管网水压监测节点布置方法、装置、设备及存储介质与流程

[0001]
本发明涉及管网水压监测技术领域，尤其涉及一种管网水压监测节点布置方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

[0002]
在大型城市的供水管网中，需要监测各个水压监测点的水压大小来判断供水管网是否正常运行。而由于成本考虑，水压监测点的数量是非常有限的。所以水压监测点的设置就需要根据所在片区附近的水压大小分布来进行，一般会在局部水压敏感区域中心设置监测点。
[0003]
目前，常规的方法为以水压影响系数为基础，将具有相同水压变化规律的节点划归为一组，并在每组中选择最具代表性的节点作为水压监测点，但是，上述方法的计算复杂高、效率低下，只适合在较为小型供水管网中应用，并不适用于城市等大型管网。


技术实现要素：

[0004]
针对上述问题，本发明的目的在于提供种管网水压监测节点布置方法、装置、设备及存储介质，其能有效降低计算复杂度，提高水压监测节点布置布置效率，以适用于城市大型管网。
[0005]
第一方面，本发明实施例提供了一种管网水压监测节点布置方法，包括：
[0006]
获取管网中所有节点的水压监测数据；
[0007]
根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵；
[0008]
根据各个所述节点对应的预设的扰动流量，对所述节点水压敏感度矩阵进行扰动修正，获得扰动节点水压敏感度矩阵；
[0009]
对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心；
[0010]
根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点。
[0011]
作为上述方案的改进，所述根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵，包括：
[0012]
根据所述水压监测数据，计算任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度；所述水压监测数据包括任意一个节点的水流量变化时自身的水压下降量以及另一个节点相应的水压下降量；
[0013]
根据任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度，构建所述节点水压敏感度矩阵。
[0014]
作为上述方案的改进，所述根据所述水压监测数据，计算任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度，包括：
[0015]
将所述节点随机进行两两组合，并计算每一组中在节点h的水压下降量与节点k的水压下降量的比值δh
h
/δh
k
，作为节点k对节点h的水压变化敏感度；
[0016]
其中，δh
k
表示节点k的水流量变化时节点k的水压下降量，δh
h
表示节点k的水流
量变化时节点h的水身的水压下降量。
[0017]
作为上述方案的改进，所述节点水压敏感度矩阵为：
[0018][0019]
其中，n表示节点的个数，δh
n
表示第n个节点的水压下降量。
[0020]
作为上述方案的改进，所述扰动节点水压敏感度矩阵为：
[0021][0022]
其中，δq
n
表示第n个节点的扰动流量。
[0023]
作为上述方案的改进，所述对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心，包括：
[0024]
对所述扰动节点水压敏感度矩阵进行转置处理，获得所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量z
t
＝[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
；
[0025]
从所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量z
t
＝[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
中随机选取若干个中心点u
i
；
[0026]
提取任意一个中心点u
i
设定半径内的点z
m
，形成集合s
i
，并将所述任意一个中心点u
i
以自身到集合s
i
的偏移量移动直至收敛，获得若干个所述聚类中心；其中，z
m
＝{z
1
，z
2
，
…
，z
n
}。
[0027]
作为上述方案的改进，所述根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点，包括：
[0028]
计算各个所述节点到任意一个所述聚类中心的距离；
[0029]
将各个所述节点到任意一个所述聚类中心的距离进行比较分析，选取距离任意一个所述聚类中心最近的节点，作为所述水压监测节点。
[0030]
第二方面，本发明实施例提供了一种管网水压监测节点布置装置，包括：
[0031]
水压监测数据获取模块，用于获取管网中所有节点的水压监测数据；
[0032]
矩阵构建模块，用于根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵；
[0033]
矩阵修正模块，用于根据各个所述节点对应的预设的扰动流量，对所述节点水压敏感度矩阵进行扰动修正，获得扰动节点水压敏感度矩阵；
[0034]
聚类模块，用于对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心；
[0035]
水压监测节点确定模块，用于根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点。
[0036]
第三方面，本发明实施例提供了一种管网水压监测节点布置设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中任意一项所述的管网水压监测节点布置方法。
[0037]
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如第一方面中任意一项所述的管网水压监测节点布置方法。
[0038]
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：所述管网水压监测节点布置方法包括：获取管网中所有节点的水压监测数据；根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵；根据各个所述节点对应的预设的扰动流量，对所述节点水压敏感度矩阵进行扰动修正，获得扰动节点水压敏感度矩阵；对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心；根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点。通过对各个节点添加扰动流量，并以扰动节点水压敏感度矩阵为基础进行节点聚类，从而确定水压监测节点，实现了无监督聚类，有效降低计算复杂度，提高水压监测节点布置布置效率，以适用于城市大型管网。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1是本发明实施例提供的一种管网水压监测节点布置方法的流程图；
[0041]
图2是本发明实施例提供的一种管网水压监测节点布置装置的示意框图；
[0042]
图3是本发明实施例提供的一种管网水压监测节点布置设备的示意框图。
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种管网水压监测节点布置方法，包括：
[0045]
s1：获取管网中所有节点的水压监测数据；
[0046]
s2：根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵；
[0047]
s3：根据各个所述节点对应的预设的扰动流量，对所述节点水压敏感度矩阵进行扰动修正，获得扰动节点水压敏感度矩阵；
[0048]
s4：对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心；
[0049]
s5：根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点。
[0050]
在本发明实施例中，通过对各个节点添加扰动流量以对节点水压敏感度矩阵进行修正，并修正后得到的扰动节点水压敏感度矩阵为基础进行节点聚类，从而确定水压监测节点，实现了无监督聚类，有效降低计算复杂度，提高水压监测节点布置布置效率，以适用于城市大型管网。
[0051]
在一种可选的实施例中，s2：根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵，包括：
[0052]
根据所述水压监测数据，计算任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度；所述水压监测数据包括任意一个节点的水流量变化时自身的水压下降量以及另一个节点相应的水压下降量；
[0053]
根据任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度，构建所述节点水压敏感度矩阵。
[0054]
在一种可选的实施例中，所述根据所述水压监测数据，计算任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度，包括：
[0055]
将所述节点随机进行两两组合，并计算每一组中在节点h的水压下降量与节点k的水压下降量的比值δh
h
/δh
k
，作为节点k对节点h的水压变化敏感度；
[0056]
其中，δh
k
表示节点k的水流量变化时节点k的水压下降量，δh
h
表示节点k的水流量变化时节点h的水身的水压下降量。
[0057]
在本发明实施例中，对管网中的任意两节点k、h，其中，k，h∈(1，2，
…
，n)，n表示节点的个数，当节点k的流量发生变化，若其自身的水压下降值为δh
k
，节点h的水压下降值为δh
h
，则节点k对节点h的水压变化敏感度能计算为：δh
h
/δh
k
。
[0058]
在一种可选的实施例中，所述节点水压敏感度矩阵为：
[0059][0060]
其中，n表示节点的个数，δh
n
表示第n个节点的水压下降量。
[0061]
在一种可选的实施例中，所述扰动节点水压敏感度矩阵为：
[0062][0063]
其中，δq
n
表示第n个节点的扰动流量。
[0064]
在本发明实施例中，对管网中节点逐个添加扰动流量δq
n
，n∈(1，2，
…
，n)，记录扰动δq
n
后各节点的水压为δh
n
/δq
n
，n∈(1，2，
…
，n)；对管网中各节点，节点扰动流量导致的水压波动矩阵为：
[0065][0066]
根据水压波动矩阵l对节点水压敏感度矩阵x进行修正，得到上述扰动节点水压敏感度矩阵z。
[0067]
在一种可选的实施例中，s4：对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心，包括：
[0068]
对所述扰动节点水压敏感度矩阵进行转置处理，获得所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量z
t
＝[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
；
[0069]
从所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量z
t
＝[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
中随机选取若干个中心点u
i
；
[0070]
提取任意一个中心点u
i
设定半径内的点z
m
，形成集合s
i
，并将所述任意一个中心点u
i
以自身到集合s
i
的偏移量移动直至收敛，获得若干个所述聚类中心；其中，z
m
＝{z
1
，z
2
，
…
，z
n
}。
[0071]
在本实施例中，节点聚类的详细流程如下：
[0072]
步骤1：从[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
中随机选择p个点u
i
，i∈(1，2，
…
，p)，作为中心点。
[0073]
步骤2：找出在中心点u
i
半径r内的所有点z
m
，z
m
＝{z
1
，z
2
，
…
，z
n
}，所有z
m
的点记作集合s
i
，其中，在本发明实施例中对半径r的设置范围不做具体的限定，可根据经验或实际需要自定义设置。
[0074]
步骤3：计算u
i
到集合s
i
的偏量m；
[0075][0076]
步骤4：将中心点u
i
以偏移量m移动；
[0077]
步骤5：重复步骤1-4，直到中心点u
i
收敛不再移动。
[0078]
步骤6：在收敛的过程中，z
1
，z
2
，
…
，z
n
这n个点根据被不同中心点u
i
访问的频率，访问频率最高的u
i
即为其聚类中心，即中心点u
i
所属的所有点z
m
即为一类，u
i
为聚类中心。
[0079]
在本实施例中，将扰动节点水压敏感度矩阵z的行向量作为观测向量，用于衡量各节点水压变化的相似性，对扰动节点水压敏感度矩阵z的行向量[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
进行聚类并选取离聚类中心最近的节点作为水压监测节点，实现了对节点的无监督聚类，解决了现有人工设置水压监测节点计算复杂高和效率低下的问题，提高了水压监测节点优化布置效率。
[0080]
在一种可选的实施例中，s5：根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点，包括：
[0081]
计算各个所述节点到任意一个所述聚类中心的距离；
[0082]
将各个所述节点到任意一个所述聚类中心的距离进行比较分析，选取距离任意一个所述聚类中心最近的节点，作为所述水压监测节点。
[0083]
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过对各个节点添加扰动流量，并以扰动节点水压敏感度矩阵为基础进行节点聚类，从而确定水压监测节点，实现了无监督聚类，有效降低计算复杂度，提高水压监测节点布置布置效率，以适用于城市大型管网。
[0084]
请参阅图2，本发明第二实施例提供了一种管网水压监测节点布置装置，包括：
[0085]
水压监测数据获取模块1，用于获取管网中所有节点的水压监测数据；
[0086]
矩阵构建模块2，用于根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵；
[0087]
矩阵修正模块3，用于根据各个所述节点对应的预设的扰动流量，对所述节点水压敏感度矩阵进行扰动修正，获得扰动节点水压敏感度矩阵；
[0088]
聚类模块4，用于对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心；
[0089]
水压监测节点确定模块5，用于根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点。
[0090]
在一种可选的实施例中，所述矩阵构建模块2包括：
[0091]
水压变化敏感度计算单元，用于根据所述水压监测数据，计算任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度；所述水压监测数据包括任意一个节点的水流量变化时自身的水压下降量以及另一个节点相应的水压下降量；
[0092]
节点水压敏感度矩阵构建单元，用于根据任意一个节点对另一个节点的水压变化敏感度，构建所述节点水压敏感度矩阵。
[0093]
在一种可选的实施例中，所述水压变化敏感度计算单元，包括：
[0094]
比值计算单元，用于将所述节点随机进行两两组合，并计算每一组中在节点h的水压下降量与节点k的水压下降量的比值δh
h
/δh
k
，作为节点k对节点h的水压变化敏感度；
[0095]
其中，δh
k
表示节点k的水流量变化时节点k的水压下降量，δh
h
表示节点k的水流量变化时节点h的水身的水压下降量。
[0096]
在一种可选的实施例中，所述节点水压敏感度矩阵为：
[0097][0098]
其中，n表示节点的个数，δh
n
表示第n个节点的水压下降量。
[0099]
在一种可选的实施例中，所述扰动节点水压敏感度矩阵为：
[0100][0101]
其中，δq
n
表示第n个节点的扰动流量。
[0102]
在一种可选的实施例中，所述聚类模块4包括：
[0103]
转置单元，用于对所述扰动节点水压敏感度矩阵进行转置处理，获得所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量z
t
＝[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
；
[0104]
中心点选取单元，用于从所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量z
t
＝[z
1 z
2
ꢀ…ꢀ
z
n
]
t
中随机选取若干个中心点u
i
；
[0105]
偏移聚类单元，用于提取任意一个中心点u
i
设定半径内的点z
m
，形成集合s
i
，并将所述任意一个中心点u
i
以自身到集合s
i
的偏移量移动直至收敛，获得若干个所述聚类中心；其中，z
m
＝{z
1
，z
2
，
…
，z
n
}。
[0106]
在一种可选的实施例中，所述水压监测节点确定模块5包括：
[0107]
距离计算单元，用于计算各个所述节点到任意一个所述聚类中心的距离；
[0108]
距离比较单元，用于将各个所述节点到任意一个所述聚类中心的距离进行比较分析，选取距离任意一个所述聚类中心最近的节点，作为所述水压监测节点。
[0109]
本发明实施例所述管网水压监测节点布置装置的原理请参见第一实施例的管网水压监测节点布置方法，在此不进行详细说明。
[0110]
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过获取管网中所有节点的水压监测数据；根据所述水压监测数据，构建节点水压敏感度矩阵；根据各个所述节点对应的预设的扰动流量，对所述节点水压敏感度矩阵进行扰动修正，获得扰动节点水压敏感度矩阵；对所述扰动节点水压敏感度矩阵的行向量进行聚类，获得若干个聚类中心；根据若干个所述聚类中心，确定水压监测节点；以扰动节点水压敏感度矩阵为基础进行节点聚类，从而确定水压监测节点，实现了无监督聚类，有效降低计算复杂度，提高水压监测节点布置布置效率，以适用于城市大型管网。
[0111]
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0112]
请参阅图3，本发明第三实施例提供了一种管网水压监测节点布置设备，至少一个处理器11，例如cpu，至少一个网络接口14或者其他用户接口13，存储器15，至少一个通信总线12，通信总线12用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口13可选的可以包括usb接口以及其他标准接口、有线接口。网络接口14可选的可以包括wi-fi接口以及其他无线接口。存储器15可能包含高速ram存储器，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器15可选的可以包含至少一个位于远离前述处理器11的存储装置。
[0113]
在一些实施方式中，存储器15存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集:
[0114]
操作系统151，包含各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；
[0115]
程序152。
[0116]
具体地，处理器11用于调用存储器15中存储的程序152，执行上述实施例所述的管网水压监测节点布置方法，例如图1所示的步骤s1。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如水压监测数据获取模块。
[0117]
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述管网水压监测节点布置设备中的执行过程。
[0118]
所述管网水压监测节点布置设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述管网水压监测节点布置设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是管网水压监测节点布置设备的示例，并不构成对管网水压监测节点布置设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
[0119]
所称处理器11可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器11是所述管网水压监测节点布置设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个管网水压监测节点布置设备的各个部分。
[0120]
所述存储器15可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器11通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述管网水压监测节点布置设备的各种功能。所述存储器15可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器15可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0121]
其中，所述管网水压监测节点布置设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法
和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0122]
本发第四明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如第一实施例中任意一项所述的管网水压监测节点布置方法。
[0123]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。