[发明专利]一种城市排水管道的水流状态检测方法

说明书

本发明涉及一种城市排水管道的水流状态检测方法。由于地下管网情况复杂、检测系统干扰因素多，城市排水管道水流状态检测相对困难。本发明采用事件触发的通信协议缓解通信拥堵现象并降低能量消耗，利用单边Lipschitz函数描述排水管网的非线性扰动，通过线性矩阵不等式方法对基于传感器网络的分布式状态估计器进行求解。本发明方法首先构建多传感器网络模型与拓扑结构，然后建立城市排水管道的水流状态检测系统的状态空间模型，建立城市排水管道的水流状态检测系统的分布式状态估计器及误差系统模型，最后对城市排水管道水流检测系统基于事件触发机制的分布式状态估计器进行求解。本发明为城市排水管道水流状态检测提供了及时有效的方法。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及一种城市排水管道的水流状态检测方法，通过基于事件触发机制的分布式估计方法，实现了城市排水管道水流状态检测，可用于现代城市排水行业。

背景技术

近年来，我国城镇化发展迅速，城市常住人口不断增加，工业用水和生活污水排放量日益增多。城市排水系统的安全有效运行是工业生产和城市居民安全健康生活的重要保障。然而，目前国内城市排水管道系统的运营状况并不理想。由于极端气候下降雨量突增、已建城市排水管道系统不完善、管道拥堵导致排水能力下降，极易造成污水泄漏、道路积水和城市内涝，这些都给城市环境、健康生活和人身安全带来严重的影响。因此，对城市排水管道水流状态的实时检测和估计已经成为了现代城市安全生产和健康生活的基础。

虽然，目前已经有部分简易方法用于城市排水管道水流变化情况的检测，但由于地下管网排水管道系统的情况非常复杂，用于检测的众多传感器深埋地下，大量数据同时传输很容易发生检测数据丢失，而且由于地下城市排水管道工作环境差，部件的老旧造成检测系统的干扰因素增多，这些都给城市排水管道水流状态检测带来了困难和挑战。因此，急需一种新方法，既能应对城市排水管道系统在检测时出现的各类干扰，又能解决大量检测信号传输时的数据丢失问题，实现对城市排水管道水流状态的有效检测和估计。

发明内容

本发明的目的是针对目前我国城市排水管道的水流状态检测系统无法及时准确地对水流状态进行检测和估计，提供一种基于事件触发机制的城市排水管道的水流状态分布式估计方法。

本发明方法基于无线传感器网络，采用事件触发机制的通信协议来缓解通信拥堵和节约能量消耗，同时利用单边Lipschitz函数来描述排水管网的非线性扰动，比一般的Lipschitz非线性适用范围更广。通过设计分布式状态估计器，使用线性矩阵不等式方法对分布式状态估计器进行求解，从而为城市排水管道水流状态检测提供了及时有效的方法。

本发明方法的具体步骤是：

步骤(1).构建多传感器网络模型与拓扑结构：

在需要进行水流状态检测的区域布置数量为N的传感器，N个传感器分别测量该排水管道的水位高度、水压、流速、流量的状态信息；

N个传感器构成节点数为N、具有拓扑结构的传感器网络；利用有向图表示该传感器网络的拓扑结构；

其中，表示检测区域布置的传感器集合，表示边的集合，C＝[c_ij]_N×N表示该有向图的加权邻接矩阵，c_ij表示传感器节点i和节点j之间的联结强度，[·]_N×N表示由N×N个元素所构成的矩阵；c_ij＞0表示传感器节点j此时刻有信息传输至传感器节点i；对所有规定：若i＝j，记c_ii＝1，表示该传感器网络在通信时是自包含的。

所有与传感器节点i相连接的传感器节点所构成的集合，记为

步骤(2).建立城市排水管道的水流状态检测系统的状态空间模型：

建立如下城市排水管道的水流状态检测系统动态方程：