CN117152926B - 基于数据分析的自动压力检测预警系统 - Google Patents

基于数据分析的自动压力检测预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于数据分析的自动压力检测预警系统，包括参数获取单元、参数分析单元、检验分析单元、预警显示单元，本发明涉及压力检测预警技术领域。该基于数据分析的自动压力检测预警系统，利用压强参数、流速参数、参照高度参数、液体密度参数计算出，各个检测节点上对比常量，随后依据伯努利原理判定目标管道内各个检测节点上对比常量对等关系，并依据对等关系的比较结果，获得相应的预警信号并通过预警显示单元进行预警，同时利用检验分析单元进行检验分析处理，可使工作人员依据不同等级的预警信号对异常状态较为严重的管道部分进行优先处理，避免严重异常的管道部分处理不及时，导致爆管事故的发生。

Description

基于数据分析的自动压力检测预警系统
技术领域
本发明涉及压力检测预警技术领域，具体为基于数据分析的自动压力检测预警系统。
背景技术
城市供水管网是全面掌握城市供水状况以及对整个供水系统实施正确调度的重要设施，它的运行效率直接反映城市的供水服务质量。为获知城市的整体供水状况，水厂要在整个城市范围内布设有多个管网监测点，监测各节点压力、流量等状况，以便能最优化城市供水及有效监控漏水或爆管事故的发生。
管线压力是供水调度系统中重要的监测内容，当前的压力输水管道主要通过定期停水检修的方法预防爆管事故的发生，由于大型埋地压力输水管道停水检修间隔时间长，检修期短，通过停水检修的方法并不能有效杜绝爆管发生，因此，为了准确把握供水管网的运行状况，亟需研发一种基于数据分析的自动压力检测预警系统，以提高综合信息数据可视化能力，提高工作效率和科学管理水平，增强供水管网运行安全性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了基于数据分析的自动压力检测预警系统，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于数据分析的自动压力检测预警系统，包括：
参数获取单元，用于获取管网中预先划分的各个检测节点上同一时间节点的参数数据，随后将参数数据发送至参数分析单元；其中，参数数据包括各个检测节点的压强参数、流速参数、参照高度参数、液体密度参数；
参数分析单元，用于对各个检测节点的参数数据进行计算分析，分析方式包括以下步骤：
第一步、首先提取各个目标管道的参数数据；
其中，一个目标管道上没有分流合流的其他管道；
第二步、选取一个目标管道，将该目标管道各个检测节点上的参数数据代入伯努利方程式中，并得到各个检测节点上对比常量Ct；
式中，t=1、2、……s，s表示该目标管道上所有检测节点的数量，Ct表示第几个检测节点上计算得到的对比常量，Pt表示第几个检测节点上的压强参数，vt表示第几个检测节点上的流速参数，表示为管网中流通液体物质的液体密度参数，g为重力加速度，ht表示为第几个检测节点上的参照高度参数；
第三步、接着依据伯努利原理的另一表述：
，
将目标管道首尾两处检测节点得到的对比常量进行比较，即将C1与Cs进行比较：
若C1+β=Cs的等式不成立，则表示该目标管道压力存在异常，随后将各个相邻检测节点的对比常量进行比较，其中β为预设的补偿因子区间[βmin，βmax]中的任一数值，即βmin≤β≤βmax；
当Ct+β=Ct+1的等式成立，则表示该相邻两个检测节点之间的管道部分正常，在该等式中，β为预设的补偿因子区间[βmin，βmax]中的任一数值，且t=1、2、……s-1；
当Ct+β=Ct+1的等式不成立，则表示该相邻两个检测节点之间的管道部分存在异常，并根据管道中液体流动的方向，将处于逆流方向的一个检测节点标记为一号分析节点，将处于逆流方向的一个检测节点标记为二号分析节点；
第四步、随后获取一号分析节点和二号分析节点的预标记位置，并生成相应的位置预警信号，并发送至预警显示单元；
预警显示单元，用于依据位置预警信号，在预训练的管网地图中获取对应的预标记位置并作出警报显示。
优选的，压强参数为通过在相应检测节点设置的测压管采集得到；
流速参数为通过在相应检测节点设置的液体流量计采集得到液体流量，随后获取相应检测节点的管道横截面积，并利用流量计算公式计算得到流速参数，且各个检测节点的管道横截面积为固定值；
参照高度参数为以指定高度为参照基准，随后通过测量得到检测节点与指定高度的距离值，即为参照高度参数；
液体密度参数为管网中液体物质的密度值。
优选的，在第三步中，若C1+β=Cs的等式成立，则表示该目标管道压力正常，且不生成相应的位置预警信号。
优选的，还包括：
检验分析单元，用于在一个一号分析节点上的指定周期内，获取多个不同时间节点的压强参数和流速参数，并对其进行检验分析处理，依据处理结果，并获得相应等级的预警信号，并将相应等级的预警信号发送至预警显示单元。
优选的，依据压强参数的检验分析处理方式如下：
步骤一、选取一个一号分析节点，并将该一号分析节点上不同时间节点的压强参数标记为Yi，i=1、2、3、……n，i表示第几个，Yi表示第几个时间节点的压强参数，n表示所有时间节点的数量；
步骤二、随后利用公式，计算得到各个压强参数中分析差值的离散值；
其中，表示各个压强参数与所有压强参数平均值的差值，表示相应压强参数与前后相邻压强参数的两个差值的均值，得到的值，表示为各个压强参数的分析差值，Cp表示为分析差值的平均值，Yp表示为所有Yi的平均值，||表示绝对值；
在上述计算公式中，当i为1时，Yi-1的值采用Y1的值，当i为n时，Yi+1的值采用Yn的值；
步骤三、接着将CL与预设阈值CY进行比较：
若CL＞CY，则认为这一组数据的离散值CL过大，按照从大到小的顺序依次删除对应的Yi并对应计算剩余的离散值CL，直至CL≤CY；
其中，被删除的Yi表示相应检测节点异常；
步骤四、随后提取该号分析节点中未被删除Yi的数量，并将其标记为u1；
步骤五、接着通过B1=u1/n，得到的比例系数B1与预设的比例阈值集By∈[By1，By2，By3]进行比较：
若B1＜By1，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为轻度异常，并生成D级预警信号；
若By1≤B1＜By2，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为中度异常，并生成C级预警信号；
若By2≤B1＜By3，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为高度异常，并生成B级预警信号；
若By3≤B1，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为重度异常，并生成A级预警信号；
其中，By∈[By1，By2，By3]表示为：By=By1，或By=By2，或By=By3。
优选的，流速参数的检验分析处理方式与压强参数的检验分析处理方式相同。
优选的，所述检验分析单元还用于获取与一号分析节点对应的二号分析节点，并按照步骤一到步骤四的方式，提取二号分析节点未被删除Yi的数量，并将其标记为u2，同时通过B2=u2/n得到的比例系数B2；
接着获取一号分析节点与二号分析节点之间管道部分的一号划分段和二号划分段，一号划分段和二号划分段为操作人员预先将管道部分一分二标记形成，且一号分析节点与一号划分段相邻，二号分析节点与二号划分段相邻；
之后通过BC=B2-B1计算出比例差BC，并依据BC的正负值判断一号分析节点与二号分析节点之间管道部分一号划分段和二号划分段的异常位置。
优选的，一号分析节点与二号分析节点之间管道部分的异常位置的判断方式如下：
若BC的值为负值，则表明二号分析节点出现的异常频次较低，且异常位置为出现在一号划分段的概率高于出现在一号划分段的概率；
若BC的值为正值，则表明二号分析节点出现的异常频次较高，且异常位置为出现在一号划分段的概率低于出现在一号划分段的概率。
有益效果
本发明提供了基于数据分析的自动压力检测预警系统。与现有技术相比具备以下有益效果：
本发明利用压强参数、流速参数、参照高度参数、液体密度参数计算出，各个检测节点上对比常量，随后依据伯努利原理判定目标管道内各个检测节点上对比常量对等关系，并依据对等关系的比较结果，获得相应的预警信号并通过预警显示单元进行预警，进而使得工作人员可以在远程监测管网的压力情况，并对存在问题的管道部分及时采取相应的运维措施，以保障供水压力平衡、流量稳定，有效的避免爆管事故的发生；
本发明通过设置检验分析单元，使其利用多个不同时间节点的压强参数，并对其进行检验分析处理，并依据检验分析结果获得不同等级的预警信号，进而可以使得工作人员依据不同等级的预警信号对异常状态较为严重的管道部分进行优先处理，避免严重异常的管道部分处理不及时，导致爆管事故的发生；
本发明利用检验分析单元对一号分析节点与二号分析节点之间管道部分异常处出现的位置进行概率性指出，使得工作人员依据BC的值为正负值，优先选取一号划分段或二号划分段进行运维检测，有效的缩小异常管道处理时的异常查找范围，同时有效的缩减检测节点设置量，使得相邻检测节点的设置距离可以加大，进而降低相应检测传感器的设置成本；
本发明通过获取流速参数并对其进行检验分析处理，可以防止测压管读取数值异常，而导致管道压力异常检测出现失误，可以通过流速参数检测出的异常结果对压强参数检测出的异常结果进行核验，进而保证预警结果的准确性。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明检验分析处理的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的实施例一
请参阅图1，本发明提供技术方案：基于数据分析的自动压力检测预警系统，包括：
参数获取单元，用于获取管网中预先划分的各个检测节点上同一时间节点的参数数据，随后将参数数据发送至参数分析单元；
其中，参数数据包括各个检测节点的压强参数、流速参数、参照高度参数、液体密度参数；
压强参数为通过在相应检测节点设置的测压管采集得到；
流速参数为通过在相应检测节点设置的液体流量计采集得到液体流量，随后获取相应检测节点的管道横截面积，并利用流量计算公式计算得到流速参数，且各个检测节点的管道横截面积为固定值；
参照高度参数为以指定高度为参照基准，随后通过测量得到检测节点与指定高度的距离值，即为参照高度参数；
液体密度参数为管网中液体物质的密度值；
参数分析单元，用于对各个检测节点的参数数据进行计算分析；
第一步、首先提取各个目标管道的参数数据；
其中，一个目标管道上没有分流合流的其他管道；
第二步、选取一个目标管道，将该目标管道各个检测节点上的参数数据代入伯努利方程式中，并得到各个检测节点上对比常量Ct；
式中，t=1、2、……s，s表示该目标管道上所有检测节点的数量，Ct表示第几个检测节点上计算得到的对比常量，Pt表示第几个检测节点上的压强参数，vt表示第几个检测节点上的流速参数，表示为管网中流通液体物质的液体密度参数，g为重力加速度，ht表示为第几个检测节点上的参照高度参数；
第三步、接着依据伯努利原理的另一表述：
，
将目标管道首尾两处检测节点得到的对比常量进行比较，即将C1与Cs进行比较：
若C1+β=Cs的等式成立，则表示该目标管道压力正常，其中β为预设的补偿因子区间[βmin，βmax]中的任一数值；
若C1+β=Cs的等式不成立，则表示该目标管道压力存在异常，随后将各个相邻检测节点的对比常量进行比较：
当Ct+β=Ct+1的等式成立，则表示该相邻两个检测节点之间的管道部分正常，在该等式中，β为预设的补偿因子区间[βmin，βmax]中的任一数值，且t=1、2、……s-1；
当Ct+β=Ct+1的等式不成立，则表示该相邻两个检测节点之间的管道部分存在异常，并根据管道中液体流动的方向，将处于逆流方向的一个检测节点标记为一号分析节点，将处于逆流方向的一个检测节点标记为二号分析节点；
第四步、随后获取一号分析节点和二号分析节点的预标记位置，并生成相应的位置预警信号，并发送至预警显示单元；
预警显示单元，用于依据位置预警信号，在预训练的管网地图中获取对应的预标记位置并作出警报显示。
本实施例利用压强参数、流速参数、参照高度参数、液体密度参数计算出，各个检测节点上对比常量，随后依据伯努利原理判定目标管道内各个检测节点上对比常量对等关系，并依据对等关系的比较结果，获得相应的预警信号并通过预警显示单元进行预警，进而使得工作人员可以在远程监测管网的压力情况，并对存在问题的管道部分及时采取相应的运维措施，以保障供水压力平衡、流量稳定，有效的避免爆管事故的发生。
作为本发明的实施例二
请参阅图2，本实施例在实施例一的基础上，还包括：
检验分析单元，用于在一个一号分析节点上的指定周期内，获取多个不同时间节点的压强参数，并对其进行检验分析处理；
检验分析处理方式如下：
步骤一、选取一个一号分析节点，并将该一号分析节点上不同时间节点的压强参数标记为Yi，i=1、2、3、……n，i表示第几个，Yi表示第几个时间节点的压强参数，n表示所有时间节点的数量；
步骤二、随后利用公式，计算得到各个压强参数中分析差值的离散值；
其中，表示各个压强参数与所有压强参数平均值的差值，表示相应压强参数与前后相邻压强参数的两个差值的均值，得到的值，表示为各个压强参数的分析差值，Cp表示为分析差值的平均值，Yp表示为所有Yi的平均值，||表示绝对值；
在上述计算公式中，当i为1时，Yi-1的值采用Y1的值，当i为n时，Yi+1的值采用Yn的值；
步骤三、接着将CL与预设阈值CY进行比较：
若CL＞CY，则认为这一组数据的离散值CL过大，按照从大到小的顺序依次删除对应的Yi并对应计算剩余的离散值CL，直至CL≤CY；
其中，被删除的Yi表示相应检测节点异常；
步骤四、随后提取该号分析节点中未被删除Yi的数量，并将其标记为u1；
步骤五、接着通过B1=u1/n，得到的比例系数B1与预设的比例阈值集By∈[By1，By2，By3]进行比较：
若B1＜By1，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为轻度异常，并生成D级预警信号；
若By1≤B1＜By2，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为中度异常，并生成C级预警信号；
若By2≤B1＜By3，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为高度异常，并生成B级预警信号；
若By3≤B1，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为重度异常，并生成A级预警信号。
本实施例通过设置检验分析单元，使其利用多个不同时间节点的压强参数，并对其进行检验分析处理，并依据检验分析结果获得不同等级的预警信号，进而可以使得工作人员依据不同等级的预警信号对异常状态较为严重的管道部分进行优先处理，避免严重异常的管道部分处理不及时，导致爆管事故的发生，为平衡供水压力、调度生产工作提供高效、及时、准确、充分的数据依据，以提高工作效率和科学管理水平，增强供水管网运行安全性。
作为本发明的实施例三
本实施例在实施例二的基础上，检验分析单元还用于获取与一号分析节点对应的二号分析节点，并按照步骤一到步骤四的方式，提取二号分析节点未被删除Yi的数量，并将其标记为u2，同时通过B2=u2/n得到的比例系数B2；
接着获取一号分析节点与二号分析节点之间管道部分的一号划分段和二号划分段，一号划分段和二号划分段为操作人员预先将管道部分一分二标记形成，且一号分析节点与一号划分段相邻，二号分析节点与二号划分段相邻；
之后通过BC=B2-B1计算出比例差BC，并依据BC的正负值判断一号分析节点与二号分析节点之间管道部分的异常位置；
一号分析节点与二号分析节点之间管道部分的异常位置的判断方式如下：
若BC的值为负值，则表明二号分析节点出现的异常频次较低，且异常位置为出现在一号划分段的概率高于出现在一号划分段的概率；
若BC的值为正值，则表明二号分析节点出现的异常频次较高，且异常位置为出现在一号划分段的概率低于出现在一号划分段的概率；
在本实施例中，工作人员依据BC的值为正负值，优先选取一号划分段或二号划分段进行运维检测，有效的缩小异常管道处理时的异常查找范围，同时有效的缩减检测节点设置量，使得相邻检测节点的设置距离可以加大，进而降低相应检测传感器的设置成本。
作为本发明的实施四
本实施例与实施例二和实施三的区别在于：
检验分析单元还用于在一个一号分析节点上的指定周期内，获取多个不同时间节点的流速参数，并对其进行检验分析处理，具体方式同实施例二和实施例三；
在本实施例中，通过获取流速参数并对其进行检验分析处理，可以防止测压管读取数值异常，而导致管道压力异常检测出现失误，可以通过流速参数检测出的异常结果对压强参数检测出的异常结果进行核验，进而保证预警结果的准确性。
作为本发明的实施五
本实施例将实施例一到实施四融合实施。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.基于数据分析的自动压力检测预警系统，其特征在于，包括：
参数获取单元，用于获取管网中预先划分的各个检测节点上同一时间节点的参数数据，随后将参数数据发送至参数分析单元；其中，参数数据包括各个检测节点的压强参数、流速参数、参照高度参数、液体密度参数；
参数分析单元，用于对各个检测节点的参数数据进行计算分析，分析方式包括以下步骤：
第一步、首先提取各个目标管道的参数数据；
其中，一个目标管道上没有分流合流的其他管道；
第二步、选取一个目标管道，将该目标管道各个检测节点上的参数数据代入伯努利方程式中，并得到各个检测节点上对比常量Ct；
式中，t=1、2、……s，s表示该目标管道上所有检测节点的数量，Ct表示第t个检测节点上计算得到的对比常量，Pt表示第t个检测节点上的压强参数，vt表示第t个检测节点上的流速参数，表示为管网中流通液体物质的液体密度参数，g为重力加速度，ht表示为第t个检测节点上的参照高度参数；
第三步、接着依据伯努利原理的另一表述：
，
将目标管道首尾两处检测节点得到的对比常量进行比较，即将C1与Cs进行比较：
若C1+β=Cs的等式不成立，则表示该目标管道压力存在异常，随后将各个相邻检测节点的对比常量进行比较，其中β为预设的补偿因子区间[βmin，βmax]中的任一数值，其中，βmin表示预设的补偿因子最小值，βmax表示为预设的补偿因子最大值；
当Ct+β=Ct+1的等式成立，则表示该相邻两个检测节点之间的管道部分正常，在该等式中，β为预设的补偿因子区间[βmin，βmax]中的任一数值，且t=1、2、……s-1；
当Ct+β=Ct+1的等式不成立，则表示该相邻两个检测节点之间的管道部分存在异常，并根据管道中液体流动的方向，将处于逆流方向的一个检测节点标记为一号分析节点，将处于逆流方向的另一个检测节点标记为二号分析节点；
第四步、随后获取一号分析节点和二号分析节点的预标记位置，并生成相应的位置预警信号，并发送至预警显示单元；
预警显示单元，用于依据位置预警信号，在预训练的管网地图中获取对应的预标记位置并作出警报显示；
检验分析单元，用于在一个一号分析节点上的指定周期内，获取多个不同时间节点的压强参数和流速参数，并对其进行检验分析处理，依据处理结果，并获得相应等级的预警信号，并将相应等级的预警信号发送至预警显示单元；
依据压强参数的检验分析处理方式如下：
步骤一、选取一个一号分析节点，并将该一号分析节点上不同时间节点的压强参数标记为Yi，i=1、2、3、……n，i表示第几个，Yi表示第i个时间节点的压强参数，n表示所有时间节点的数量；
步骤二、随后利用公式，计算得到各个压强参数中分析差值的离散值；
其中，表示各个压强参数与所有压强参数平均值的差值，/>表示相应压强参数与前后相邻压强参数的两个差值的均值，/>得到的值，表示为各个压强参数的分析差值，Cp表示为分析差值的平均值，Yp表示为所有Yi的平均值，||表示绝对值；
在上述计算公式中，当i为1时，Yi-1的值采用Y1的值，当i为n时，Yi+1的值采用Yn的值；
步骤三、接着将CL与预设阈值CY进行比较：
若CL＞CY，则认为这一组数据的离散值CL过大，按照从大到小的顺序依次删除对应的Yi并对应计算剩余的离散值CL，直至CL≤CY；
其中，被删除的Yi表示相应检测节点异常；
步骤四、随后提取一号分析节点中未被删除Yi的数量，并将其标记为u1；
步骤五、接着通过B1=u1/n，得到的比例系数B1与预设的比例阈值集By∈[By1，By2，By3]进行比较：
若B1＜By1，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为轻度异常，并生成D级预警信号；
若By1≤B1＜By2，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为中度异常，并生成C级预警信号；
若By2≤B1＜By3，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为高度异常，并生成B级预警信号；
若By3≤B1，则将表示一号分析节点与二号分析节点之间的异常状态为重度异常，并生成A级预警信号；
所述检验分析单元还用于获取与一号分析节点对应的二号分析节点，并按照步骤一到步骤四的方式，提取二号分析节点未被删除Yi的数量，并将其标记为u2，同时通过B2=u2/n得到的比例系数B2；
接着获取一号分析节点与二号分析节点之间管道部分的一号划分段和二号划分段，一号划分段和二号划分段为操作人员预先将管道部分一分二标记形成，且一号分析节点与一号划分段相邻，二号分析节点与二号划分段相邻；
之后通过BC=B2-B1计算出比例差BC，并依据BC的正负值判断一号分析节点与二号分析节点之间管道部分一号划分段和二号划分段的异常位置；
一号分析节点与二号分析节点之间管道部分的异常位置的判断方式如下：
若BC的值为负值，则表明二号分析节点出现的异常频次较低，且异常位置为出现在一号划分段的概率高于出现在二号划分段的概率；
若BC的值为正值，则表明二号分析节点出现的异常频次较高，且异常位置为出现在一号划分段的概率低于出现在二号划分段的概率。
2.根据权利要求1所述的基于数据分析的自动压力检测预警系统，其特征在于：压强参数为通过在相应检测节点设置的测压管采集得到；
流速参数为通过在相应检测节点设置的液体流量计采集得到液体流量，随后获取相应检测节点的管道横截面积，并利用流量计算公式计算得到流速参数，且各个检测节点的管道横截面积为固定值；
参照高度参数为以指定高度为参照基准，随后通过测量得到检测节点与指定高度的距离值，即为参照高度参数；
液体密度参数为管网中液体物质的密度值。
3.根据权利要求1所述的基于数据分析的自动压力检测预警系统，其特征在于：在第三步中，若C1+β=Cs的等式成立，则表示该目标管道压力正常，且不生成相应的位置预警信号。
4.根据权利要求1所述的基于数据分析的自动压力检测预警系统，其特征在于：流速参数的检验分析处理方式与压强参数的检验分析处理方式相同。
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