一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法

1.本发明属于供水管网划分管网部件(segment)领域，具体涉及一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法，对利用传统的连接矩阵或者关联矩阵识别管网部件的一种新的识别方法。
技术背景
2.供水管网需要适当的维护，以向消费者提供安全、可饮用和稳定的供水。对供水管网的传统分析通常将每个管道视为一个独立的单元。然而，只有当每根管道的两端都存在阀门，在发生损坏时可以隔离外围供水时，才存在独立管道。尽管有人建议在每根管道的两端放置阀门，但由于预算限制，大多数旧的甚至新的地方配水系统都没有在每根管道的两端安装阀门。沃尔斯基还指出，在发生管道损坏的情况下，需要关闭所有外围阀门进行维修。因此，管道损坏不仅仅影响单个管道，而是影响被关闭的阀门和邻近的供水系统隔离的区域。因此，基于阀门封闭部件对管网脆弱性分析有着深远意义。
3.在最近发表论文中的供水管网识别部件方法中，人们通常采用一种识别瓣膜和孤立节段之间关联的算法。该方法是基于网络拓扑矩阵的使用，该网络的拓扑被修改以说明阀门系统的存在。该方法算法复杂不易实现，且对于供水管网领域，不利于普及综合而言本算法有计算简单，且便于实现，可以直接利用epanet 2.2软件直接导出*.inp文件直接识别管网部件。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种识别供水管网部件的新方法，该算法具有计算效率高。比目前论文所提及算法简单易懂。
5.本发明采用的技术方案为：
6.一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法，其特征包括以下步骤：
7.(1)利用epanet2.2软件构建给水管网拓扑模型。
8.(2)利用matlab 2016b调用epanet.dll动态链接库调取管段距离。
9.(3)利用matlab 2016b内置函数sparse创建稀疏矩阵。
10.(4)在利用matlab 2016b的内置函数graphallshortestpaths创建距离矩阵。
11.(5)在寻找距离矩阵中非inf距离的节点归为同一个部件。
12.上述步骤(2)中具体步骤如下：
13.①
首先利用epanet 2.2建立模型：
14.(1)节点参数输入(高程、需水量、需水模式)等
15.(2)连接节点形成管段并输入相关参数(管长、管径)等
16.(3)添加水池或水塔等供水设备
17.(4)添加水泵及相应参数(水泵曲线)等
18.(5)添加阀门(tcv)
19.②
将管网模型导出为*.inp文件：
20.(1)选择file选项
21.(2)选择export选项
22.(3)选择network.inp
23.③
将inp文件、epanet2.dll及epanet.h放在一个文件夹导入matlab 2016b。
24.④
获取管段管长。
25.上述步骤(5)的具体步骤如下：
26.寻找距离矩阵中距离非inf的距离归为一个部件。
27.与现有的方法相比，本发明的优越性在于：
28.针对最近发表论文中的供水管网识别部件方法中，通常采用一种识别瓣膜和孤立节段之间关联的算法。该方法是基于网络拓扑矩阵的使用，该网络的拓扑被修改以说明阀门系统的存在。该方法算法复杂不易实现，且对于供水管网领域，不利于普及综合而言本算法有计算简单，且便于实现，可以直接利用epanet 2.2软件直接导出inp文件直接识别管网部件，操作简单。
附图说明
29.图1为一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法的流程图。
30.图2为供水管网拓扑图。
31.图3为模型验证结果图。
32.具体实施步骤：
33.结合图1和图2对本发明的具体实施步骤进行详细说明。
34.第一步：在构建管网模型时，获取需管道的长度、材质、粗糙系数、节点流量、以及水池标高。
35.第二步：
①
利用epanet 2.2建立模型：
36.(1)节点参数输入(高程、需水量、需水模式)等
37.(2)连接节点形成管段并输入相关参数(管长、管径)等
38.(3)添加水池或水塔等供水设备
39.(4)添加水泵及相应参数(水泵曲线)等
40.(5)添加阀门(tcv)
41.②
将管网模型导出为*.inp文件：
42.(1)选择file选项
43.(2)选择export选项
44.(3)选择network.inp
45.③
将inp文件、epanet2.dll及epanet.h放在一个文件夹导入matlab 2016b。
46.④
获取管段管长。
47.第三步：利用matlab 2016b内置函数sparse创建稀疏矩阵。
48.第四步：在利用matlab 2016b的内置函数graphallshortestpaths建距离矩阵。
49.第五步：在寻找距离矩阵中非inf距离的节点归为同一个部件。
50.模型验证：
51.通过图管网，进行本文方法流程，计算部件分布图如下图3所示，计算距离矩阵如表1，计算部件结果如表2：
[0052][0053][0054]
表1距离矩阵
[0055][0056]
表2部件表


技术特征：
1.一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法，其特征包括以下步骤：(1)利用epanet2.2软件构建给水管网拓扑模型；(2)利用matlab 2016b调用epanet.dll动态链接库调取管段距离；(3)利用matlab 2016b内置函数sparse创建稀疏矩阵；(4)在利用matlab 2016b的内置函数graphallshortestpaths创建距离矩阵；(5)在寻找距离矩阵中非inf距离的节点归为同一个部件。2.如权利要求1所述的一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法，其特征在于步骤(2)中调用epanet.dll动态链接库方法获取管段距离方法如下：
①
首先利用epanet 2.2建立模型：(1)节点参数输入(高程、需水量、需水模式)等(2)连接节点形成管段并输入相关参数(管长、管径)等(3)添加水池或水塔等供水设备(4)添加水泵及相应参数(水泵曲线)等(5)添加阀门(tcv)
②
将管网模型导出为*.inp文件：(1)选择file选项(2)选择export选项(3)选择network.inp
③
将inp文件、epanet2.dll及epanet.h放在一个文件夹导入matlab2016b；
④
获取管段管长。3.如权利要求1所述的一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法，其特征在于步骤(3)中sparse内置函数，利用内置函数graphallshortestpaths计算节点与节点距离最近的距离构成最短距离矩阵。4.如权利要求1所述的一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法，其特征在于步骤(5)寻找距离矩阵中非距离inf的距离归为一个部件。

技术总结
本发明公开了一种基于最短路径矩阵寻找有阀门供水管网的部件的方法，具体按照以下步骤实施：(1)利用EPANET2.2软件构建给水管网拓扑模型。(2)利用MATLAB 2016b调用EPANET.DLL动态链接库调取管段距离。(3)利用MATLAB 2016b内置函数sparse创建稀疏矩阵。(4)在利用MATLAB 2016b的内置函数graphallshortestpaths创建距离矩阵。(5)在寻找距离矩阵中非Inf距离的节点归为同一个部件。本发明提供了不需要从关联矩阵以及一些阀门膜瓣等复杂方法获取供水管网的部件。本文通过一个简单的方法获取供水管网的部件,且具有高效性、稳定性等优点。稳定性等优点。稳定性等优点。


技术研发人员：贾睿 杜坤 宋志刚
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.08.10
技术公布日：2022/11/22