基于血管仿生原理的供水管网漏损计算方法_2

文档序号:9327525阅读:来源:国知局
放水流量累计值的序列C = {Cl,c2, ...,cn},其中η表示节点数目,放水流量累计值序列中的元素为负值时,代表水流方 向与管网输水方向相反;放水流量累计值序列中的元素为正值时,表示水流方向与管网输 水方向相同,其中,时间段的开始时间点可以根据时间需要自由选择,时间段的结束时间 点可以以当前时间为准,时间段的具体范围值随着时间的推移而变化,以达到实时计算管 网漏水损失的效果;时间段的开始时间点和结束时间点也可以根据时间需要自由选择。
[0037] 所述的下游方向是相对于供水管网的源头节点沿着水流的方向。
[0038] 本发明与现有技术相比具有以下效果:本发明在基于血管仿生原理的网络模型的 基础上,运用深度优先搜索方法进行管段漏水损失计算,并根据管网漏损等级评定标准进 行管段漏损程度的等级评定;经过以上的管网漏损计算所得到的数据也可以为供水管网的 水量供需平衡计算时提供计算依据。与现有技术相比,本发明的方法是一种软测量方法,控 制关系简单,容易诊断漏损管段;本发明以供水系统现有的SCADA系统所得到的流量数据 为基础,根据水介质的分支流动特性分析实现漏损情况,具有在线实时性和数据基础。
【附图说明】
[0039] 图1,本发明的流程图;
[0040] 图2,进行深度优先搜索前的网络结构软模型示意图,图中圆代表节点,直线代表 供水管线,箭头方向为水流方向;
[0041] 图3,进行深度优先搜索并编号后的网络结构软模型示意图,图中圆代表节点,圆 内的数字代表节点标号,直线代表供水管线,箭头方向为水流方向;
[0042] 图4,根据漏损等级标注网络结构展示模型的示意图,其中图a为只有管线图层的 管网漏损情况示意图,图b为在管线外叠加了三维模型的管网漏损情况示意图;
[0043] 图5,本发明的深度优先搜素的流程图。
【具体实施方式】
[0044] 结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】,本发明的基于血管仿生原理的供水管网漏 损计算方法,包括以下步骤:
[0045] 步骤一:将供水管网上的取水栗站、各级加压栗站、各级调节建筑物和各级阀门作 为管网节点,根据管网节点和管线信息,构建基于血管仿生原理的供水管网的网络模型;
[0046] 仿生原理:供水管网类似于人体血管网络,供水管道类似于血管,具有多路连通 性;供水管道中的水类似于血管中的血液,是一种在管道中流动的介质;流动介质在运行 过程中都会对管壁产生一定的压力,如果压力在管壁可以承受的范围内,管网就可以正常 健康的运行,否则可能会造成管壁的损坏,使管网处于亚健康运行状态。同人体血管网络相 似,管壁承受压力和管壁上沉积的杂质对供水管网的健康运行起着关键作用,当然管道本 身的属性和所承受的外来因素对管道的健康也同样起着不容忽视的作用。
[0047] 漏损指管网输水过程中因管道损坏、接合设备损坏、水分蒸发及管壁吸收等原因 而漏失的水量。
[0048] 供水管网上的取水栗站、各级加压栗站对水的推动作用如同人体心脏对血液的推 动作用;供水管网上各级阀门,如:排气阀、泄压阀、调压井及水阀等,及各级调节建筑物, 如高位水池,对水的调节作用如同人体的穴位对人体的调节作用。
[0049] 所述步骤一构建的网络模型具体包括:
[0050] 收集供水管网上的取水栗站、各级加压栗站、各级调节建筑物和各级阀门的三维 坐标、名称和类型,供水管线的长度、头节点位置、尾节点位置和水流方向信息;
[0051] 将取水栗站和各级加压栗站作为网络模型的推动节点,将各级调节建筑物作为一 级调节节点,将各级阀门作为二级调节节点,所述推动节点、一级调节节点、二级调节节点 和供水管线均为网络模型的组成单元;所述供水管线的属性包括长度、头节点位置、尾节点 位置和水流方向;所述各级加压栗站、各级调节建筑物和各级阀门为可监测放水流量的管 网节点;
[0052] 根据所述组成单元利用计算机的面向对象技术建立网络结构软模型;
[0053] 对所述网络结构软模型进行三维可视化处理,对输水干线、地形数据、模型数据的 处理,构建供水干线工程三维模型和地形模型,直观逼真地表达供水干线工程中的供水干 线,栗站、调压塔、空气阀井及监测站点等各项设施设备,以及整个区域或局部区域的地形。 得到供水管网网络结构展示模型。
[0054] 步骤二:收集管网运行参数,包括管网SCADA系统通过实时采集监控站监测得到 的流量信息。
[0055] 如果现有的管网SCADA系统采集监控站可以监测得到流量则直接使用该监测流 量值;否则,需要在需要判断漏损的管段节点布设监测流量的设备,并建立与之配套的数据 上传与存储系统,以便于获取到流量数据。
[0056] 步骤三:利用深度优先搜索方法对管网内各个节点进行输水损失量计算,得到 供水管网漏损情况,并根据管网漏损等级评定标准进行管段漏损程度的等级评定,具体包 括:
[0057] 根据步骤一所述网络模型获取可监测放水流量的管网节点的集合M = Im1, m2, ...,mn},其中η表示该集合内节点数目,并为每个可监测放水流量的管网节点编号, 并设置"是否为取水栗站"属性;
[0058] 从取水栗站节点即供水管网的源头开始,采用深度优先搜索的方法对集合M中的 每个节点进行连接路径的搜索,获取可连通的路径集合P = (P1, P2, ...,P.j},其中j表示路 径编号,路径集合P中Pj表示路径集合中的路径元素,路径元素P i所包含的节点集合为pm j ={pmn,pmj2,…,pmjw},式中pm jw指管网上的可监测放水流量的管网节点元素,pm ,中的j 表示路径编号,pm]w中的w表示节点编号,所述的路径p ,中的元素从取水栗站节点开始到受 水区的输水管线的方向上顺序排列;
[0059] 执行路径集合p中的每条路径上各节点的输水损失计算,最终获取每条路径上各 节点的输水损失值,将计算得到的输水损失值作为可监测放水流量的管网节点的输水损失 M属性值;
[0060] 根据管网漏损等级评定标准的输水损失量范围和每条路径上的各可监测放水流 量的管网节点的输水损失量数值,进行逐节点对比计算,确定其漏损等级;从而实现对各可 监测放水流量的管网节点下游方向各分支管段的漏损程度的等级评定。所述的管网漏损等 级评定标准可以预先定义,如表1所示,所述的下游方向是相对于供水管网的源头节点沿 着水流的方向。
[0061] 表1管网漏损等级评定标准
[0063] 根据所述漏损等级对网络结构展示模型上的管线进行标注,依据计算得到的管网 漏损等级以不同颜色或不同线型表示管网中的管段,得到管网漏损结果。
[0064] 所述利用深度优先搜索的方法对集合M中的每个节点进行连接路径的搜索,获取 可连通的路径,具体包括:
[0065] 所述取水栗站是供水管网的供水源头,获取取水栗站节点的集合R = Ir1, r2,. . .,rs},其中S表示取水栗站节点的数目;
[0066] 分别以取水栗站节点集合R中的每个元素为源头执行深度优先搜索,直到访问完 所有从取水栗站节点出发可达的节点为止,具体为:
[0067] a)从取水栗站节点集合R中的任意节点!Ti开始,其中i e (1,2, . . .,S),节 点巧的父节点属性的值设为-1,"已访问"属性设为"true",以节点r啲编号为关键字 将该节点放进队列QArray中。查找与节点!T i连通的子节点,其子节点集合记为RZ = Irz1, rz2,. . .,rzj,其中t表示节点ri的子节点集合RZ中节点的数目;
[0068] b)如果子节点集合RZ中的子节点rz。的"已访问"属性为"true",其
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