[发明专利]用于检测配水系统中的异常的方法

说明书

本发明涉及用于检测配水系统中的异常的方法和系统。配水系统包括节点网络，并且在节点的子集处配备有至少针对水流速度的传感器。通过水力模型对配水系统建模。根据本发明的方法包括采用一组控制变量的初始值对水力模型进行参数化，采用传感器获得在节点处的网络的状态变量的值，采用水力模型计算状态变量的预测值，递归地计算被应用于水力模型的允许获得所述状态变量的最接近观测值的预测值的控制变量的值，以及基于所述控制变量的值对网络的节点分类。

技术领域

本发明涉及对配水系统中的异常的检测。更具体而言，本发明涉及通过对配水系统的水力模型和统计信息的结合使用来检测异常。

背景技术

用于分配饮用水的系统尤其由水头与消费者之间的管道连同诸如阀门和泵之类的控制装置构成。这样的系统可能会遭受很多异常。这些异常属于多种类型。水力异常包括泄露、压力的异常变化、贮水池的水位的快速下降、蓄水池的不合逻辑的质量平衡。运行异常是系统中处于不正确状态的元件的特征，例如，该元件例如是处于与信息系统中所存储的状态不同的打开状态的阀门。这些异常，尤其是泄露，可能会急剧降低配水系统的性能。例如，管道中的泄露是水头和消费者之间大部分水损失的原因，并且可能造成结构损坏。因此，对配水系统中的异常的检测和校正永远都是此类系统的运营商的关注内容，以便降低损坏和水损失的经济成本。此外，配水系统中的泄露检测的一个关键目的是限制全球的水消耗和浪费，这一点在缺水地区尤其受关注，并且是由于为了促进可持续发展。

配水系统中的泄露检测以往是通过人工检查执行的。人工检查一般包括派人操作者来检查系统的管道，以及识别泄露和其它异常。例如，可以采用对因泄露引起的噪声进行检测的音频传感器来辅助这种检测。然而，配水系统通常很大的尺寸使得对泄露和异常的人工检测非常困难。例如，大城市的配水系统包括数千千米的管道。因此，不可能以合理的成本频繁地检查所有管道。

传感器的使用有助于针对配水系统中的异常的检测问题的解决方案。尤其可以采用传感器来自动地检测系统行为的异常变化，从而向系统的其中检测到异常行为的那些节点/弧线(arc)派遣人操作者。然而，基于传感器的异常检测方法也存在缺陷。它们可能生成大量的错误判断(对并非实际异常的事件发出警报)，从而导致很多无用而又耗费成本的人工干预。由于典型配水系统的大规模的原因，这些方法也可以正确地检测异常但无法精确定位。另外，在系统中部署高密度的传感器虽然能够有助于对异常进行更加精确的定位，但是其成本过高。

专利US 8635051公开了一种用于识别配水系统中的泄露的方法。所述方法包括采用泄露模型并迭代地应用这一模型，从而获得耗水量的预测值，将输出值与观测结果进行比较，对所述值进行更新从而获得更好的模型，直到预测结果和观测结果之间的差低于某一阈值或者达到迭代次数的极限为止。这种方法对水力模型的使用允许识别出没有可用传感器的节点中的泄露。但是，所述方法缺乏将观测结果与历史数据进行比较的历史比较。因而，降低了预测的鲁棒性，因为用于检测泄露或异常值的阈值需要被先验地定义。

因此，需要一种用于提高对配水系统中的异常的自动检测和定位的鲁棒性的方法。所提出的方法基于对水力模型的使用以及对系统中选定节点处的时间序列的测量结果的统计处理。

发明内容

出于这种效果，本发明公开了根据权利要求1所述的用于检测异常的方法、根据权利要求14所述的用于检测异常的系统以及根据权利要求15所述的计算机程序产品。从属权利要求定义了本发明的优选实施例。