[发明专利]一种基于PDD的城市供水管网的爆管预警定位的方法

权利要求书

1.一种基于PDD的城市供水管网的爆管预警与定位的方法，包括供水管网正常工作日的识别、爆管预警、漏失系数的计算和爆管点定位的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1利用七日移动平均时隔差法识别、筛选供水管网中DMA分区管网正常日的流量和水压数据；

(1)采集{P_i}(夜间3:00-5:00该分区的平均压力)、{Q_i}(夜间3:00-5:00的平均供水量)、日均供水量、夜间居民合法用水量、大用户各分区夜间3:00-5:00平均用水量；

(2)根据压力公式估算每一天的背景漏失量L_T＝((P_T/P_T-1)^1.5)*L_T-1和B_T(7)＝(第T日到T-6日的背景漏失量的平均值)-(第T-8到T-14日的背景漏失量的平均值)；

(3)计算C_T(7)＝(第T日到T-6日3：00-5：00的平均供水量)-(第T-8到T-14日的夜间3：00-5：00的平均供水量)，计算D_T(7)＝C_T(7)-B_T(7)；

(4)根据DMA分区规模确定A_T(7)100％；

(5)对比D_T(7)与A_T(7)100％；

(6)若D_T(7)A_T(7)100％，则判断该区域第T-7日没有出现新漏失，将该日列为正常日；

步骤2根据正常日压力数据，确定测压点正常水压范围，进行爆管预警并确定爆管日；

(1)根据正常日测压点压力数据P_i，确定供水管网DMA分区白天、夜间、全天三种情况下的正常水压范围(P_ave-3σ，P_ave+3σ)，正常日测压点平均水压P_ave与方差σ分别按公式(1-1)和(1-2)计算：

(2)利用DMA分区中每日三个时段实测的测压点压力值P_i与上述正常水压范围比对，进行风险预警，根据一日内三个时段超出正常水压范围次数，发出预警信息并确定爆管发生日期,即当P_i∈(P_ave-3σ，P_ave+3σ)，判定管网正常；当判定管网发生爆管；

步骤3根据正常日流量与水压数据，应用PDD模型和遗传算法计算漏失系数；

(1)根据正常日数据，统计供水管网数据库的用户实际用水及供水数据，按公式(1-3)算出实际背景漏失量：

式中，q_act－leak为月实际平均背景漏失水量，L/s；Q_T为正常日供水管网数据库中总供水量，m³；Q_i^use为用户用水量，m³；t正常日时间间隔，d；

(2)根据PDD模型，构造fitness适应度函数；

PDD模型包括节点背景漏失与节点压力的关系式(1-4)和节点流量与节点压力的关系式(1-5)，分别为：

式中，q_i-leak—节点i的背景漏失量，L/s；Q_i^req—节点i的节点额定流量，L/s；c_i—漏失系数；Q_i^use—节点i的用户用水量，L/s；H_i—节点i的计算水压，m；H_max—节点i的额定水压，m；H_min—节点i的临界水压，m；

fitness适应度函数为：

fitness(c_i)＝q_act-leak-∑q_i-leak (1-6)

(3)构造方程fitness(c_i)＝0,运用遗传算法求解该方程，计算漏失系数c_i；

步骤4基于算得的漏失系数c_i和爆管时PDD模型进行爆管定位；

(1)以步骤3算得的漏失系数值作为式(1-4)中的漏失系数，以传统方法算得的爆管日节点流量作为初始种群，设定新增爆管漏失水量Q_L的下限值和上限值；

(2)将爆管日节点流量导入传统管网水力模型中，通过EPANET求解，得到各节点的压力值H_i，再代入PDD模型(1-4)和(1-5)，算出各节点的背景漏失q_i-leak和实际用水量Q_i^use；

(3)将新增爆管漏失水量Q_L依次循环加到各个节点，根据爆管时PDD模型(1-4)和(1-7)计算管网压力监测点的计算值：

q_i-leak＝c_iQ_i^reqH_i^1.18 (1-4)

式中，Q_L—爆管节点的漏失水量，L/s；其他符号意义同上；

(4)以上述模型算得的监测点压力值H_i与实测值H_iq之差的平方和f最小作为目标函数(1-8)，进行寻优计算，确定爆管点位置：

式中，f—目标函数值；n—压力监测点个数；H_iq—压力监测点实际压力，与前述P_i意义相同，m。