一种基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法与流程

1.本发明涉及计算机应用领域，更具体的说是一种基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法。


背景技术：

2.近年来由于国家对供水管网漏损率的重视，许多学者开始研究使用供水管网水力模型进行漏损位置定位，借助epanet或其他商业应用建模软件来研究管网漏损事件。供水管网水力模型技术可用于模拟供水管网的漏损情况，现有的供水管网水力模型是将供水管网拓扑数据简化，没有意义的节点删掉，管段自动连接在一起，管长信息累加，形成比较长的管段，这在应用供水管网水力模型进行漏损定位计算时无法将漏损位置定位到更加精细的位置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法，可以将漏损位置定位到更加精细的位置。
4.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
5.一种基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法，该方法包括以下步骤：
6.步骤一：供水管网进行简化和水力模型参数化设置，形成供水管网水力模型；
7.步骤二：自动添加虚拟节点；
8.获取水力模型文件中的管段数量m，设置虚拟节点间隔长度为s米；
9.遍历管段，若管段i长度大于s米，管段添加节点数量n若管段i长度不大于s米，则不添加虚拟节点；
10.计算节点坐标；
11.补充管段属性；
12.补充节点属性，节点的参数包括节点id、x坐标、y坐标、标高、基本需水量、需水量模式、扩散器系数、初始水质和源头水质；
13.重复，直至所有管段均添加完节点；
14.步骤三：计算供水管网漏损位置；
15.模拟各个节点不同漏量的漏损情况；
16.模拟节点漏损数据与供水管网实际监测数据比对计算供水管网漏损位置；
17.进一步的，供水管网水力模型节点与节点之间使用直线连接；
18.进一步的，n＝l/s取整减1；
19.进一步的，节点坐标的计算方法为：
20.xn＝xs+(x
e-xs)/(n+1)
21.yn＝ys+(y
e-ys)/(n+1)
22.zn＝zs+(z
e-zs)/(n+1)
23.其中，xn为节点n的横坐标；yn为节点n的纵坐标；zn为节点n的标高；xs为管段i起点横坐标；xe为管段i终点横坐标；ys为管段i起点纵坐标；ye为管段i终点纵坐标；zs为管段i起点标高；ze为管段i终点标高。
附图说明
24.下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
25.图1是本发明的基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法流程框图；
26.图2是本发明的供水管网水力模型图；
27.图3是本发明的添加虚拟节点后的水力模型图；
28.图4是本发明的基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法实验数据示意图一；
29.图5是本发明的基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法实验数据示意图二。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
31.为了解决现有技术中的技术问题，下面对一种基于水力模型虚拟节点的供水漏损位置定位方法的步骤和功能进行详细的说明；
32.该方法包括以下步骤：
33.步骤一：建立供水管网水力模型；
34.步骤二：自动添加虚拟节点；
35.步骤三：计算供水管网漏损位置；
36.通过对供水管线水力模型自动添加虚拟节点，对水力模型添加虚拟节点，不断改变节点处的需水量，用于模拟供水管网各个节点不同漏量的漏损情况，利用虚拟供水管网水力模型模拟供水管网发生漏损时的供水管网监测点的压力、流量数据，构建模拟值与实测值的目标函数，找到令目标函数值达到最小的节点位置则为漏损位置，同时给出可疑漏损量，通过与实际监测数据的比较，判断出漏损发生的位置，在计算能力允许的情况下，可对供水管网漏损位置精细化模拟。
37.下面结合具体的过程，对本方法进行详细的说明；
38.步骤一：建立供水管网水力模型：
39.要求供水管模型中节点与节点之间使用直线连接，便于计算虚拟节点处的参数，根据epanet水力模型建模的技术要求，对供水管网进行简化和水力模型参数化设置，形成供水管网水力模型；
40.步骤二：自动添加虚拟节点；
41.自动添加虚拟节点算法前置条件：供水管网水力模型节点与节点之间使用直线连接，不得出现多段线。
42.自动添加虚拟节点算法步骤：
43.步骤1：获取水力模型文件中的管段数量m，设置虚拟节点间隔长度为s米；
44.步骤2：遍历管段，若管段i长度大于s米，管段添加节点数量n，若管段i长度不大于
s米，则不添加虚拟节点，其中n＝l/s取整减1；
45.步骤3：计算节点坐标，节点坐标的计算方法为：
46.xn＝xs+(x
e-xs)/(n+1)
47.yn＝ys+(y
e-ys)/(n+1)
48.zn＝zs+(z
e-zs)/(n+1)
49.其中，xn为节点n的横坐标；yn为节点n的纵坐标；zn为节点n的标高；xs为管段i起点横坐标；xe为管段i终点横坐标；ys为管段i起点纵坐标；ye为管段i终点纵坐标；zs为管段i起点标高；ze为管段i终点标高；
50.步骤4：补充节点属性。节点的参数包括节点id、x坐标、y坐标、标高、基本需水量、需水量模式、扩散器系数、初始水质、源头水质。自动添加管网id；xy坐标、标高根据步骤3得计算结果填写；基本需水量设置为0，需水量模式、扩散器系数、初始水质、源头水质设置为空；
51.步骤5：补充管段属性。有原始管段的起点开始一次连接虚拟节点至终点处，其管道id不与其他管段重复即可，起始节点、终止节点根据步骤4中的节点id填写，描述、标签可不填写，长度根据起终点坐标计算出的数值填写，直径、粗糙系数、损失系数、初始状态、主流系数、管壁系数与原始管段保持一致即可；
52.步骤6：重复步骤2至5，直至所有管段均添加完节点；
53.步骤三：计算供水管网漏损位置，计算漏损位置算法步骤如下：
54.步骤1：模拟各个节点不同漏量的漏损情况；
55.步骤2：模拟节点漏损数据与供水管网实际监测数据比对计算供水管网漏损位置。
56.将漏失水量加到节点需水量中，遍历各个节点，预先计算各种漏损情况下的水力模拟数据，将实际管网监测点位的模拟数据保存，可模拟任意大小的漏失量范围和漏失量间隔；
57.举例进行说明，模拟5至100l/s的漏失量，步长为5l/s，假设有p个压力监测点，q个流量监测点。
58.a
i,j
＝{p1,p2,
…
,p
p
,q1,q2,
…
,qq}
59.a
i,j
为第i个节点在j l/s下的监测点处的模拟结果，其中p代表压力监测点的结果，q代表流量监测点的结果，m为所有节点数量，最终得到结果如下：
[0060][0061]
发生可疑漏损时刻的监测数据记为：
[0062][0063]
计算模拟的漏失数据与实际监测数据的欧式距离，构造目标函数如下，目标函数值越小，表明该节点处的漏损量越符合实际工况，即可判定为漏损位置。
[0064][0065]
将得到的目标函数值升序排序，输出使得目标函数值排序前几位的节点列表，则节点列表中的点位即为可疑漏损位置；
[0066]
进一步的，下面举例说明本方法的具体应用过程，针对水力模型，模拟结果如下，以下数据均为实验模拟数据，设置水力模型中id为5,49,69号节点为压力监测节点，设置id为50,51号节点中某处漏损，漏损量为55l/s，在添加虚拟节点的水力模型中漏点为n253号节点；如图4至5所示；发生漏损时id为5,49,69号节点的压力分别是36.83m,38.72m,31.76m；计算目标函数值，最小的前五个节点为，n253，n252，n254，n415，n416，计算结果准确。