[发明专利]一种供水管网异常侦测方法

摘要

本发明公开了一种供水管网异常侦测方法。本发明通过计算测点突变信号的信噪比，筛选可靠信号测点，从而提高异常侦测数据的可靠性。再者居民的生活用水习惯是规律的，在此基础上本发明采用统计过程控制（SPC）和模糊综合的方法进行异常事件侦测，能有效增强抗干扰能力，降低误报率和漏报率。

主权项

一种供水管网异常侦测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤（1）对实测原始信号采用小波降噪，获取稳态信号和噪声信号；步骤（2）利用EPANET软件模拟获得理想信号，再与稳态信号差值计算获取突变信号；步骤（3）计算突变信号的信噪比，筛选有用测点；当测得异常时间段的信噪比大于等于60dB时，则认为突变信号显著，肯定此次异常事件侦测结果；而当该信噪比小于60dB时，则认为数据受噪声污染严重，不能正常用于异常事件侦测；步骤（4）结合SPC统计和模糊判定确定异常事件，具体是：4‑1、SPC统计数据分析（1）计算监测点平均值和标准差假定压力时间序列的采样间隔为f min/次，则n天的压力数据表示为()，其中i=1:m和j=1:n，m表示测点一天的压力数据个数，则一天的平均值()由下式计算得到：标准差 ()通过下式计算得到：（2）设置异常事件侦测规则根据以下规则，进行异常事件侦测；只要符合任意一条规则，则认为异常事件发生：规则a. 任一时间点测点观测值低于‑4；规则b. 连续2个时间点测点观测值低于‑3；规则c. 连续4个时间点测点观测值低于‑2；规则d. 连续8个时间点测点观测值低于‑；4‑2、计算模糊因子权值（1）测点灵敏度和用水规律的权值计算测点灵敏度和用水规律的权值采用层次分析法求得；层次分析法主要包括两个步骤：①构造判断矩阵对各指标之间进行两两对比，然后按9分位比率排定各评价指标的相对优劣顺序，依次构造出评价指标的判断矩阵A；其中, A为判断矩阵，要素i与要素j重要性比较结果，并且有如下关系：有9种取值，分别为1/9, 1/7, 1/5, 1/3, 1/1, 3/1, 5/1, 7/1, 9/1,分别表示i要素对于j要素的重要程度由轻到重；②计算权重向量判断矩阵的权重计算方法采用规范列平均法；将判断矩阵A每一列归一化处理得到矩阵B，再求出矩阵B每一行元素的平均值，得到一个一列n行的矩阵C，矩阵C即为所求权重矩阵；（2）测点灵敏度内部权值计算测点灵敏度采用有限差分法计算，灵敏度系数表示为：其中，k表示测点标号，表示测点自身水压的变化值，表示其余测点的水压变化值，则测点灵敏度系数矩阵表示为：通过目标函数F得到测点灵敏度，目标函数如下：其中，为权重系数，值在(0 ,1)区间，满足；M为测点的数量，N为可能的爆管点，为测点i和j的二维地理坐标；然后将所得测点灵敏度数据做归一化处理；（3）用水规律内部权值计算用水规律依据DMA区内用水高峰期的时间段长度，将一天时间以用水高峰期的时间长度length为单位划分为24/length部分，根据一天内不同时段的用水量采用层次分析法进行数据处理，作为时间段的权值；4‑3、综合侦测分析利用以下公式整合SPC统计和模糊判定：其中，event为SPC统计的异常事件结果，若侦测到异常事件，event值为1；反之，值为0；为用水规律的权值，为一天中各时间段的权值，i=1:24/length；为测点灵敏度的权值，为各测点的灵敏度权值，j=1:N；计算出综合结果后，设置阈值，对数据做进一步筛选，满足阈值则肯定异常事件的发生；最后通过计算测点的相关性并进行分组，若同一异常事件被相关性小组内的所有测点都侦测到，则肯定异常事件；反之，则否定异常事件。