一种供水管网漏损的定位方法及定位装置

1.本发明涉及供水管网漏损管理与控制领域，具体涉及一种供水管网漏损的定位方法及定位装置。


背景技术：

2.随着人口快速增长、城市规模与供水范围的不断扩大，供水系统面临着严峻的挑战，其中供水设施陈旧、管网日益老化且更新速度缓慢等问题，都使漏损问题进一步加剧，不仅造成水资源的严重浪费，威胁到供水安全，也将引起一系列社会、经济、安全等方面问题。因此，深入开展供水管网漏损控制，有效降低漏损水量，既是节约水资源、缓解供需矛盾重要而可行的手段，也是提高企业经济效益、保障安全供水的客观要求，对于城市节水和实现可持续发展意义重大。
3.传统的供水管网漏损定位通过听音法、区域检漏法等方法进行漏损定位，存在效率低、准确率差的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种供水管网漏损的定位方法，可以在保证计算准确性的前提下提升供水管网漏损的定位效率。
5.为实现上述技术效果，本技术第一方面提供了一种供水管网漏损的定位方法，包括：
6.步骤101：读取并分析供水管网的漏损数据；
7.步骤102：基于管网水力模型和漏损数据构建模拟基准漏损数据库；
8.步骤103：确定漏损定位的分析时间，将分析时间内已完成定位的漏损添加至管网水力模型，以构建无漏损模型；
9.步骤104：基于无漏损模型计算漏损基准特征，并计算漏损基准特征与模拟基准数据库中模拟漏损基准特征的相似性以确定漏损管段的范围；
10.步骤105：基于无漏损模型构建模拟实时漏损数据库，并计算模拟实时漏损数据库中模拟实时漏损特征与漏损管段范围内实际实时漏损特征的漏损相似性以确定漏损风险最高的管段；
11.步骤106：判断是否完成该时间段内全部漏损的定位，若已完成则输出全部漏损的定位结果，若未完成则重复执行步骤103至步骤 106。
12.在其中一个实施例中，步骤101还包括：
13.确定供水管网的漏损分析区域和漏损时间区间；
14.读取供水管网的漏损识别结果；漏损识别结果包括漏损数量和估算漏量。
15.在其中一个实施例中，步骤102还包括：
16.加载管网水力模型与压力监测点位信息，压力监测点位信息为压力监测点与模型节点的对应关系；
17.划定候选漏损管段，基于候选漏损管段构建模拟基准漏损数据库，模拟基准漏损数据库包括每个候选漏损管段的模拟漏损特征。
18.在其中一个实施例中，基于候选漏损管段构建模拟基准漏损数据库包括：
19.基于管网水力模型对不包含本次分析的所有漏损的运行工况进行模拟，得到模拟无漏损压力矩阵，模拟无漏损压力矩阵为：
[0020][0021]
其中，p
nm
为监测点m处按时间顺序排列的第n个压力模拟值；
[0022]
依次在每个候选漏损管段上模拟固定漏量的漏损，得到模拟漏损压力矩阵，模拟漏损压力矩阵为：
[0023][0024]
其中，p
j，nm
为在候选管段j处模拟漏损时，监测点m处按时间顺序排列的第n个压力模拟值；
[0025]
基于第一公式计算模拟漏损基准特征，第一公式为：
[0026][0027]
其中，δpj(t)为在对候选管段j分析时p0与pj之差的第t行，f为固定漏量，t为模拟总步长，n为候选漏损管段的数量，δfj为管段j 的模拟漏损基准特征。
[0028]
在其中一个实施例中，步骤103还包括：
[0029]
基于供水管网的漏损类型确定分析时间，漏损类型包括：渐增型漏损和突发型漏损。
[0030]
在其中一个实施例中，步骤104还包括：
[0031]
基于供水管网的实时压力和无漏损模型计算漏损基准特征；
[0032]
基于第二公式计算漏损基准特征与模拟漏损基准特征的相似性，第二公式为：
[0033][0034]
其中，ci为漏损基准特征与候选管段i的模拟漏损基准特征的相似性，δp
avg-leak
为漏损基准特征，δfi为模拟漏损基准特征；
[0035]
对相似性进行排序，并选择与真实漏损基准特征相似性大于预设阈值的管段加入漏损管段。
[0036]
在其中一个实施例中，步骤105还包括：
[0037]
基于第三公式计算漏损管段范围内实际实时漏损特征与模拟实时漏损特征的漏损相似性，第三公式为：
[0038]dj
(t)＝||δsj(t)-δs
′
(t)||
[0039]
其中，dj(t)为漏损管段j在时刻t的模拟实时漏损特征与实际实时漏损特征的漏
损相似性，δsj(t)为漏损管段j在时刻t的模拟实时漏损特征。
[0040]
本技术第二方面提供了一种供水管网漏损的定位装置，包括：
[0041]
分析单元：读取并分析供水管网的漏损数据；
[0042]
第一构建单元：基于管网水力模型和漏损数据构建模拟基准漏损数据库；
[0043]
第二构建单元：确定漏损定位的分析时间，将分析时间内已完成定位的漏损添加至管网水力模型，以构建无漏损模型；
[0044]
第一计算单元：基于无漏损模型计算漏损基准特征，并计算漏损基准特征与模拟基准数据库中模拟漏损基准特征的相似性以确定漏损管段的范围；
[0045]
第二计算单元：基于无漏损模型构建模拟实时漏损数据库，并计算模拟实时漏损数据库中模拟实时漏损特征与漏损管段范围内实际实时漏损特征的相似性以确定漏损风险最高的管段；
[0046]
判断单元：判断是否完成该时间段内全部漏损的定位，若已完成则输出全部漏损的定位结果，若未完成则重复执行步骤103至步骤 106。
[0047]
本技术第三方面提供了一种供水管网漏损的定位装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现权利要求1至7中任一项方法的步骤。
[0048]
本技术第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现权利要求 1至7中任一项定位方法的步骤。
[0049]
由上可见，本技术方案公开的供水管网漏损的定位方法，通过读取并分析供水管网的漏损数据，基于管网水力模型和漏损数据构建模拟基准漏损数据库，进而构建无漏损模型；基于无漏损模型计算漏损基准特征，并计算漏损基准特征与模拟基准数据库中模拟漏损基准特征的相似性以确定漏损管段的范围；构建模拟实时漏损数据库，并计算模拟实时漏损数据库中模拟实时漏损特征与漏损管段范围内实际实时漏损特征的漏损相似性以确定漏损风险最高的管段，可以在保证计算准确性的前提下提升供水管网漏损的定位效率。
附图说明
[0050]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0051]
图1为本技术提供的供水管网漏损的定位方法一个实施例流程示意图；
[0052]
图2为本技术提供的具有较高漏损风险的管段位置一个实施例；
[0053]
图3为本技术提供的供水管网漏损的定位方法另一个实施例流程示意图；
[0054]
图4为本技术提供的供水管网漏损的定位装置一个实施例结构示意图；
[0055]
图5为本技术提供的供水管网漏损的定位装置另一个实施例结构示意图。
具体实施方式
[0056]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具
体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
[0057]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和 /或其集合的存在或添加。
[0058]
还应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0059]
下面结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0060]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0061]
实施例一
[0062]
本技术提供了一种供水管网漏损的定位方法，如图1所示，包括：
[0063]
步骤101：读取并分析供水管网的漏损数据。
[0064]
可选的，步骤101还包括：确定供水管网的漏损分析区域和漏损时间区间；读取供水管网的漏损识别结果；漏损识别结果包括漏损数量和估算漏量。
[0065]
步骤102：基于管网水力模型和漏损数据构建模拟基准漏损数据库。
[0066]
可选的，步骤102还包括：加载管网水力模型与压力监测点位信息，压力监测点位信息为供水管网中实际安装的压力监测点与管网水力模型模型节点的对应关系，其中，管网水力模型为实时管网水力模型；
[0067]
划定候选漏损管段，其中，候选漏损管段为结合工程经验划定的可能发生漏损的管段列表和/或区域；
[0068]
基于候选漏损管段构建模拟基准漏损数据库，模拟基准漏损数据库包括每个候选漏损管段的模拟漏损特征。
[0069]
本技术实施例中，基于候选漏损管段构建模拟基准漏损数据库包括：基于管网水力模型对不包含本次分析的所有漏损的运行工况进行模拟，得到模拟无漏损压力矩阵，模拟无漏损压力矩阵为：
[0070][0071]
其中，p
nm
为监测点m处按时间顺序排列的第n个压力模拟值；
[0072]
依次在每个候选漏损管段上模拟固定漏量的漏损，得到模拟漏损压力矩阵，其中，固定漏量可结合工程经验和步骤101中的估算漏量确定，模拟漏损压力矩阵为：
[0073][0074]
其中，p
j，nm
为在候选管段j处模拟漏损时，监测点m处按时间顺序排列的第n个压力模拟值；
[0075]
基于第一公式计算模拟漏损基准特征，第一公式为：
[0076][0077]
其中，δpj(t)为在对候选管段j分析时p0与pj之差的第t行(压力残差)，f为固定漏量，t为模拟总步长，n为候选漏损管段的数量，δfj为管段j的模拟漏损基准特征；
[0078]
模拟漏损基准数据库为全部候选漏损管段的模拟漏损基准特征的集合。
[0079]
步骤103：确定漏损定位的分析时间，将分析时间内已完成定位的漏损添加至管网水力模型，以构建无漏损模型；
[0080]
可选的，基于供水管网的漏损类型确定分析时间，漏损类型包括：渐增型漏损和突发型漏损。
[0081]
本技术实施例中，分析时间由本次需要进行定位分析的漏损类型决定，漏损类型包括渐增型漏损及突发型漏损，其中突发型漏损的分析时间为识别到该漏损的时间，渐增型漏损的分析时间为识别到该漏损后该漏损漏量大小增长到最低可定位漏量的时间，最低可定位漏量受整个供水管网规模、日均供水量及管网水力模型精度等因素的影响，可结合工程实际进行分析。
[0082]
需要说明的是，将该段时间内已完成定位的漏损添加至管网水力模型之中，由于同时段内可能存在多个漏损，而多个漏损同时发生的可能性较小，故本技术通过将每个漏损隔离并依次定位进而实现复杂多漏损的定位，若在完成一个漏损的定位后若还有漏损未定位，则需要把已完成定位的漏损添加至管网水力模型以重新构建一个新的无漏损模型，无漏损模型为不包含未知漏损的水力模型。
[0083]
步骤104：基于无漏损模型计算漏损基准特征，并计算漏损基准特征与模拟基准数据库中模拟漏损基准特征的相似性以确定漏损管段的范围。
[0084]
基于供水管网的实时压力和无漏损模型计算漏损基准特征，可以理解的，漏损基准特征为基于实时压力与步骤103更新的无漏损模型的模拟结果得到的本次分析的漏损特征，其形式为行向量，可记为δp
avg-leak
。
[0085]
本技术实施例中，基于供水管网的实时压力和无漏损模型计算漏损基准特征包括：
[0086]
基于更新的水力模型(即无漏损模型)进行模拟，得到模拟无漏损压力矩阵p
′0，形式与p0相同；
[0087]
读取该段时间实际压力监测数据，对实际压力监测数据进行数据预处理，去除异常值和噪声，得到实际压力矩阵p，形式与p
′0相同；
[0088]
基于第四公式计算漏损基准特征，第四公式为：
[0089][0090]
其中，δp
avg-leak
为漏损基准特征，δpj(t)为p
′0与p之差的第t行， t为模拟总步长。
[0091]
基于第一公式计算漏损基准特征与模拟漏损基准特征的相似性，相似性为余弦相似性，第一公式为：
[0092][0093]
其中，ci为漏损基准特征与候选管段i的模拟漏损基准特征的相似性，δp
avg-leak
为漏损基准特征，δfi为模拟漏损基准特征。
[0094]
对漏损基准特征与模拟漏损基准特征的相似性进行排序，并选择与真实漏损基准特征相似性大于预设阈值的管段加入漏损管段，即实时模拟列表g
leak
，进而缩小漏损管段的范围，提高计算效率，上述预设阈值可以通过工程经验及总候选管段数量决定。
[0095]
步骤105：基于无漏损模型构建模拟实时漏损数据库，并计算模拟实时漏损数据库中模拟实时漏损特征与漏损管段范围内实际实时漏损特征的漏损相似性以确定漏损风险最高的管段。
[0096]
可选的，基于步骤103更新得到的管网模型进行运行工况模拟，得到模拟压力矩阵p
″0，形式与p0相同，基于更新的水力模型依次在每个候选漏损管段上模拟漏量为步骤102估算漏量的漏损，得到模拟漏损压力矩阵p
′j，为每个候选漏损管段计算模拟实时漏损特征，计算公式如下：
[0097][0098]
其中，δp
′j(t)为在对候选管段j分析时p
″0与p
′j之差的第t行 (压力残差)，δp
′j(t，m)为δp
′j(t)的第m个位置的元素，m为所有压力监测点中对漏损最灵敏的传感器索引，δsj(t)为管段j在时刻t 的模拟实时漏损特征，为行向量，故可得管段j的全时刻模拟实时漏损特征矩阵如下：
[0099][0100]
本技术实施例中，模拟实时漏损数据库为基于步骤103更新的针对当次漏损的特有模型，与步骤102中构建的模拟基准漏损特征相比，本技术实施例中构建的特征数据库更具有实时性与独特性，有助于后续漏损的定位，本技术实施例中需对每个漏损事件单独计算，因此需要一定的计算时间，但步骤104中已经对候选漏损管段范围进行缩小有效保证了本技术的计算高效性。
[0101]
本技术实施例中，基于第二公式计算分别计算漏损管段范围内实际实时漏损特征与模拟实时漏损特征的漏损相似性，本技术实施例中漏损相似性为欧氏距离，第二公式为：
[0102]dj
(t)＝||δsj(t)-δs
′
(t)||
[0103]
其中，dj(t)为漏损管段j在时刻t的模拟实时漏损特征与实际实时漏损特征的漏损相似性，δsj(t)为漏损管段j在时刻t的模拟实时漏损特征。
[0104]
可选的，进行实时漏损风险评估并选出漏损风险最高的管段，具体的，基于第五公式计算候选管段所有时刻的相似性平均值，第五公式为：
[0105][0106]
其中，dj(t)为候选管段j在时间t与真实漏损管段的漏损相似性，为候选管段j在时间t的相似性平均值；
[0107]
对进行排序，相似性最高的候选管段为定位到的漏损风险最高的管段，其余相似性较高的候选管段作为备选管段，以防漏损风险最高的管段并不是实际漏损管段的情况，从而进一步提升本方法的实用性与指导性，为便于理解，请参见图2，图2为本技术实施例中具有较高漏损风险的管段位置示意图，即备选管段。
[0108]
步骤106：判断是否完成该时间段内全部漏损的定位，若已完成则输出全部漏损的定位结果，若未完成则重复执行步骤103至步骤 106。
[0109]
由上可见，本技术方案公开的供水管网漏损的定位方法，通过读取并分析供水管网的漏损数据，基于管网水力模型和漏损数据构建模拟基准漏损数据库，进而构建无漏损模型；基于无漏损模型计算漏损基准特征，并计算漏损基准特征与模拟基准数据库中模拟漏损基准特征的相似性以确定漏损管段的范围；构建模拟实时漏损数据库，并计算模拟实时漏损数据库中模拟实时漏损特征与漏损管段范围内实际实时漏损特征的漏损相似性以确定漏损风险最高的管段，可以在保证计算准确性的前提下提升供水管网漏损的定位效率。
[0110]
实施例二
[0111]
本技术提供一种供水管网漏损的定位方法，如图3所示，该定位方法基于上述实施例一所提供的方法得到。
[0112]
由上可见，本技术方案公开的供水管网漏损的定位方法，通过读取并分析供水管网的漏损数据，基于管网水力模型和漏损数据构建模拟基准漏损数据库，进而构建无漏损模型；基于无漏损模型计算漏损基准特征，并计算漏损基准特征与模拟基准数据库中模拟漏损基准特征的相似性以确定漏损管段的范围；构建模拟实时漏损数据库，并计算模拟实时漏损数据库中模拟实时漏损特征与漏损管段范围内实际实时漏损特征的漏损相似性以确定漏损风险最高的管段，可以在保证计算准确性的前提下提升供水管网漏损的定位效率。
[0113]
实施例三
[0114]
本技术提供了一种供水管网漏损的定位装置，对应上文实施例一的定位方法，上述供水管网漏损的定位装置，如图4所示，包括：
[0115]
一种供水管网漏损的定位装置，其特征在于，包括：
[0116]
分析单元401：读取并分析供水管网的漏损数据；
[0117]
第一构建单元402：基于管网水力模型和漏损数据构建模拟基准漏损数据库；
[0118]
第二构建单元403：确定漏损定位的分析时间，将分析时间内已完成定位的漏损添
specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其它可编程逻辑器件、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。
[0133]
实施例五
[0134]
本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。具体的，该计算机程序包括计算机程序代码，上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中的一种，此处不作限定；该计算机可读存储介质可以为能够携带上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中的一种，此处不作限定。需要说明的是，上述计算机可读存储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。
[0135]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0136]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0137]
需要说明的是，上述实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。
[0138]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0139]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/ 设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0140]
上述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。