[发明专利]基于SCADA数据和实时模型的城市供水管网爆管在线定位方法

摘要

本发明公开了一种基于SCADA数据和实时模型的城市供水管网爆管在线定位方法。本发明首先监测压力波谷，确定疑似爆管时间边界和校核测点，然后根据每次爆管发生后测点的流量异常率变化，选择测点当中异常率变化明显的测点，按照它们所在位置，划定矩形区域，作为实时优化校核模型搜索爆管点的初始区域。最后目标函数以连续时间内压力测点的压力模拟值和实际值、流量测点的模拟值与实际值之间的差值绝对值之和作为评价标准，迭代求解最小值，获得最可能的爆管节点和爆管流量。本发明能实现对爆管等异常事件的高精度快速侦测定位，降低爆管对供水管网系统造成的危害。

主权项

1.基于SCADA数据和实时模型的城市供水管网爆管在线定位方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1、监测压力波谷，确定疑似爆管时间边界和校核测点根据各测压点在爆管发生前后的压力变化的先后顺序和压力波谷，得出测点压力因爆管发生变化的起始时间、截止时间，从而获得用于实时模型优化校核的起始时间t₀，持续时间T以及有压力值反馈的时刻k，选择负压波变化前几位的测点作为校核测点，设其个数为m；步骤2、初步定位爆管发生前后，测点与水源压差的比值反映了爆管发生后测点附近的流量异常情况，用公式表示为：其中，表示管网中各测点i在爆管发生后k时刻时附近区域的流量异常率，t₀表示爆管发生起始时刻，表示爆管发生后k时刻测点i与水源水头的压差，表示t₀时刻测点i与水源水头的压差；根据每次爆管发生后测点的流量异常率变化，选择测点当中异常率变化前几位的测点，按照它们所在位置，划定矩形区域，作为实时优化校核模型搜索爆管点的初始区域；步骤3、精确定位目标函数以连续时间内压力测点的压力模拟值和实际值、流量测点的模拟值与实际值之间的差值绝对值之和作为评价标准，迭代求解最小值，获得最可能的爆管节点和爆管流量；具体为：其中，为压力测点i在t时刻的优化模拟值，为压力测点SCADA监测值；为测流管线j的优化模拟值，为测流管线j的SCADA监测值，T为持续时间，m为由步骤1选定的压力测点数目，n为供水管网中管线流量测点数目，α_i、β_j是分配的权重系数；通过模型模拟某节点的流量大幅度变化来模拟爆管现象，以节点位置以及节点漏失量作为优化过程的自变量，通过遗传算法优化求解；设定遗传算法参数，包括种群规模、进化代数、选择、交叉、变异方法、交叉概率、变异概率；确定染色体编码方式，以空间自然搜索的方式编码染色体，即将节点的二维坐标，连续时间区间的爆管流量作为染色体基因位，具体如下表所示：Cord_xCord_yDemand₁Demand₂Demand₃…Demand_n每个节点对应一个二维坐标，反之，每个二维坐标可映射到一个距离其最近的节点；在搜索时，改变二维坐标大小，即可改变目标节点；Demand₁代表优化校核第一个时刻的节点爆管流量大小，Demand₂则代表下一时刻，后面同理；确定基于压力和流量拟合误差最小化的目标函数，利用获取的管网边界数据建立实时模型，迭代进化模拟优化实时模型，求得精确的爆管点和爆管漏损量。