一种基于融合监测的供水管网监测方法及系统与流程

本发明属于管网监测，具体涉及一种基于融合监测的供水管网监测方法及系统。

背景技术：

1、随着数字孪生技术的发展，在供水管网领域通过智能化管理应用对供水管网进行监测管理，通过传感器智能监测管道总流量、压力、水位高低等相关信息，并且依据远程视频监控和控制，实时了解管道网运行状况，预测分析潜在问题，及时采取措施完成故障检测与预警功能，提前发现运行异常或是排水管堵塞等诸多问题，预防比较严重事件的发生。

2、但是由于地下排水管网工况条件差，给监测系统持续稳定运作，带来了各种考验，主要体现在杂物遮住探头，地下信号数据回传，电池能耗等诸多问题；供水管网铺设的复杂度越高，基于数据驱动的管网异常监测就越难以保证有效性，误报率与漏报率过高，现阶段主要是基于供水管网的流量和压力进行分类和预测，在对供水管网的综合性监测管理方面对供水设施运行状态、水量、水压、水质等信息的实时性和有效性需要进一步提高。在供水管网数字管理系统中，主要以配备的各类型传感器监测的数据支撑，传感器主要针对的单一特征信号进行传输，并且在系统进行数据处理时，大多采用阈值比较法等其他简单易于实现的方法进行故障监测，在环境适应性和抗干扰能力方面较差。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于融合监测的供水管网监测方法及系统，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

2、一种基于融合监测的供水管网监测方法，包括：

3、获取供水管网节点图，通过所述供水管网节点图和管线摩擦系数构建管网拓扑结构，根据所述管网拓扑结构建立管网gis模块，根据所述管网gis模块的管网节点和管线摩擦系数建立管网模型；

4、通过数据监测器在供水终端设置智能水表，根据所述智能水表获取的用户实际需水量和供水节点的成本、铺设时间构建节点网络分配模型，根据所述节点网络分配模型和所述管网gis模块对供水管网进行漏损评估得到线上监测结果；

5、根据所述线上监测结果和所述管网模型建立管网动态监测模型，根据所述管网动态监测模型通过压力调节控制器进行压力调控。

6、具体地，所述供水管网节点图为标注水流方向、管径长度、供水设施、阀门的供水管道布置图，所述管线摩擦系数根据供水管网应用的管道材质、管径、铺设年代测定；所述管网gis模块的管网节点为供水管道布置图中的连接点，包括阀门、泵站、检查井。

7、具体地，所述管网gis模块用于根据所述管网拓扑结构提取管线数据，并对所述管线数据添加业务属性，根据管网的要素分类、编码标准、要素分层对所述管线数据进行结构化整理。

8、具体地，所述管网模型为基于管网节点上的管道压力、可变流量控制阀、变速泵水量调度在用水节点与可调节供水设施管段的水力流量关系。

9、具体地，所述数据监测器根据供水厂安装的压力与流量传感器以及管网模型布置监测点；所述节点网络分配模型用于记录节点负载、节点承载力、节点配水量和节点可靠度；所述节点负载为节点在正常状态的工作水压；所述节点承载力包括最高承载力和最低承载力，所述最高承载力和所述最低承载力根据供水节点的成本、铺设时间设置节点容忍度约束系数，具体计算公式为：

10、；

11、；

12、其中，为最高承载力，为最低承载力， a为最高承载力容忍度约束系数， b为最低承载力容忍度约束系数，为节点负载；

13、所述节点配水量通过智能水表获取的用户实际需水量获得，所述智能水表用于实时监测用户用水变化，以小时为单位离散计算；

14、通过判断所述节点负载在所述节点承载力的水压区间，根据所述水压区间和所述节点配水量计算节点动态可利用流量；

15、所述节点可靠度为所述供水节点的节点动态可利用流量和所述节点配水量的比值。

16、具体地，所述漏损评估方法为：

17、根据所述gis模块对供水管网进行区域化、网格化管理划分，将供水区域划分为多个可计量区域；

18、通过在管网系统中设置流量、压力和水质传感器，实时获取管网及水体信息并传回数据处理终端；

19、根据所述计量区域进行水量平衡计量管理，并在所述数据处理终端显示各计量区域的漏损值。

20、具体地，所述压力调节控制器将所述供水管网节点图中的供水设施串联，根据所述供水设施与关联管段流量的线性动态关系和所述供水设施与计量区域的用水节点流量的非线性静态关系进行压力调控，所述压力调控的数学模型为：

21、；

22、其中，y(k)为表示计量区域的用水节点流量，ui(k)为管网模型中流入供水设施的管段流量，uo(k)为管网模型中流出供水设施的管段流量，d(k)为计量区域内所有节点的需水量，n(k)为测量噪音系数。

23、一种基于融合监测的管网监测方法的融合监测系统，包括模型构建模块、数据监测模块、漏损评估模块、线上调控模块；

24、所述模型构建模块用于获取供水管网节点图，通过所述供水管网节点图和管线摩擦系数构建管网拓扑结构，根据所述管网拓扑结构建立管网gis模块，根据所述管网gis模块的管网节点和管线摩擦系数建立管网模型；

25、所述数据监测模块用于通过数据监测器在供水终端设置智能水表，根据所述智能水表获取的用户实际需水量和供水节点的成本、铺设时间构建节点网络分配模型；

26、所述漏损评估模块根据所述节点网络分配模型和所述管网gis模块对供水管网进行漏损评估得到线上监测结果；

27、所述线上调控模块用于根据所述线上监测结果和所述管网模型建立管网动态监测模型，根据所述管网动态监测模型通过压力调节控制器进行压力调控。

28、本发明的有益效果为：

29、通过对供水管网压力调控系统建立数学控制模型，科学地指导供水管网系统的优化运行，提高了优化决策方案的有效性和可靠性；通过结合gis技术，采集现场数据和远传的物联网数据，并划分计量区域结合管网模型针对不同的优化目标构建不同的性能指标，通过数据监测器跟踪给定的管网节点水头设定值和轨迹，并依据节点网络模型进行线上仿真模拟，在实际数据的基础上进行动态约束分析，根据分析监测结果通过压力调节控制器连续不断地对泵站进行变频调控，对阀门的开度进行动态调整，降低了水资源的浪费，为城市供水管网数据的研究提供了理论支持。

1.一种基于融合监测的供水管网监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述供水管网节点图为标注水流方向、管径长度、供水设施、阀门的供水管道布置图，所述管线摩擦系数根据供水管网应用的管道材质、管径、铺设年代测定；所述管网gis模块的管网节点为供水管道布置图中的连接点，包括阀门、泵站、检查井。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管网gis模块用于根据所述管网拓扑结构提取管线数据，并对所述管线数据添加业务属性，根据管网的要素分类、编码标准、要素分层对所述管线数据进行结构化整理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管网模型为基于管网节点上的管道压力、可变流量控制阀、变速泵水量调度在用水节点与可调节供水设施管段的水力流量关系。

5.一种基于融合监测的管网监测方法的融合监测系统，用于执行如权利要求1-4所述的方法，其特征在于，包括：模型构建模块、数据监测模块、漏损评估模块、线上调控模块；