示出，所述电子设备1还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器10逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述电子设备1还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。
进一步地，所述电子设备1还可以包括网络接口，可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等)，通常用于在该电子设备1与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地，该电子设备1还可以包括用户接口，用户接口可以是显示器(Display)、输入单元(比如键盘(Keyboard))，可选地，用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在电子设备1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。
所述电子设备1中的所述存储器11存储的基于物联网的供水管网水质监测程序是多个指令的组合，在所述处理器10中运行时，可以实现：
获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值；获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，其中所述自由水头计算公式如下所示：
其中，HI-user表示用户端节点I的自由水头值，H0表示水泵站吸水池水面标高，Yh表示水泵扬程，Ylose表示泵站内的水头损失，Lall表示从泵站到管网节点的所有管段水头损失总值，H′表示管道节点的水面标高，lI-lose表示管道节点到所述用户端节点I的管道水头损失值，hI ′表示用户端节点I的水面标高，fI()表示用户端节点I的水头计算公式；从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点；
判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值；
若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点；
若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则将所述待分割管网节点作为管网分割节点；
利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图；
根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据；
利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测；
所述根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，包括：
根据所述节点管道结构，利用预构建的初始水量漏损公式，通过模拟实验拟合出所述节点管道的管道漏损常数及漏损系数；
根据所述初始水量漏损公式、管道漏损常数及漏损系数，构建目标水量漏损公式；
根据预设的水量漏损阈值及所述目标水量漏损公式计算出所述管道节点的节点最大耐压值；
所述根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，包括：
计算从所述管网节点至用户端节点方向上，各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，其中所述水头损失总值包括各个用户端节点的水面标高总和及各个用户端节点与所述管道节点的管道损失值总和；
利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值；
根据所述最小水头值，利用预构建的水头水压转换公式计算出所述管网节点的最小水压值；
所述利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值，包括：
计算所述管网节点与各个用户端节点的水头分配比例；
根据所述水头分配比例构建水头分配公式；
利用所述水头分配公式，根据所述自由水头阈值、各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值以及所述自由水头计算公式，计算所述管网节点的最小水头值
所述水头分配公式，如下所示：
其中，k表示分配系数，Hi表示管道节点的净剩水头值。
具体地，所述处理器10对上述指令的具体实现方法可参考图1至图2对应实施例中相关步骤的描述，在此不赘述。
进一步地，所述电子设备1集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是易失性的，也可以是非易失性的。例如，所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在被电子设备的处理器所执行时，可以实现：
获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值；获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，其中所述自由水头计算公式如下所示：
其中，HI-user表示用户端节点I的自由水头值，H0表示水泵站吸水池水面标高，Yh表示水泵扬程，Ylose表示泵站内的水头损失，Lall表示从泵站到管网节点的所有管段水头损失总值，H′表示管道节点的水面标高，lI-lose表示管道节点到所述用户端节点I的管道水头损失值，hI ′表示用户端节点I的水面标高，fI()表示用户端节点I的水头计算公式；从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点；
判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值；
若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点；
若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则将所述待分割管网节点作为管网分割节点；
利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图；
根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据；
利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测；
所述根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，包括：
根据所述节点管道结构，利用预构建的初始水量漏损公式，通过模拟实验拟合出所述节点管道的管道漏损常数及漏损系数；
根据所述初始水量漏损公式、管道漏损常数及漏损系数，构建目标水量漏损公式；
根据预设的水量漏损阈值及所述目标水量漏损公式计算出所述管道节点的节点最大耐压值；
所述根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，包括：
计算从所述管网节点至用户端节点方向上，各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，其中所述水头损失总值包括各个用户端节点的水面标高总和及各个用户端节点与所述管道节点的管道损失值总和；
利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值；
根据所述最小水头值，利用预构建的水头水压转换公式计算出所述管网节点的最小水压值；
所述利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值，包括：
计算所述管网节点与各个用户端节点的水头分配比例；
根据所述水头分配比例构建水头分配公式；
利用所述水头分配公式，根据所述自由水头阈值、各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值以及所述自由水头计算公式，计算所述管网节点的最小水头值
所述水头分配公式，如下所示：
其中，k表示分配系数，Hi表示管道节点的净剩水头值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于物联网的供水管网水质监测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值；获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，其中所述自由水头计算公式如下所示：
其中，
表示用户端节点I的自由水头值，/>
表示水泵站吸水池水面标高，/>
表示水泵扬程，/>
表示泵站内的水头损失，/>
表示从泵站到管网节点的所有管段水头损失总值，/>
表示管道节点的水面标高，/>
表示管道节点到所述用户端节点I的管道水头损失值，/>
表示用户端节点I的水面标高，/>
()表示用户端节点I的水头计算公式；从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点；
判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值；
若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点；
若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则将所述待分割管网节点作为管网分割节点；
利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图；
根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据；
利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测；
所述根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，包括：
根据所述节点管道结构，利用预构建的初始水量漏损公式，通过模拟实验拟合出所述节点管道的管道漏损常数及漏损系数；
根据所述初始水量漏损公式、管道漏损常数及漏损系数，构建目标水量漏损公式；
根据预设的水量漏损阈值及所述目标水量漏损公式计算出所述管道节点的节点最大耐压值；
所述根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，包括：
计算从所述管网节点至用户端节点方向上，各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，其中所述水头损失总值包括各个用户端节点的水面标高总和及各个用户端节点与所述管道节点的管道损失值总和；
利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值；
根据所述最小水头值，利用预构建的水头水压转换公式计算出所述管网节点的最小水压值；
所述利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值，包括：
计算所述管网节点与各个用户端节点的水头分配比例；
根据所述水头分配比例构建水头分配公式；
利用所述水头分配公式，根据所述自由水头阈值、各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值以及所述自由水头计算公式，计算所述管网节点的最小水头值；
所述水头分配公式，如下所示：
其中，
表示分配系数，/>
表示管道节点的净剩水头值。
2.如权利要求1所述的供水管网水质监测方法，其特征在于，所述初始水量漏损公式，如下所示：
其中，
表示第i个管网节点的水量漏损阈值，/>
表示第i个管网节点的最大耐压值，/>
表示管道漏损常数，/>
为第i个管道节点的漏损系数，/>
表示与管道节点i相连的管段个数，
表示管道节点i与管道节点j之间的管段长度。
3.如权利要求1所述的供水管网水质监测方法，其特征在于，所述管网水质监测公式如下所示：
其中，
表示第i个管网分割节点处的污染指标值，/>
表示第p个管网分割节点处的污染指标值，/>
表示单位距离污染指数，/>
表示第p个管网分割节点到第i个管网分割节点的管段长度，s表示总管网分割节点数。
4.如权利要求1所述的基于物联网的供水管网水质监测方法，其特征在于，所述根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集管道水压及流量数据，包括：
根据所述供水管网分区拓扑图，在所述供水管网中的管道节点中筛选出数据监测位点；
利用所述物联网参数监测系统中的物联网感知层获取所述数据监测位点处的管道水压及流量数据。
5.如权利要求2所述的供水管网水质监测方法，其特征在于，所述管道漏损常数
=1.18。
6.一种基于物联网的供水管网水质监测装置，其特征在于，所述装置包括：
节点最大耐压值计算模块，用于获取供水管网的节点管道结构，根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值；所述根据所述节点管道结构确定所述供水管网中每个管网节点的节点最大耐压值，包括：根据所述节点管道结构，利用预构建的初始水量漏损公式，通过模拟实验拟合出所述节点管道的管道漏损常数及漏损系数；根据所述初始水量漏损公式、管道漏损常数及漏损系数，构建目标水量漏损公式；根据预设的水量漏损阈值及所述目标水量漏损公式计算出管道节点的节点最大耐压值；
最小水压值计算模块，用于获取供水管网拓扑结构图，根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值；所述根据预构建的自由水头计算公式，确定所述管网节点的最小水压值，包括：计算从所述管网节点至用户端节点方向上，各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，其中所述水头损失总值包括各个用户端节点的水面标高总和及各个用户端节点与所述管道节点的管道损失值总和；利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值；根据所述最小水头值，利用预构建的水头水压转换公式计算出所述管网节点的最小水压值；所述利用预设的自由水头阈值及所述各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值，根据所述自由水头计算公式，计算出所述管网节点的最小水头值，包括：计算所述管网节点与各个用户端节点的水头分配比例；根据所述水头分配比例构建水头分配公式；利用所述水头分配公式，根据所述自由水头阈值、各个用户端节点与所述管网节点的水头损失总值以及所述自由水头计算公式，计算所述管网节点的最小水头值；所述水头分配公式，如下所示：
其中，
表示分配系数，/>
表示管道节点的净剩水头值；
管网分割节点确定模块，用于从所述供水管网拓扑结构图中的起始管网节点向预构建的用户端节点方向依次提取待分割管网节点；判断所述待分割管网节点的最小水压值是否小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值；若所述待分割管网节点的最小水压值不小于所述节点最大耐压值，则从所述待分割管网节点处向所述用户端节点方向搜寻迭代管网节点，直至所述迭代管网节点的最小水压值小于所述迭代管网节点的节点最大耐压值，将所述迭代管网节点作为管网分割节点；若所述待分割管网节点的最小水压值小于所述待分割管网节点的节点最大耐压值，则将所述待分割管网节点作为管网分割节点；
供水管网拓扑结构图分割模块，用于利用所述管网分割节点对所述供水管网拓扑结构图进行结构分割，得到供水管网分区拓扑图；
数据监测模块，用于根据所述供水管网分区拓扑图，利用预构建的物联网参数监测系统在所述管网分割节点处采集水质指标数据；利用预构建的管网水质监测公式，根据所述水质指标数据对所述供水管网进行污染监测，完成供水管网水质监测。
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