度推断流动流体混合物的平均速度。流体流动速度估计器30包括浓度传感器32、初始 流产生器34、同化流估计器36、不确定性估计器38、存储介质40以及处理装置42,所有的 这些通过数据链44连通地连接。
[0024] 浓度传感器32连通地耦合到管道14,例如，在如图1中所示沿管道14的长度的位 置xm，26处。在实施例中，浓度传感器32通过现有的固定装置、装配装置（fitting)或孔 的方式引入到管道14,该固定装置、装配装置或孔已经被连通地耦合到管道14用于其他目 的。浓度传感器32可被配置为获得组分物质16的浓度的一个或多个测量值或观测值。浓 度传感器32发送浓度观测值到同化流估计器36。
[0025] 初始流发生器34开发流动速率的先验估计。例如，初始流发生器34接收关于流 体流动系统的已知信息作为输入，诸如管道的尺寸或直径、历史流动速率、房屋的数量或者 社区服务的规模等等，并产生系统的容积流动速率以及在管道14中的相应的平均流体流 动速度12的估计。初始流发生器34发送先验估计到同化流估计器36。在备选的实施例 中，流体流动速度估计器30可以被配置为接收先验流动速率或速度估计作为输入。
[0026] 同化流估计器36被配置为接收来自浓度传感器32的组分物质16的浓度观测值 或测量值。例如，同化流估计器36接收在位置Xm26处获得的顺序浓度观测值的时间序列。
[0027] 同化流估计器36实现包括一个或多个偏微分方程的反应传输模型，其涉及在一 位置和一时间处的组分浓度和相应的流体流动速度以及其他参数。在实施例中，不确定性 强迫（forcing)项和不确定性传输系数反映关于流体速度的有限认知。在实施例中，反应 传输模型在时间上被向前和/或向后实现。
[0028] 在备选的实施例中，同化流估计器36接收相关的反应传输模型作为输入。同化流 估计器36将浓度观测值以及先验估计同化到反应传输模型中并发现偏微分方程的解以估 计在管道14中的流体10的平均速度12。
[0029] 作为流体流动速度估计器30的特定应用的实例，在单个管道中氯浓度可以被例 证。在沿管道的特定位置处的氯探头以例如15分钟的时间间隔记录在管道中的氯浓度。目 标是从观测的氯浓度的序列推断时间序列流动速率或相应的流动速度。
[0030] 在水系统中的氯浓度的特性被充分研宄并受包括化学反应、径向扩散以及轴向平 流的几种机制影响。主要机制是反应。因此，尽管跨管道的浓度作为衰减的结果而变化到 一定程度，但是可使用一维反应传输模型用于水质量模拟：
[0031] ⑴
[0032]其中C是在管道中的位置处的氯浓度，u是流体流动的速度，t代表时间，以及该浓 度根据一阶常量K衰减。
【主权项】
1. 一种用于估计流体流动速度的方法，包括： 使用处理装置接收对应于流动流体混合物的组分的浓度的多个观测值；以及 至少部分基于所述观测值计算所述流动流体混合物的平均速度的最终估计，其中所述 组分经受化学反应并且所述计算实施反应传输模型。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包含： 在沿所述流动流体混合物的行进路径的位置处感测所述反应组分的测量的浓度；以及 发送所述测量的浓度到所述处理装置，其中所述测量的浓度为所述观测值中的一个。
3. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：产生所述流动流体混合物的所述平均速 度的初始估计，其中所述最终估计进一步至少部分基于所述初始估计。
4. 根据权利要求3所述的方法，进一步包括：接收所述观测值的准确度的估计，其中所 述最终估计进一步至少部分基于所述估计。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述反应传输模型包括下列偏微分方程：
其中u为所述流动流体混合物的所述速度，C(x，t)为在位置X和时间t处的所述反应 组分的所述浓度，以及所述浓度根据一阶常量K衰减。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述反应传输模型包括包含下列偏微分方程的迭 代算法：
其中Q1为给定的初始浓度，e为模型误差以及eb建模在所述初始条件下的误差，以及 所述浓度根据所述速度的函数K(U)衰减。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述组分为氯并且所述流动流体混合物包括水。
8. -种用于估计流体流动速度的系统，包括： 同化流估计器，被配置为接收对应于流动流体混合物的组分的浓度的多个观测值，并 且至少部分基于所述观测值计算所述流动流体混合物的平均速度的最终估计，其中，所述 组分经受化学反应并且所述计算实施反应传输模型。
9. 根据权利要求8所述的系统，进一步包括：浓度传感器，被配置为在沿所述流动流体 混合物的行进路径的位置处感测所述反应组分的测量的浓度，并且发送所述测量的浓度到 所述同化流估计器，其中所述测量的浓度为所述观测值中的一个。
10. 根据权利要求8所述的系统，进一步包括：初始流产生器，被配置为产生所述流动 流体混合物的所述平均速度的初始估计，其中所述最终估计进一步至少部分基于所述初始 估计。
11. 根据权利要求10所述的系统，进一步包括：不确定性产生器，被配置为接收所述观 测值的所述准确度的估计，其中所述最终估计进一步至少部分基于所述估计。
12. 根据权利要求8所述的系统，其中所述反应传输模型包括下列偏微分方程：
其中u为所述流动流体混合物的所述速度，C(x，t)为在位置X和时间t处的所述反应 组分的所述浓度，以及所述浓度根据一阶常量K衰减。
13. 根据权利要求8所述的系统，其中所述反应传输模型包括包含下列偏微分方程的 迭代算法：
其中Q1为给定的初始浓度，e为模型误差以及eb建模在所述初始条件下的误差，以及 所述浓度根据所述速度的函数K(U)衰减。
14. 根据权利要求8所述的系统，其中所述组分为氯并且所述流动流体混合物包括水。
【专利摘要】本发明涉及用于估计流体流动速度的方法和系统。本公开内容提供用于估计流体流动速度的方法和系统。该用于估计流体流动速度的方法包括：使用处理装置接收多个对应于流动流体混合物的组分的浓度的观测值，并且至少部分基于所述观测值计算所述流动流体混合物的平均速度的最终估计，其中所述组分经受化学反应并且所述计算实施反应传输模型。
【IPC分类】G01P11-00
【公开号】CN104714049
【申请号】CN201410679971
【发明人】B·艾克, S·茹克
【申请人】国际商业机器公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年11月24日
【公告号】US20150168197