[发明专利]面向漏损监测定位的监测点布局方法及系统

权利要求书

1.一种面向漏损监测定位的监测点布局方法，其特征在于，包括：

S1，输入管网数据进行水力计算，获得管网各节点在基准工况下的压力数据；

S2，根据管网数据对管网各个节点进行漏损模拟，获得管网各节点在漏损状态下的压力数据；

S3，基于管网各节点在基准工况下以及漏损状态下的压力数据，构建漏损探测模型和漏损定位性能指数模型；

构建漏损探测模型包括：S30，根据管网各节点在基准工况下以及漏损状态下的压力数据，计算节点影响矩阵，对矩阵依次进行标准化，计算每个节点受漏损影响的程度，将设定的影响度阈值与标准化矩阵元素值进行大小比较，作为监测点监测到漏损的标准；依据影响度阈值遍历矩阵构造节点监测集，进而构建漏损探测模型；

步骤S30具体包括：

S301、根据管网各节点在基准工况下以及漏损状态下的压力数据，计算节点影响矩阵D_n×n:

节点影响矩阵元素表示为：

式中，D_ij表示j节点发生漏损时，i节点压力变化值与节点j节点的压力变化值之比；P_i、P_j表示漏损后i、j节点水压；P_i′、P_j′表示基准工况下i、j节点水压，n为需水节点数量；

S302、对矩阵D_n×n进行极值标准化，得到标准化矩阵D′_n×n，公式如下：

其中，分别表示矩阵D_n×n中第j列元素中最大和最小的元素，D′_ij表示j节点漏损对i节点的影响度，D′_ij介于0-1之间，值越大表征受影响程度越大，

S303、针对节点压力影响度设定一个影响度阈值r，当D′_ij≥r则判定该点对漏损事件反应敏感而能够感知到漏损，以此作为监测点监测到漏损的标准；

S304、通过节点影响矩阵和给定的影响度阈值，获得如下节点监测集：

节点监测集是通过节点影响矩阵根据影响度阈值的约束得到，对于某一个监测节点i考察每个漏损事件对该节点的影响度值，若影响度值超过影响度阈值，则把漏损事件归到节点i的监测集N_i:{j|D′_ij≥r]，j＝1,2,3…n；

S305、为了执行求解给定监测点方案所能感知到管网里的漏损事件，定义了如下二进制决策向量：

x＝(x₁,…,x_n)^T

其中，当节点i为监测点时x_i＝1，否则x_i＝0；

构建漏损探测模型，任意给定的监测点方案x所能感知到的漏损事件数量定义为：

N(x)＝count(∪N_i)

其中N_i为二进制决策向量中元素x_i＝1所对应节点监测到的漏损事件，表示放置了压力传感器的i节点所能够监测的漏损事件；监测点的数量为m个，N(x)和count(∪N_i)表征了对给定监测点方案覆盖到的漏损事件求并集所得到能监测到的漏损事件个数；

步骤S3中，基于管网各节点在基准工况下以及漏损状态下的压力数据，构建漏损定位性能指数模型，具体包括：S31，根据管网各节点在基准工况下以及漏损状态下的压力数据，计算漏损特征矩阵，其中，漏损特征矩阵的每一列对应一个特定漏损节点所产生的特征；依据余弦相似度计算每两个不同漏损节点的漏损特征相关性，进而构建漏损定位性能指数模型；

步骤S31具体包括：

S311、根据管网各节点在基准工况下以及漏损状态下的压力数据，计算漏损特征矩阵S：

考虑在管网有n个需水节点且M个需水节点为候选监测点M≤n，漏损特征矩阵元素表示为：

其中，P_ij、p′_i分别表示j节点漏损后i节点水压和正常工况下i节点的水压，f_j表示为j节点的漏损流量，对于每一个漏损场景有对应的漏损特征向量：

漏损特征矩阵的每一列对应一个漏损特征/场景，通过调用EPANET对各个节点进行模拟计算得到；

S312、考虑在线的漏损定位基于投影的方式，依赖于漏损特征向量之间的相似性，通过获取实际监测点的在线测量压力和水力模型的压力估值，得到漏损残差向量：

r＝[r₁,r₂…r_M]

其中，r_i＝p′_i-p_i,i＝1,2…M,r_i是在线测量压力p_i与其相应估计值p′_i之间的差值，p′_i通过使用相应的网络水力模型进行无漏损模拟获得,网络内每个节点都有一个压力残差值；漏损定位基于漏损残差向量和漏损特征向量的内积，针对任意节点j的漏损给出相似函数：

通过优化放置压力传感器，将漏损特征高相似的节点也就是可疑的漏损节点控制在给定的范围之内；

定义所述二进制决策向量的对角阵:

X(x)＝diag(x₁,…,x_n)

当节点i为监测点时x_i＝1，否则x_i＝0，故使用给定监测点方案获得的漏损特征向量表示为：

式中，s_i是当M＝n时获得的漏损特征矩阵的第i列；

S313、计算给定监测点方案下两个不同漏损特征向量之间的相似度：

式中，l_i∈(1,n)表示给定监测点方案通过所述漏损探测模型能够监测到的漏损节点，K代表给定监测点方案监测到的漏损事件数量，对应两个不同漏损特征向量，是向量的模，表示的是节点l_i和节点j发生漏损的特征相似程度；

S314、构建漏损定位性能指数模型：

对给定监测点方案所感知检测到的漏损点，求解节点漏损特征相似集：

式中表示与监测点监测到的漏损节点l_i产生漏损特征相似度超过给定的相似度阈值α的节点集合；

定义：

其中，代表漏损节点l_i与节点j的网络距离；d为网络距离阈值；的意义指当中的节点与监测感知到的某一漏损节点l_i之间的距离若都在给定的网络距离阈值范围内则取1，否则为0；

对于给定监测点方案x，漏损定位性能指数模型为：

其中，P(x)为给定监测点方案x的定位性能指数；

S4，通过所述漏损探测模型和漏损定位性能指数模型，以最大化监测漏损事件个数和最大化定位性能指数作为双目标，构建双目标函数模型，采用多目标非支配遗传算法对所述双目标函数进行求解，获得监测点在管网中的最优分布。