给水管网压力监测点优化布置方法与流程

本发明属于市政给水管网压力监测点布置领域，涉及给水管网压力监测点优化布置方法，具体涉及给水管网压力监测点优化布置技术。

背景技术

为了对市政给水管网进行有效监控，需设置压力监测点进行压力数据采集，这样不仅直观地了解整个给水管网压力分布，同时对控制给水管网漏损、爆管等问题具有现实意义，所以监测点的布置与选择必须具有准确性以及代表性。针对给水管网压力监测点优化布置问题，国内外学者都提出了一些给水管网压力监测点优化布置的方法，例如利用模糊综合评价以及优化算法构建监测系统；利用单目标遗传算法，通过分析节点水压相关性及其量化标准，建立了给水管网压力监测点优化布置的数学模型并对其求解；利用给水管网的灵敏度矩阵及蚁群算法求解监测点优化模型；利用粒子群算法在多点固定源的条件下，以目标污染物浓度值最高作为单目标函数寻找出整个管网初始污染源点，将其作为监测点。以单目标函数构建压力监测点优化布置数学模型，只能解决某一类最优化问题，与实际情况不符，存在一定的局限性。为了考虑监测点布置各方面的因素，引入多目标优化算法解决监测点优化布置问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种给水管网压力监测点优化布置方法，解决现有技术中以单目标函数构建压力监测点优化布置数学模型，只能解决某一类最优化问题，与实际情况不符，存在一定局限性的问题。

本发明的技术方案是：

一种给水管网压力监测点优化布置方法，由城市给水管网数据采集系统、数据库和主控计算机三部分实现，具体包括以下步骤：

(1)启动计算机，运行给水管网水力模型、给水管网压力监测点多目标优化数学模型；

(2)载入给水管网水力模型，给水管网水力模型读取当前给水管网的基础数据，进行给水管网水力模拟过程；基于给水管网基础数据，建立在实际工况条件下的动力学模型，用于模拟城市给水管网的模型，评估给水管网的压力分布及变化情况；

(3)载入给水管网压力监测点多目标优化数学模型；给水管网压力监测点多目标优化数学模型，是基于以监测点压力监测范围及监测点覆盖节点需水量作为目标函数，管网水力连通性、管网节点压力相关性、管网节点水量影响条件作为约束条件的优化模型；基于上述给水管网水力模型，构建给水管网压力监测点多目标优化布置的约束条件与目标函数，采用改进的多目标蜜蜂交配优化算法求解给水管网压力监测点多目标优化数学模型；

(4)运行给水管网压力监测点多目标优化数学模型，得到一系列给水管网压力监测点布置方案，根据自身需要选择适合的最优方案。

所述步骤(2)给水管网水力模型过程中，首先输入给水管网拓扑结构、节点基本需水量、高程、管段长度等基本信息，利用epanet软件进行给水管网水力平差，得到给水管网实际需水量及压力等数据并了解其分布情况；

所述步骤(2)给水管网的基础数据包括给水管网的地图信息以及水文等基础数据。

所述步骤(3)给水管网压力监测点多目标优化数学模型采用改进的蜜蜂交配优化算法，过程即是随机选取一组解作为初始种群，通过计算所有初始解的目标函数值，将目标函数值最小的选出作为蜂王，未成为蜂王的即为雄蜂，蜂王与雄蜂进行交配飞行过程后，产生幼蜂，进行交叉变异过程，计算所有幼蜂的目标函数值，将目标函数值最大的幼蜂与上述蜂王进行比较，目标函数值小则幼蜂成为新一代蜂王，其他未成为蜂王的幼蜂则视为雄蜂，蜂王继续与雄蜂进行交配飞行过程，不断循坏直到到达最大交配代数，结束运行。

本发明的有益效果是：本发明由于采用了以上的技术方案，实现了在matlab软件中用改进的蜜蜂交配优化算法来求解给水管网压力监测点优化布置数学模型，这种改进的蜜蜂交配优化算法在参数设置时将速度参数舍弃，使用能量参数作为决定哪一只雄蜂能与蜂王交配的标准，并将其交叉操作改进为两点交叉，改进了基本蜜蜂交配算法容易过早收敛、收敛精度低等问题，该发明实现了给水管网压力监测点优化布置的创新。

附图说明

图1本发明的给水管网压力监测点优化布置方法的运行流程图。

具体实施方式

本发明给水管网压力监测点优化布置方法，由城市给水管网数据采集系统、数据库和主控计算机组成，用于采集城市给水管网压力数据，模拟给水管网正常工况下水力运行情况，并优化给水管网压力监测点布置方案。

主控计算机，用于存储并运行给水管网水力模型、给水管网压力监测点多目标优化模型，并随时操作数据库中的数据，是一个操作平台。

主控计算机的功能包括以下几个方面：

(1)存储用于优化给水管网压力监测点布置方案的相关数据，给水管网水力模拟模型，给水管网压力监测点多目标优化模型，主要包括：

①给水管网的基础情况与数据：包括给水管网的地图信息以及水文等基础数据；

②给水管网水力模型：基于上述给水管网基础数据，建立在实际工况条件下的动力学模型，用于模拟城市给水管网的模型，评估给水管网的压力分布及变化情况；

③给水管网压力监测点多目标优化数学模型：基于上述给水管网水力模型，构建给水管网压力监测点多目标优化布置的约束条件与目标函数，采用改进的多目标蜜蜂交配优化算法求解给水管网压力监测点多目标优化数学模型；

(2)对一定工况下的给水管网进行水力模拟：软件读取给定的给水管网水文、流量数据，并代入给水管网水力模型，实现在实际工况条件下进行水力模拟，评估给水管网的压力分布及变化情况。

(3)优化给水管网压力监测点布置方案：在给水管网水力模型模拟完成后，软件读取当前给水管网的基础数据以及水力数据，将其带入给水管网压力监测点多目标优化模型，以监测点压力监测范围及监测点覆盖节点需水量作为目标函数，管网水力连通性、管网节点压力相关性、管网节点水量影响条件作为约束条件，利用matlab平台通过改进的多目标蜜蜂交配优化算法(hbmo)求解多目标压力监测点优化布置数学模型。

主控计算机内装有给水管网水力的基础情况与数据、给水管网水力模型、给水管网压力监测点多目标优化数学模型，并可随时操作数据库中的数据，是系统的操作平台。

给水管网压力监测点优化布置方法的流程图如图1所示，主要流程包括以下几个方面：

(1)启动计算机，运行给水管网水力模型、给水管网压力监测点多目标优化数学模型。进入下一步操作(2)；

(2)载入给水管网水力模型，给水管网水力模型读取当前给水管网的基础数据，进行给水管网水力模拟过程。建立给水管网水力模型过程中，首先输入给水管网拓扑结构、节点基本需水量、高程、管段长度等基本信息，利用epanet软件进行给水管网水力平差，得到给水管网实际需水量及压力等数据并了解其分布情况。模拟完成后，进入下一步操作(3)；

(3)载入给水管网压力监测点多目标优化数学模型。给水管网压力监测点多目标优化数学模型，是基于以监测点压力监测范围及监测点覆盖节点需水量作为目标函数，管网水力连通性、管网节点压力相关性、管网节点水量影响条件作为约束条件的优化模型。该给水管网压力监测点多目标优化数学模型采用改进的蜜蜂交配优化算法，过程即是随机选取一组解作为初始种群，通过计算所有初始解的目标函数值，将目标函数值最小的选出作为蜂王，未成为蜂王的即为雄蜂，蜂王与雄蜂进行交配飞行过程后，产生幼蜂，进行交叉变异过程，计算所有幼蜂的目标函数值，将目标函数值最大的幼蜂与上述蜂王进行比较，目标函数值小则幼蜂成为新一代蜂王，其他未成为蜂王的幼蜂则视为雄蜂，蜂王继续与雄蜂进行交配飞行过程，不断循坏直到到达最大交配代数，结束运行。进入下一步操作(4)；

(4)运行给水管网压力监测点多目标优化数学模型，得到一系列给水管网压力监测点布置方案，根据自身需要选择适合的最优方案。