[发明专利]一种用于估计配水管网的子网边界处的水流量的改进系统

说明书

本发明涉及一种用于测量配水管网的子网中的水流量的系统。该系统包括管网上的多个传感器，例如压力传感器。该系统还包括传感器与计算设备和测量采集系统之一之间的通信链路。计算设备被配置为直接或通过测量采集系统提取测量值；使用测量值来确定配水管网模型的控制变量值，该控制变量值使管网上的测量值与预测物理值之间的残差值最小化；然后使用模型参数与控制变量的所述值来计算子网边界处的水流量。

技术领域

本发明涉及配水系统的管理。具体而言，它涉及配水系统的子网的输入和输出水流量的估计。

背景技术

用于分配水的系统尤其是由一个或多个水源和消费者之间的管道以及诸如阀门和泵的控制装置来组成。这种系统可能会受到许多异常的影响。异常属于多种类型。水力异常包括泄漏、压力的异常变化、储罐水位的快速下降、储存的不连贯质量平衡。操作异常定义系统中处于不正确状态的元件，例如处于与存储在信息系统中的不同的开启状态的阀门。这些异常，特别是泄漏，会大大降低配水系统的性能。例如，管道和服务连接处的泄漏是水源和消费者之间的大部分水损失的原因，并且可能导致结构损坏。因此，检测和校正配水系统中的异常是这种系统的操作者永久关注的，以便减轻水损失和损坏的经济成本。此外，检测配水系统中的泄漏是限制全球水消耗和浪费的关键目标，这在受到水压力的地区中并且鉴于促进可持续发展而特别令人感兴趣。

配水系统的子网的输入和输出水流量的估计具有用于管理配水系统的许多重要应用。它用于多个决策层面：例如，在评估和战略层面，作为每月至每年确定资产更新战略的关键因素；在监测层面，每周至每月遵循水力条件、管网中的用水需求和损失水平，并适应管网管理；最后，在操作层面(每天至每周)，它用于组织管网的运行(泄漏检测和维修，维护活动等)……。

估计配水管网的子网的输入和输出流量的直接解决方案是关闭阀门，以便物理地将子网和配水管网的其余部分之间的管道数量限制为非常低的数量，可能为只有一个开启的管道，并且使用称为流量计的流量测量装置仅在开启的管道处测量水流量。该解决方案例如由所谓的区域计量区(DMA)使用。传统的DMA大小通常为500到4000个服务连接。该解决方案具有几个缺点。除了其他缺点之外，由于安装/操作阀门和流量计的数量，实施起来非常昂贵。修改子网也很困难，因为需要物理操作阀门。它还会因封闭管道中的水停滞而降低水质，增大供应中断的风险和/或紧急情况下阀门堵塞的风险，并降低管网的水力效率，特别是在需求量大的情况下。

SG193083专利公开了一种估计配水管网的不同子网的输入和输出流量的方法，而无需物理地操作阀门。SG193083公开的解决方案依赖于围绕主管道组织的配水管网，在主管道周围设有辅助管道。远程传感器放置在主管道的不同位置，并且当在两个连续传感器之间检测到压力下降时，在两个传感器之间的区段中检测到可能的泄漏。该方法有利地允许检测泄漏而无需关闭子网中的阀门。然而，专利SG193083中公开的方法限于围绕主管道组织的特定管网拓扑。因此，子网的唯一可能限制对应于主管道周围的子网的分离。

存在许多使用情况，其中，计算给定子网的输入和输出流量可能是有用的，例如在管理或合同失败时，而不需要物理地放置和关闭阀门。现有技术解决方案都不能实现该结果。实际上，诸如DMA的解决方案依赖于阀的物理操作，而SG193083公开的解决方案仅在子网布置在主管周围时才有效，具有有限的应用范围。

因此，需要一种方法来可靠地计算配水系统的任何子网的输入和输出流量，而不需要在子网的弧处物理地放置流量计或关闭阀门。

发明内容

为此，本发明公开了一种用于为由节点的管网组成的配水管网估计配水管网的子网的边界处的一个或多个水流速的方法，所述方法包括：用控制变量的值的集合来参数化配水系统的水力模型，该控制变量表征管网及其在节点处的输出；使用配水管网上的传感器在连续的时间参考处获取对配水管网的状态变量子集的观测结果；通过应用优化过程来确定控制变量值的集合，该控制变量使状态变量的子集的预测结果和观测结果之间的差异最小化；基于所确定的控制变量的值的集合，来计算在一段时间内在子网的边界处的所述一个或多个水流速。