一种管线预测分析报警系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种管线预测分析报警系统及其使用方法。


背景技术：

2.城市综合管网是当代城市建设的重要组成部分，加强城市地上地下管网的智能化管理水平是城市现代化的重要标志。在现代化的城市中，综合管网包括给排水、热力、燃气、供电、通讯等多种管线，如何规范、高效、安全地监测和控制这些管线，是保障整个城市安全、顺利发展的重要基石。随着城市化的快速发展，综合管线的设计、施工、维护都显著落后，这些都导致近年来与管线相关的漏水、热力泄露、燃气泄漏爆炸等事故频发，从城市管理层到普通民众都迫切要求提升城市综合管网的管理水平。
3.城市和特殊管线中有多种需要远程监控的设备，阀门是其中常见的一种。阀门是城市和特殊管线中流体输送系统中不可或缺的控制部件，具有截止、稳压、止逆、调节、分流、泄压等各项功能，在整个系统中有着至关重要的作用。在管网的日常维护，特别是险情出现时，如何准确、有效、较快地监测和控制阀门是城市管网管理水平的重要体现。在阀门的远程监控中，需要某个节点发生泄露时，系统可以自动报警。但是在现代城市管线建设中，为满足不同层次的各种特殊需要，往往管线设计的较为复杂，而相应的远程设备的配置也极为复杂，现在常见的报警阈值设定方法较为粗放，并不能准确反映管线使用中实际的参数波动情况。如何根据用户的需求特征，更科学、准确地设置报警阈值，一直是一个比较困难的问题。
4.为应对日益复杂和紧迫的城市和特殊管网中远程设备，例如阀门，控制的需求，迫切需要提供一种能够具体实际情况、准确判定险情并报警的系统解决方案。


技术实现要素：

5.根据本发明的一个方面，提供了一种管线报警系统，其包括存储单元，其存储有历史数据；处理单元，其与存储单元直接或者间接连接，可以根据待预测时间点和预测计算时间间隔调用待预测时间点附近，例如前后，多个历史数据，计算出平均值，并根据平均值计算出所述待预测时间点的报警阈值；数据采集单元，其可以采集待预测时间点的实时数据；和执行单元，其与处理单元和数据采集单元直接或者间接连接，可以比较所述实时数据和报警阈值，在所述实时数据超出报警阈值时，发出报警指令。
6.根据本发明的又一个方面，所述系统中所述平均值是算术平均值。
7.根据本发明的又一个方面，所述系统中所述处理单元会筛选去除历史数据中的无效数据。
8.根据本发明的又一个方面，所述系统中所述处理单元调用的历史数据为至少5个。
9.根据本发明的又一个方面，所述系统中所述处理单元调用的历史数据既包括待预测时间点前面的，也包括待预测时间点后面的历史数据。
10.根据本发明的又一个方面，提供了一种管线报警系统设置方法，其包括如下步骤：
11.将历史数据存储在存储单元中；
12.处理单元根据待预测时间点和预测计算时间间隔调用多个历史数据；
13.处理单元计算出历史数据的平均值；
14.处理单元根据所述平均值计算出所述待预测时间点的报警阈值；
15.数据采集单元采集待预测时间点的实时数据；和
16.执行单元比较所述实时数据和报警阈值，在所述实时数据超出报警阈值时，发出报警指令。
17.根据本发明的又一个方面，提供了一种管线报警系统设置方法，其包括如下步骤：
18.根据待预测时间点和预测计算时间间隔调用待预测时间点附近，例如前后，多个历史数据；
19.计算出历史数据的平均值；
20.根据所述平均值计算出所述待预测时间点的报警阈值；
21.采集待预测时间点的实时数据；和
22.比较所述实时数据和报警阈值，在所述实时数据超出报警阈值时，发出报警指令。
23.根据本发明的又一个方面，其中所述方法还包括所述处理单元筛选去除历史数据中的无效数据。
24.根据本发明的又一个方面，其中所述方法的所述平均值是算术平均值。
25.根据本发明的又一个方面，其中所述方法的所述处理单元调用的历史数据为至少5个。
26.根据本发明的又一个方面，其中所述方法的所述处理单元调用的历史数据既包括待预测时间点前面的，也包括待预测时间点后面的历史数据。
27.根据本发明的又一个方面，其中所述方法的所述报警阈值按照报警上限值和下限值设置，报警上限值为可以达到平均值的101％，报警下限值可以达到平均值的99％。
28.根据本发明的又一个方面，提供了一种管线报警系统，其包括存储单元，其存储有历史数据；处理单元，其与存储单元直接或者间接连接，可以根据待预测时间点和预测计算时间间隔调用多个历史数据，计算出平均值，并根据平均值计算出所述待预测时间点的报警阈值。
29.根据本发明的又一个方面，所述系统还包括数据采集单元，其可以采集待预测时间点的实时数据；和执行单元，其与处理单元和数据采集单元直接或者间接连接，可以比较所述实时数据和报警阈值，在所述实时数据超出报警阈值时，发出报警指令。
30.根据本发明的又一个方面，其中所述报警阈值按照报警上限值和下限值设置，并且设置精度可以达到平均值的1％。
31.根据本发明的又一个方面，提供了一种管线报警系统设置方法，其包括如下步骤：
32.将历史数据存储在存储单元中；
33.处理单元根据待预测时间点和预测计算时间间隔调用多个历史数据；
34.处理单元计算出历史数据的平均值；和
35.处理单元根据所述平均值计算出所述待预测时间点的报警阈值。
36.根据本发明的又一个方面，提供的方法还包括数据采集单元采集待预测时间点的实时数据；和
37.执行单元比较所述实时数据和报警阈值，在所述实时数据超出报警阈值时，发出报警指令。
38.本发明的这些和其它方面将从参考下文描述和实施例得到进一步阐释。
附图说明
39.现在将仅以示例的方式结合附图来描述本发明的实施例，在这些附图中：
40.图1是根据本发明的系统流程图。
41.图2是根据本发明实施例1的图，图中对比展示了传统和本发明设定报警阈值方法。
42.图3是根据本发明实施例2的图，图中对比展示了传统和本发明设定报警阈值方法。
具体实施方式
43.提供了一种管线报警系统设置系统和方法，其包括将历史数据存储在存储单元中；处理单元根据待预测时间点和预测计算时间间隔调用多个历史数据；处理单元计算出历史数据的平均值；处理单元根据所述平均值计算出所述待预测时间点的报警阈值；数据采集单元采集待预测时间点的实时数据；执行单元比较所述实时数据和报警阈值，在所述实时数据超出报警阈值时，发出报警指令。该系统可以根据用户的具体情况，准确预测连续时间内的各参数正常范围，并动态地设定报警阈值，显著减少误报和漏报。
44.管线的监控系统一般可以分为中央报警子系统和远程设备的子系统。系统中的各单元一般包括软件和硬件，各单元功能也是通过软件依托硬件来实现的。
45.远程设备相关的参数的历史数据，可以储存存储单元上。存储单元可以位于中央报警子系统中，或者是位于中央报警子系统外部，例如云。对于阀门，设备相关的参数根据不同的管线，可以包括流量、上游压力、下游压力、温度、气体含量等。这些参数的历史数据可以按照一定的规律、有序地储存，以便于查询、储存、读取。例如可以按照时间顺序，按照年、月、周、天、小时、分钟、秒等储存。历史数据的回顾时间，可以是年、月、周、天、小时等，优选是年、月或者周，例如前一年或上个月的数据。
46.处理单元可以位于中央报警子系统中，例如设置在服务器上，它可以间接或直接与存储单元相连，从而可以调用历史数据并计算出报警阈值。处理单元可以对历史数据进行筛选，首先是调取哪些历史数据。处理单元会根据设定的预测计算时间间隔或者已有的历史数据的时间间隔，自动地进行对各个时间点的参数值进行预测。例如每秒钟就进行一次参数值预测，即预测计算时间间隔为1秒钟，此时调取的历史数据的时间间隔一般为1秒或更小。在进行预测时，处理单元会根据预测计算时间间隔调取待预测时间点或其附近的历史数据，优选指最靠近待预测时间点那些数据。预测时间点附近的数据指待预测时间点前和/或后的历史数据，包括预测时间点前的、预测时间点后的、以及既有前面也有后面数据的情况，优选既有前面也有后面数据的情况。无论前后，优选都是时间上最接近预测时间点的数据。调取的历史数据为多条。“多条或者多个”意味着至少两条或两个，优选至少3条、4条、5条、6条、7条、8条、9条、10条、15条、20条、25条、30条、40条、50条、100条、200条历史数据。例如，当回顾时间为1年，预测计算时间间隔为5秒钟，待预测时间点为2021年9月25日10
点(即10:00:00)时，调取10条历史数据，可以调用2020年9月25日9:59:35，9:59:40，9:59:45，9:59:50，9:59:55，10:00:00，10:00:05，10:00:10，10:00:15，10:00:20这10条历史数据。当历史数据没有这些时间点的数据，例如最近的数据都相差了2秒钟，则可以调取离它们最近的这些时间点的数据。预测计算时间间隔，调取的历史数据数量，和待预测时间点之前、之后的历史数据数量等都可以根据具体情况由用户进行选择。优选地，调取的在待预测时间点之前和之后的历史数据的数量尽量相等。
47.其次，处理单元可以对调取的历史数据中的异常数据进行清除。例如过高、过低的数据可以认定为无效数据。认定为无效数据，主要是根据管线和用户的具体情况，发现过低或者过高的数据，该数据一般为单个时间点的异常值，与前后连续时间点的数据显著不同，例如数值为零。这些无效数据一般是采集时、或者存储时产生的异常值。用户可以设定，在处理单元去除无效数据后，预测值为剩下的有效数据的平均值；或者，可以在预测时间点之前或者之后，选取补充数据，再计算得到预测值。
48.处理单元可以对调取的历史数据进行处理，从而计算出待预测时间点的预测值。最常见的是计算这些历史数据的平均值，例如算术平均值。在预测值的基础上，可以计算得到报警阈值，例如针对城市管网的供水管线的流量，当设置报警阈值为算术平均值的
±
10％，即报警上限值为算术平均值的110％；报警下限值为算术平均值的90％。由于本发明方法的阈值设定更贴近管线的实际情况，可以以更高的精度来设定所述报警阈值，例如可以以1％的精度来设置，而传统方法报警阈值的上限值/下限值与平均值之间的幅度，一般只能以增减10％来粗略设定，例如设定为与平均值差别为
±
10％，
±
20％，
±
30％。本发明可以以增减平均值的1％来设置上限值/下限值，例如设置为
±
10％，
±
11％，
±
9％，
±
12％，
±
8％等。例如，当设定为
±
1％时，即此时报警上限值为平均值的101％，报警下限值为平均值的99％。
49.数据采集单元可以实时采集设备，特别是远程设备，的参数，例如某个节点的流量值、压力值、温度等。数据采集单元一般优选设置在远程设备的子系统中，采集到的实时数据，可以回传中央报警子系统，远程设备的情况下，可以通过无线通讯，中央报警子系统应该有无线通讯的接收单元。在进行报警前，一般可以进行连续多次采样来确认实时数据确实超出了报警阈值，以避免单次采样数据可能出现异常值。
50.执行单元可以位于中央报警子系统中，例如服务器，它可以对接收到的实时数据和报警阈值进行比较，当实时数据超出报警阈值时，执行单元就会发出报警信号。
51.图1表示了一种本发明的预测报警系统。首先是报警设定：通过系统中的中央报警子系统选择监控节点并打开报警开关，选择预测分析报警模式，同时设置采样次数和分析的时间范围，在对应报警级别内设置报警百分比值，保存设置到存储单元(例如数据库)则设置完成。例如一级报警，可以设定报警百分比为预测值的110％；二级报警，设定报警百分比为预测值的120％。实际操作中，处理单元实时读取数据采集单元现场采集的数据，并且多次读取以累加采样次数，接下来进入检查程序，包括报警开关是否打开、是否设定为预测报警模式，两种都确认后，处理单元会调取历史同期在当前时间点前后的多个数据，例如5条、35条、150条数据，去除其中的异常值，例如0值，再计算平均值。执行单元对比实时数据是否偏离平均值达到报警，是否达到设定的采样次数例如连续3次采样都达到报警，以免偶然产生的异常值触发误报警)，确认“是”后，触发报警。
52.实施例1
53.如图2所示，某远程阀门的流量在一定时间内的实时变化以曲线h表示。传统方法为根据一定时间范围内(例如7天)的历史数据，找出最高值和最低值，然后按照比例，例如
±
10％的报警阈值，设定传统方法的报警阈值上线，即直线l1，为该最高值的110％；报警阈值下限为该最低值的90％，即直线l2。这样，以点a、b、c为代表的流量值就已经在报警阈值之外，也就是已经可以触发报警，即误报警。按照本发明方法，可以通过历史数据计算得到该时间范围内的预测曲线(未标出，一般可以非常接近实时流量曲线h)，再按照10％的报警阈值，得到报警阈值上、下限为曲线m1和m2。可以看到同样是10％的报警阈值，根据本发明的m1和m2曲线更好的拟合了实际的流量变化情况，点a、b、c为代表的流量值仍然在m1和m2的范围内，并不会触发报警，因而避免了误报警。
54.实施例2
55.在图3中，某远程阀门的流量在一定时间内的实时变化以曲线h表示。按照本发明方法，可以通过历史数据计算得到该时间范围内的预测曲线(未标出，位于m1和m2中间)，同样按照10％的报警阈值，得到报警阈值上、下限为曲线m1和m2。为避免在流量波动较大的情况下，而容易出现误报警的情况，传统方法可以将报警阈值设置范围增大，例如报警阈值上、下限以直线l1和l2表示，增加到
±
20％，此时a点和c点不再会触发报警。但是有些实时数据，例如b点，虽然已经显著偏离预期值，但因为仍然在报警阈值的上下限范围内，并不会触发报警，从而产生漏报。而根据本发明，在仍然只有10％的报警阈值下，在该时间点，b点已经低于报警阈值的下限m2，所以会触发报警。因此，本发明大大减少了漏报。
56.城市管网和专用管网中的远程设备，往往管线复杂，阀门众多，另外有很多远程设备由于距离较远或者是成本较高，难以接入高电压(不低于220v)电源。本采用本发明方法和系统，因为预测值更好地拟合了实际的流量变化情况，在每一个预测时间点(可以以秒计)，报警阈值上、下限也更加贴近实际的流量变化曲线来设置，发明的系统和方法特别适合参数波动大的管网系统中，适合监控远程节点的异常情况，可以大大减少漏报和误报，可以更容易、更早期地发现泄露情况。
57.尽管已经示出和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理的情况下可以对这些实施例进行改变，在不脱离本发明的全部范围和精神的情况下，可对本技术描述的部件、结构、运动、配合、步骤进行修改(添加和/或去除)，本发明的范围和精神涵盖这样的修改以及其任何和全部等同物。