[发明专利]基于图划分的供水管网DMA自动分区方法

说明书

本发明涉及一种基于图划分的供水管网DMA自动分区方法，包括如下步骤：获取供水管网水力模型和日供水总量；设置分区参数；依据所设置的分区参数使用多级递归二分法算法对供水管网水力模型进行分区，获得分区结果和分区边界管段；以及以分区改造的工程造价为目标函数，以管网压力和节点水龄的波动范围为约束调节，利用遗传算法进行分区边界管段的阀门开闭选择与流量计的安装布置，从而获得分区边界管段的阀门开闭选择与流量计的安装布置方案。本发明采用图划分算法对管网进行分区，因为图划分算法的特性，可以让计算量大为减少，计算效率高，可以在较短时间得到分区结果。本发明以工程造价作为目标函数，有利于在实际工程应用中进行推广。

技术领域

本发明涉及供水管网DMA分区的技术领域，特指一种基于图划分的供水管网DMA自动分区方法。

背景技术

在管道老化、技术手段投入有限、监管体制落后等因素的影响下，我国城市供水管网漏损现象较为普遍。供水管网日益严重的漏损问题不仅造成了水资源的浪费，也对供水水质安全造成威胁，如何有效控制管网漏损率，提高城市供水效率，已成为供水行业亟需解决的问题之一。不少国内外水行业工作者常年来致力于对供水管网漏损控制的研究，区域计量分区(District Metered Area，DMA)技术正是在这样的背景下诞生的。DMA分区技术具体内容是通过在管网中特定位置安装阀门、流量计，将供水管网分成具有永久性边界的独立的区域，分而治之，同时加强对流量的监控，及时识别漏损的发生，从而达到漏损控制的作用。经过了近二十年的世界各地的实践研究，DMA分区管理技术被证明是有效的漏损控制手段。

国内外已有大量关于供水管网DMA分区方法的研究，以下为一些代表性的研究：

一种是基于聚类算法的分区方法，该类方法的主要技术措施：以节点需水量为权重，采用自底向上的分层聚类算法挖掘供水管网节点之间的相似性，根据其相似性将供水管网进行分区操作。

优缺点：这类方法的优势在于能够把管网划分成几个内部属性较为相似的区域，能够有效得利用管网的拓扑性质。缺点有：(1)这类方法未对供水管网进行水力模拟，分区依据较为主观，无法保证分区后管网的水力性质。(2)未考虑工程造价等因素，在工程应用中不利于推广。

另一种是基于图论和能量指标的分区方法，该类方法的主要技术措施：以图论的方法对供水管网进行路径分析，进行预分区，以某种能量指标为目标函数采用启发式算法优化分区结果，最终得到分区方案。

优缺点：这类方法的优势在于利用了供水管网的用户节点和管段可以被概化为顶点和边的特性，因此可以使用图论中各种路径分析方法对管网进行划分。缺点如下：(1)使用路径分析生成树来进行分区，主要适用于将多水源管网划分成若干单水源或较少水源供水的区域，无法实现单水源管网的进一步细分。(2)未考虑工程造价等因素，在工程应用中不利于推广。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于图划分的供水管网DMA自动分区方法，解决现有的分区方法中未考虑工程造价而在工程应用中不利推广的问题、基于聚类算法分区无法保证分区后管网的水力性质和使用路径分析生成树来进行分区无法实现单水源管网的进一步细分等的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种基于图划分的供水管网DMA自动分区方法，包括如下步骤：

获取供水管网水力模型和日供水总量；

设置分区参数；

依据所设置的分区参数使用多级递归二分法算法对供水管网水力模型进行分区，获得分区结果和分区边界管段；以及

以分区改造的工程造价为目标函数，以管网压力和节点水龄的波动范围为约束条件，利用遗传算法进行分区边界管段的阀门开闭选择与流量计的安装布置，从而获得分区边界管段的阀门开闭选择与流量计的安装布置方案。