供水管网漏损监控方法、计算机装置及存储介质与流程

1.本发明涉及供水漏损监控技术领域，具体的，涉及一种供水管网漏损监控方法，还涉及应用该供水管网漏损监控方法的计算机装置，还涉及应用该供水管网漏损监控方法的计算机可读存储介质。


背景技术：

2.目前，供水管网的漏损分析与计算主要还是依靠分区计量技术dma(district metering area)，主要为针对性地设置若干的管网流量计和压力计，使其形成供配水系统中一个被切割分离的环状独立区域，通常采取关闭阀门或安装流量计，形成虚拟或实际独立区域。通过对进入或流出这一区域的水量进行计量，并对流量分析来定量泄漏水平，从而利于检漏人员更准确的决定在何时何处检漏更为有利，并进行主动泄漏控制。
3.然而，目前使用的分区计量技术，存在着明显的使用限制。首先，在覆盖范围和使用场景上，分区计量从原理上就需要在城市管网当中寻找合适的环状管网区域才能推行，但是在现实当中，支状管网是才是主流的供水管网存在形式，这样就意味着城市里边的供水管网只能挑选非常有限的区域进行漏损监控。其次，在监测时效上，分区计量实际的计算模式是进入量减去流出量再减去居民使用量最后的才是漏损量，但是哪怕管网当中的流量计和压力计都是远传表可以实现实时数据传输，但是居民的使用量在我国普遍的水表抄收行业惯例下，依然保持着一月或者两月一抄。这就意味着这个分区计量只能是月度或者更长时间尺度上的计算，并不能做到真正的实时监控。第三点，在额外成本投入方面，分区计量要求在所有环状区域的进出水口设置流量计和压力计，硬件成本巨大。
4.另一方面，供水管网模型是利用计算机模拟仿真技术将埋在地下不便于直接观测的管网系统直观的显示出来，通过连续性方程(能量方程)的迭代计算，可以模拟整个管网系统的压力分布、流速分布、能耗情况等，经过进一步分析可以找出系统中压力分布不合理、拓扑结构不科学、能耗较高的区域，并利用模型寻找可靠的解决方案。其模拟分析结果一般可以应用于节能降耗、优化调度、管网改扩建及近、远期规划方面，为决策者提供理论依据。
5.近年来，虽然动态的供水管网模型也逐渐出现在行业的应用当中，甚至应用于实时的监控管理系统当中作为决策支持的依据。但是供水行业当中的动态模型跟真正意义上的实时模型还是有本质上的区别，因为其应用受限于与分区计量同样的瓶颈，即用水数据为月度或者更长的时间单位，无法实现真正意义上的实时模拟计算。在实际应用当中，数学模型通过输入边界条件后，经过连续性方程的迭代计算，输出计算结果。如果输入的边界为实时数据，动态模型是可以计算出实时动态的数据作为结果输出的，也就是真正意义上的实时模型。但是用水量作为供水管网模型的重要边界输入，其产生的频率实际为月度或者更长的时间单位。然后再将这些数据通过日变化系数和时变化系数(用水模式曲线)等一系列概化拟合的操作，最终生成具有固定模式的分时输入边界数据。
6.依据《gb50013－2018室外给水设计标准》4.0.9条款，城镇供水的日变化系数应根
据城镇性质和规模，国民经济和社会发展、供水系统布局，结合现状供水曲线和日用水变化分析确定。当缺乏实际资料时，最高日城市综合用水的日变化系数宜采用1.1－1.5。时变化系数是指最高日最高时供水量与该日平均时供水量的比值。它应根据城市性质和城市规模、国民经济和社会发展、供水系统布置，结合现状供水曲线和日用水变化分析确定。在缺乏实际用水资料情况下，最高日城市综合用水的时变化系数宜采用1.2－1.6。可见在常规的模型边界输入的时候，就已经存在宽尺度的估算行为。该类型操作仅适用于远期规划设计，对于实时数据分析和计量会引起较大偏差。
7.并且实际上，每个用水户都有自身用水的特殊性和规律性，并不是所有用户都遵循同一个不变的用水模式，因此这个经过调研或者经验分配得出的分时数据与实际的实时数据肯定存在出入和偏差的。因此，动态模型在目前的供水行业并不能有效地作实时分析，依旧停留在现状诊断、规划设计和优化管理等长期指导意义上，更加难以精确地实时计算管网中的流量和压力数据。
8.综上所述，由于目前供水行业的抄收特殊性，分区计量技术和数学模型技术并不能实现实时分析漏损计算，并且分区计量技术还大大地受限于环状管网区域。因此，单独使用任何一项技术均无法有效地对涵盖支状管网和环状管网的区域进行实时漏损计量和定位。


技术实现要素：

9.本发明的第一目的是提供一种能够实时监控供水管网漏损，提高漏损定位精度的供水管网漏损监控方法。
10.本发明的第二目的是提供一种能够实时监控供水管网漏损，提高漏损定位精度的计算机装置。
11.本发明的第三目的是提供一种能够实时监控供水管网漏损，提高漏损定位精度的计算机可读存储介质。
12.为了实现上述第一目的，本发明提供的供水管网漏损监控方法包括：获取实际供水管网数据；根据实际供水管网数据生成对应的管网拓扑结构，建立供水管网的实时动态水力模型；获取用水用户的实时用水量作为实时动态水力模型的实时边界条件，计算管网拓扑结构中各个压力监测节点实时的模拟压力值和各个流量监测节点实时的模拟流量值；根据模拟压力值与实际供水管网中对应压力监测节点实时的实测压力值确认实际供水管网中所有具有压力损失的压力监测节点，获得初始漏损位置范围；获取具有压力损失的压力监测节点上游或下游的相邻流量监测点的实测流量值，根据相邻流量监测点的模拟流量值与实测流量值的差值确认相邻流量监测点的漏损流量；根据初始漏损位置范围和漏损流量在实时动态水力模型中设置漏损预案，确认最终漏损位置。
13.由上述方案可见，本发明的供水管网漏损监控方法通过建立供水管网的实时动态水力模型，对实际供水管网进行模拟监测，可实时进行漏损监测，同时，在检测漏损时，通过更敏感的压力参数确定漏损的大致范围，再结合流量监测制定漏损预案进一步确定实际供水管网中漏损位置，从而提高漏损定位精度。
14.进一步的方案中，获取用水用户的实时用水量作为实时动态水力模型的实时边界条件的步骤包括：获取摄像水表当前所拍摄的水表表盘上的止码图像，对止码图像进行识
别，获得当前抄表值；根据前一次抄表值与当前抄表值获得实时用水量。
15.由此可见，在获取实时用水量，通过获取水表表盘上的止码图像，可便于实时获取实时用水量，提高实时动态水力模型的模拟精度。
16.进一步的方案中，根据实际供水管网数据生成对应的管网拓扑结构的步骤包括：将管网拓扑结构进行图形可视化，显示管网拓扑结构图。
17.由此可见，将管网拓扑结构进行图形可视化，可便于查看实际供水管网的运行情况。
18.进一步的方案中，根据模拟压力值与实际供水管网中对应压力监测节点实时的实测压力值确认实际供水管网中所有具有压力损失的压力监测节点的步骤包括：任意压力监测节点的模拟压力值与实测压力值的压力差值大于预设压力值时，则该压力监测节点为具有压力损失的压力监测节点。
19.由此可见，压力监测节点的模拟压力值与实测压力值的压力差值大于预设压力值时，则说明实际供水管网中该压力监测节点出现了漏损情况，可将该压力监测节点进行标记。
20.进一步的方案中，根据模拟压力值与实际供水管网中对应压力监测节点实时的实测压力值确认实际供水管网中所有具有压力损失的压力监测节点的步骤还包括：若存在多个具有压力损失的压力监测节点，则根据每一个具有压力损失的压力监测节点对应的压力差值确认实际存在压力损失的压力监测节点。
21.进一步的方案中，根据每一个具有压力损失的压力监测节点对应的压力差值确认实际存在压力损失的压力监测节点的步骤包括：当前压力监测节点的压力差值与前一个处于上游的压力监测节点的压力差值的第一压力差值大于预设压力值时，则当前压力监测节点确认为实际存在压力损失的压力监测节点。
22.由此可见，由于管网漏损导致的压力损失是会沿着供水管网下游传递下去的，因此，在录得第一个具有压力损失的压力监测节点出现压力损失以后，这个压力损失会出现在下游的每个压力监测节点当中，因此需要进一步确认下游是否还存在其他具有压力损失的压力监测节点。通过前后两个压力监测节点的压力差值进行比较，可确认压力监测节点是否为实际存在压力损失的压力监测节点。
23.进一步的方案中，根据初始漏损位置范围和漏损流量在实时动态水力模型中设置漏损预案，确认最终漏损位置的步骤包括：在初始漏损位置范围内假设漏损点，将漏损流量作为漏损点的漏损流量参数输入实时动态水力模型，得到预测结果；当预测结果和实际供水管网的实测结果一致时，则确认漏损点为最终漏损位置。
24.由此可见，通过在初始漏损位置范围内假设漏损点，并将漏损流量作为漏损点的漏损流量参数输入实时动态水力模型，得到预测结果，利用预测结果和实测结果进行比较，从而确定假设的漏损点是否为最终漏损位置。
25.进一步的方案中，根据相邻流量监测点的模拟流量值与实测流量值的差值确认相邻流量监测点的漏损流量的步骤后，还包括：相邻流量监测点处于具有压力损失的压力监测节点上游；若任意相邻流量监测点的漏损流量大于或等于预设流量值，则确认漏损位置处于该流量监测点的上游，更新初始漏损位置范围；若任意流量监测点的漏损流量小于预设流量值，则确认漏损位置处于该流量监测点与其下游的压力监测节点之间，更新初始漏
损位置范围。
26.由此可见，通过流量监测点的漏损流量与预设流量值的比较，从而可进一步确认漏损位置所处的范围，从而提高漏损定位的精度。
27.为了实现本发明的第二目的，本发明提供计算机装置包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的供水管网漏损监控方法的步骤。
28.为了实现本发明的第三目的，本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的供水管网漏损监控方法的步骤。
附图说明
29.图1是本发明供水管网漏损监控方法实施例的流程图。
30.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
31.供水管网漏损监控方法实施例：
32.本实施例的供水管网漏损监控方法是应用在计算机的应用程序，用于对供水管网进行漏损监控。
33.如图1所示，本实施例中，供水管网漏损监控方法在工作时，首先执行步骤s1，获取实际供水管网数据。水力模型的建设工作需要有大量准确的城市管网基础数据支撑，因此，需要获取实际供水管网数据。实际供水管网数据包括给水管网地理信息系统(gis)的管网数据、数据采集与监控系统(scada)实时监控采集的管网运行数据、抄表人员的抄表数据和各水厂、泵站、阀门的基础数据等。本实施例中，实际供水管网数据如下表所示：
[0034][0035][0036]
获取实际供水管网数据后，执行步骤s2，根据实际供水管网数据生成对应的管网拓扑结构，建立供水管网的实时动态水力模型。为了便于模拟实际供水管网，需要根据实际供水管网生成管网拓扑结构，以便直观的获取到实际供水管网的运行情况。供水管网进行管网拓扑简化遵循“宏观等效原则”和“小误差原则”，要最大程度地与实际管网相吻合。简化后的供水管网建立模型拓扑结构，在设置节点时需要遵循的原则有：水库或水塔设置成
水源节点、阀门和水泵的两端连接节点、有管道交叉或连通的地方设节点、管径有改变的地方设置节点、管道的埋设年代有明显区别处设置节点、管材改变的地方设节点、大用户用水位置设置节点、现场检测点处设置节点、有在线监测仪表处设节点。另外当管道属性相同，无交叉管段，且没有大用户流量时，如果整条管段过长，可以考虑根据实际用水情况在中间设置节点。
[0037]
本实施例中，根据实际供水管网数据生成对应的管网拓扑结构的步骤包括：将管网拓扑结构进行图形可视化，显示管网拓扑结构图。将管网拓扑结构进行图形可视化，可便于查看实际供水管网的运行情况。
[0038]
建立供水管网实时动态水力模型时，可以使用主流的swmm(storm water management model，暴雨洪水管理模型)、mike平台或infowoks建模平台进行建立。通过实际供水管网数据建立供水管网实时动态水力模型为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。在建立供水管网实时动态水力模型时，将整个管网拓扑结构的点线信息以及管网连通情况与实际对照，进行校核并给与修正，保证管网的连通性和准确性。再加载背景图层，确定水源和泵站的具体位置，在图形中添加水源和泵站，进行泵站参数设置，同时依据区域的实际水量数据，在模型中进行节点水量分配，完成基本水力模型的构建。
[0039]
建立供水管网实时动态水力模型后，还需进行模型校核。模型校核包括静态校核和动态校核两个部分。静态校核是指选择校正时刻，确定不同材质、不同安装年限管道的hazen－williams c系数基本范围，根据已知的流量曲线确定一个大致的流量分配范围，建立自动校核的方案，指定校准参数的上下限并根据指定增量进行调整，利用自动校核逐渐逼近真值，最后确定摩阻系数和流量分配系数。动态校核是在静态校核的基础上调整不同区域的用水曲线，以达到与实测数据吻合的校核目的。
[0040]
建立供水管网实时动态水力模型后，执行步骤s3，获取用水用户的实时用水量作为实时动态水力模型的实时边界条件，计算管网拓扑结构中各个压力监测节点实时的模拟压力值和各个流量监测节点实时的模拟流量值。供水管网当中存在着若干远程监测压力和流量的设备，通过接口开发对接上述设备的scada系统，通过输入用水用户的实时用水量作为实时动态水力模型的实时边界条件，漏损管理系统可以获取实时的管网实测压力值和实测流量值。因此，供水管网的实时动态水力模型可模拟出各个压力监测节点实时的模拟压力值和各个流量监测节点实时的模拟流量值，与实测压力值和实测流量值对应。
[0041]
本实施例中，获取用水用户的实时用水量作为实时动态水力模型的实时边界条件的步骤包括：获取摄像水表当前所拍摄的水表表盘上的止码图像，对止码图像进行识别，获得当前抄表值；根据前一次抄表值与当前抄表值获得实时用水量。摄像水表通过物联网(nb－iot、lora以及5g等通信方式)连接到漏损监控管理系统。摄像水表进行止码图像，对止码图像进行识别获得抄表值为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。通过获取实际供水管网中用水用户的实时用水量，实时的获取用水边界数据，以5分钟、10分钟或30分钟的间隔单位进行获取，提高实时动态水力模型的模拟精度和敏感性。
[0042]
获得模拟压力值和模拟流量值后，执行步骤s4，根据模拟压力值与实际供水管网中对应压力监测节点实时的实测压力值确认实际供水管网中所有具有压力损失的压力监测节点，获得初始漏损位置范围。一般来说，供水管网发生漏损时，管网当中的压力值变化较流量值变化更为敏感，因此，将实测压力值与模拟压力值进行对比，将具有压力损失的压
力监测节点筛选出来，可以将上游的具有压力损失的压力监测节点标注出来，并且判断在该具有压力损失的压力监测节点的上游位置已经出现漏损，从而获得初始漏损位置范围。
[0043]
本实施例中，根据模拟压力值与实际供水管网中对应压力监测节点实时的实测压力值确认实际供水管网中所有具有压力损失的压力监测节点的步骤包括：任意压力监测节点的模拟压力值与实测压力值的压力差值大于预设压力值时，则该压力监测节点为具有压力损失的压力监测节点。其中，预设压力值根据实验数据预先设置。压力监测节点的模拟压力值与实测压力值的压力差值大于预设压力值时，则说明实际供水管网中该压力监测节点出现了漏损情况，可将该压力监测节点进行标记。
[0044]
本实施例中，根据模拟压力值与实际供水管网中对应压力监测节点实时的实测压力值确认实际供水管网中所有具有压力损失的压力监测节点的步骤还包括：若存在多个具有压力损失的压力监测节点，则根据每一个具有压力损失的压力监测节点对应的压力差值确认实际存在压力损失的压力监测节点。管网漏损不但会造成该段管网的压力和流量的损失，还会随着供水管网当中水的流转而传递到下游的管网，因此，在录得第一个压力监测节点出现压力损失以后，这个压力损失会出现在下游的每个压力监测节点当中，因此需要进一步确认下游是否还存在其他具有压力损失的压力监测节点存在实际存在压力损失。
[0045]
本实施例中，根据每一个具有压力损失的压力监测节点对应的压力差值确认实际存在压力损失的压力监测节点的步骤包括：当前压力监测节点的压力差值与前一个处于上游的压力监测节点的压力差值的第一压力差值大于预设压力值时，则当前压力监测节点确认为实际存在压力损失的压力监测节点。通过前后两个压力监测节点的压力差值进行比较，可确认压力监测节点是否为实际存在压力损失的压力监测节点。例如，在第一个压力监测节点出现压力损失δp1以后，这个压力损失δp1会出现在下游的每个压力监测节点当中，并且如果下游还存在其他管网漏损点的时候，这个压力损失会进一步叠加为：δp＝δp1+δp2+δp3+δp4+δp5
…
δpn。因此，通过模型来确认哪些压力监测节点为上游漏损点的下游点位后，在计算δp时将前述的累计压力损失扣除掉，再通过判断是否满足δpn/p
实
≥10％，其中，p
实
为该压力监测节点实际检测到的压力，从而筛选出实际存在压力损失的压力监测节点。
[0046]
获得具有压力损失的压力监测节点后，执行步骤s5，获取具有压力损失的压力监测节点上游或下游的相邻流量监测点的实测流量值，根据相邻流量监测点的模拟流量值与实测流量值的差值确认相邻流量监测点的漏损流量。获得具有压力损失的压力监测节点后，可确定初始漏损位置范围，为了进一步确认漏损点位置，需结合流量检测进行确认。
[0047]
本实施例中，根据相邻流量监测点的模拟流量值与实测流量值的差值确认相邻流量监测点的漏损流量的步骤后，还包括：相邻流量监测点处于具有压力损失的压力监测节点上游；若任意相邻流量监测点的漏损流量大于或等于预设流量值，则确认漏损位置处于该流量监测点的上游，更新初始漏损位置范围；若任意流量监测点的漏损流量小于预设流量值，则确认漏损位置处于该流量监测点与其下游的压力监测节点之间，更新初始漏损位置范围。其中，预设流量值可根据实验数据预先设置。相邻流量监测点处于具有压力损失的压力监测节点上游时，通过流量监测点的漏损流量与预设流量值的比较，从而可进一步确认漏损位置所处的范围，从而提高漏损定位的精度。
[0048]
具体的，如果该具有压力损失的压力监测节点的上游设置有流量计，通过判断流
量监测点的实测流量值与模拟流量值的差值δq是否大于或等于预设流量值，δq大于或等于预设流量值，则确认漏损位置处于该流量监测点的上游，因此，更新初始漏损位置范围。若δq小于预设流量值，则确认漏损位置处于该流量监测点与其下游的压力监测节点之间。漏损点所处的位置进一步缩小，更新初始漏损位置范围。
[0049]
在获得初始漏损位置范围以及相邻流量监测点的漏损流量后，执行步骤s6，根据初始漏损位置范围和漏损流量在实时动态水力模型中设置漏损预案，确认最终漏损位置。获得初始漏损位置范围和漏损流量后，为了进一步确认最终漏损位置，可根据初始漏损位置范围和漏损流量设置漏损预案，并利用实时动态水力模型对漏损预案进行模拟，从而确认最终漏损位置。其中，漏损预案可通过根据运营管理单位经验制定漏损预案。
[0050]
本实施例中，根据初始漏损位置范围和漏损流量在实时动态水力模型中设置漏损预案，确认最终漏损位置的步骤包括：在初始漏损位置范围内假设漏损点，将漏损流量作为漏损点的漏损流量参数输入实时动态水力模型，得到预测结果；当预测结果和实际供水管网的实测结果一致时，则确认漏损点为最终漏损位置。在假设漏损点时，可优先考虑用户反馈的异常点，从而提高检测效率，即，在日常供水时，收集用水用户的疑似漏水点反馈信息。通过制定漏损预案，放在实时动态水力模型中试算，直到预案结果与实测结果一致来确定具体的上游漏损点。当预测结果和实际供水管网的实测结果不一致时，则进行假设下一个漏损点，直到实时动态水力模型的预测结果与实测结果一致。
[0051]
由上述可知，本发明的供水管网漏损监控方法通过建立供水管网的实时动态水力模型，对实际供水管网进行模拟监测，可实时进行漏损监测，同时，在检测漏损时，通过更敏感的压力参数确定漏损的大致范围，再结合流量监测制定漏损预案进一步确定实际供水管网中漏损位置，从而提高漏损定位精度。而且，本发明的供水管网漏损监控方法能够应用于所有管网类型，包括环状管网和支状管网。
[0052]
计算机装置实施例：
[0053]
本实施例的计算机装置包括控制器，控制器执行计算机程序时实现上述供水管网漏损监控方法实施例中的步骤。
[0054]
例如，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由控制器执行，以完成本发明。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。
[0055]
计算机装置可包括，但不仅限于，控制器、存储器。本领域技术人员可以理解，计算机装置可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0056]
例如，控制器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammable 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。通用控制器可以是微控制器或者该控制器也可以是任何常规的控制器等。控制器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
[0057]
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，控制器通过运行或执行存储在存储器
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，实现计算机装置的各种功能。例如，存储器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等等。此外，存储器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。
[0058]
计算机可读存储介质实施例：
[0059]
上述实施例的计算机装置集成的模块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存储介质中。基于这样的理解，实现上述供水管网漏损监控方法实施例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，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被控制器执行时，可实现上述供水管网漏损监控方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，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。存储介质可以包括：能够携带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，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。
[0060]
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。