[发明专利]一种组合使用多种替代指标衡量供水管网可靠性的方法

说明书

本发明提供一种组合使用多种替代指标衡量供水管网可靠性的方法，包括以下步骤：S1：遴选替代指标，建立以各个替代指标和成本函数为独立目标的高维多目标优化模型；S2：构建案例管网最小集；S3：求解每个案例管网的高维多目标优化模型，基于所得到的帕累托最优解集，评估使用多种替代指标对供水管网可靠性的衡量效果。本发明通过构建以多种替代指标作为独立目标的高维优化模型，利用不同指标之间的内在差异，提高了使用替代指标评估供水管网系统可靠性的准确性，改善了使用单一替代指标对不同规模和特征的供水管网系统可靠性的衡量效果，充分发挥了现有替代指标的潜在价值。

技术领域

本发明涉及模型算法领域，更具体地，涉及一种组合使用多种替代指标衡量供水管网可靠性的方法。

背景技术

供水管网作为城市的重要基础设施，它的可靠性经常会受到其他干扰因素(例如爆管、水泵故障等)的影响。近年来，供水管网领域的学者十分重视对供水管网可靠性的研究。供水管网的可靠性是指系统在正常或者异常情况下满足用户需求的能力。

直接评估供水管网系统的可靠性需要进行大量的水力计算，难以应用在大型管网的优化计算中。为简化计算，本领域的学者提出使用替代指标衡量供水管网系统可靠性的方法。这些替代指标通过获取供水管网系统的水力信息(例如节点压力、节点流量、管道流量等)来评估供水管网的可靠性。相对于直接计算供水管网的可靠性，使用替代指标评估管网的可靠性避免了直接评估可靠性时需要对对所有可能的异常工况反复进行水力计算的问题，大幅减少了计算量。近二十年来，文献中使用替代指标计算供水管网系统的可靠性逐渐取代了先前直接计算供水管网系统可靠性的方法。目前，文献中已提出了十多个替代指标来衡量供水管网的可靠性。

然而，供水管网系统是一个复杂的系统，其可靠性往往会受到各种因素(如管道布局，需水量的变化等)的影响。查阅文献发现，使用单一替代指标不能很准确地评估不同规模供水管网的可靠性，也就是说，使用单一替代指标在小规模管网上获得的结论并不能完全适用于大规模的供水管网。

通过查阅文献，对现有替代指标的定义进行分析发现，这些替代指标通常是通过衡量供水管网系统的某一个/几个方面来反映系统的可靠性。例如流量熵(Flow Entropy)是通过使管网中管道流量分布更加均匀的方式来提高供水管网的可靠性；而管网弹性力指标(Network Resilience Index)则是通过增大管网的冗余能量和节点均匀度的方式来提高供水管网的可靠性。

发明内容

本发明为解决使用单一替代指标不能有效衡量不同规模供水管网系统的可靠性的技术缺陷，提供了一种组合使用多种替代指标衡量供水管网可靠性的方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种组合多种替代指标衡量供水管网可靠性的方法，包括以下步骤：

S1：遴选替代指标，建立以各个替代指标和成本函数为独立目标的高维多目标优化模型；

S2：构建案例管网最小集；

S3：求解每个案例管网的高维多目标优化模型，基于所得到的帕累托最优解集，评估使用多种替代指标对供水管网可靠性的衡量效果。。

上述方案中，基于对现有替代指标的分类，通过建立高维多目标优化模型组合使用每类替代指标中评估效果最好的指标改善了使用单一替代指标对不同规模供水管网可靠性的衡量效果，充分发挥了现有替代指标的潜在价值。

在步骤S1中，包括以下步骤：

S11：将现有替代指标按照定义进行分组；

S12：选择每组中能更有效评估供水管网可靠性的替代指标，将所选的替代指标和供水管网的建造成本分别作为目标函数共同建立高维多目标优化模型。

所述高维多目标优化模型为