[发明专利]一种城市供水管网半监督条件下泄漏监测传感器布局优化方法

说明书

本发明公开了一种城市供水管网半监督条件下泄漏监测传感器布局优化方法，包括：步骤一、模拟计算城市供水管网中节点的压力变化；步骤二、根据所述压力变化通过模糊C均值聚类对所述城市供水管网进行区域划分；步骤三、在所述区域中通过半监督联合互信息选择代表性节点，并且在所述代表性节点放置所述监测传感器。

技术领域

本发明涉及供水管网维护领域，具体涉及一种城市供水管网半监督条件下泄漏监测传感器布局优化方法。

背景技术

供水管网(WSN)是保障饮用水运输、分配以及供应的民用基础设施系统。随着管道的老化以及缺乏维护，供水管网的泄漏监测问题日益显现。管道中的漏水比例可达总供水量的30％。此外，漏水还会对经济和社会带来严重影响。因此，泄漏管理需要新型高效的方法来应对这些挑战。

现有的传感器布局优化技术通常以泄漏数据位置信息完整为前提，即有监督条件下的泄漏定位。然而在实际中普遍存在局部泄漏位置未知的半监督情况。半监督条件下的传感器布局优化问题应从两方面进行讨论：一方面，如果泄漏位置缺失数据所占比例很小，那么只需忽略该部分数据，就可以采用传统方法解决传感器布置问题；另一方面，一旦未标记泄漏位置的数据所占比例太大而无法忽略，传统的传感器布局优化方法将不再适用。

发明内容

基于上述技术问题，本发明设计开发了一种城市供水管网半监督条件下泄漏监测传感器布局优化方法，本发明通过基于半监督条件下的最大相关性最小冗余度(mRMR)准则选取监测节点，采用模糊C均值聚类(FCM)的方法将供水管网划分为若干区域，然后将semi-JMI算法应用于各个区域，从而避免监测盲区的出现，并从中选择最具代表性节点完成压力传感器的优化布置。

本发明提供的技术方案为：

一种城市供水管网半监督条件下泄漏监测传感器布局优化方法，包括：

步骤一、模拟计算城市供水管网中节点的压力变化；

步骤二、根据所述压力变化通过模糊C均值聚类对所述城市供水管网进行区域划分；

步骤三、在所述区域中通过半监督联合互信息选择代表性节点，并且在所述代表性节点放置所述监测传感器。

优选的是，在所述步骤一中通过改变所述城市供水管网中节点需水量模拟计算压力变化，具体包括：

确定异常压力的矩阵为

压力变化的矩阵为

其中，代表供水管网中第t个节点以k等级泄漏时第i个节点的压力，泄漏等级从0到k，并且0代表该节点未发生泄漏，k代表该节点处的最大泄漏。

优选的是，在所述步骤二中，根据所述压力变化的矩阵标记泄漏所在位置，得到所述位置矩阵为

通过模糊C均值聚类方法对G的s列进行聚类，每列被分配到c个聚类中心中，将所述城市供水管网划分为c个区域。

优选的是，在所述步骤三中，通过半监督联合互信息选择代表性节点具体包括如下步骤：

步骤1、将所述区域中的部分模拟节点标签随机删除并制作替代标签；

步骤2、制作替代标签后将所述位置矩阵G重新表示为

G'＝{G'₁,G'₂,...,G'_c}＝{ΔP₁∪Y',ΔP₂∪Y',...,ΔP_c∪Y'}；