[发明专利]一种供水管网节点间水压传递关系的辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市供水管网监控，具体地，涉及一种供水管网节点间水压传递关系的辨识方法。

背景技术

城市供水管网监控的任务包括水压控制、事故应急响应机制以及泵站优化调度等，最终的目标是在保证服务质量(使供水水压在事先规定的范围内)的前提下减少系统的电能消耗。对此，供水网络系统的建模是重要基础。经过对现有技术文献的检索，A.R.Simpson和S.Elhay在World environmental and water resources congress,ASCE Conference Proceedings342,283-294上发表了“A framework for alternative formulations of the pipe network equations”。该文整理了供水管网中流量和水头方程的5种不同表述，包括1)流量方程，2)水头方程，3)环流量方程，4)流量和水头方程，5)Todini-Pilati流量和水头方程。这些方程称为管网的水力学模型，其本质上是网络中节点流量连续性方程，水管水头损失和流量的关系，管道闭环水头损失以及固定水头节点之间通路的水头损失。由于其中多数是非线性的方程，因此需要迭代求解。然而，建立这样的水力学模型需要事先知道完整的供水系统布局，并且具体到每个管网元件的参数值，如管道的长度、直径、材质等。当系统的规模较大但又无法获得足够的管网信息时，精细的水力学模型就很难建立。另一种可行的方法是在管线上安装(压力、流量、声学)传感器，基于采集得到的数据，利用数据挖掘的方法和技术来监视供水管网的运行状态。

对于城市供水管网监控，使服务区水压处于给定的区间是最根本的任务。水压过高会增加漏损和爆管的风险，也会增加系统的电能消耗；而水压过低则会影响供水服务的质量。当某个传感器检测到水压过高或者过低时，通常的调控手段是调节当前测压点附近泵站的出水水压。如何自动寻找能影响指定节点水压的泵站，并进一步判定这种影响的强度就成为问题的关键，本发明的核心内容就是要提供这样的解决方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种供水管网节点间水压传递关系的辨识方法，为城市供水管网监控提供有力的辅助手段。

为实现以上目的，本发明提供一种供水管网节点间水压传递关系的辨识方法，所述方法先基于对管网节点水压实测数据的Pearson相关性分析进行供水子网络划分，再对划分后的每一子网络建立一个线性回归模型，以定量描述水压传递关系；其中：所述的管网节点是传感器节点，即水压传感器在供水管网中的安装位置。

优选地，所述对管网节点水压进行Pearson相关性分析，是根据Pearson相关性分析结果选出网络中与某些节点强相关的重要节点，称为中心节点，而和中心节点水压强相关的节点称为关联节点。

优选地，所述中心节点及其若干所述关联节点构成一个子网络。

优选地，对于每一个所述子网络，中心节点处的水压值由其关联节点处的水压值所决定，称这种关系为水压传递。

优选地，所述水压传递关系采用线性回归模型定量描述，模型输入为t时刻关联节点的水压测量值即向量输入，输出为t时刻中心节点的水压估计值即标量输出。

对于每个子网络，采用一个线性回归模型描述从关联节点到中心节点的水压传递，模型表达式如下：

y＝β₁x₁+...+β_px_p+ε＝x^Tβ+ε

其中，模型输入x_i(i＝1,2,…,p)为关联节点处t(t＝1,2,…,n)时刻的水压测量值，n为水压测量值个数，p为关联节点个数，输出y为中心节点处t时刻的水压估计值，β_i为模型参数，ε为误差项。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述的一种供水管网节点间水压传递关系的辨识方法，在实际供水管网的详细结构、元件及其参数不清晰但水压传感器布局合理的情况下，寻找能影响指定节点水压的泵站，并进一步判定这种影响的强度，能够用于节点间水压传递关系的高精度辨识，具有应用于管网水压控制的潜力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是某城市供水主干管道(管径≥800mm)以及水压传感器(以方块表示)的布局图，以及在不同的相关系数阈值r_thres下某个子网络的覆盖范围；