一种供水管网压力空间分布的分析方法及系统

技术领域

本发明涉及管网压力分析技术领域，特别是涉及一种供水管网压力空间分布的分析方法及系统。

背景技术

现有的供水管网压力分布分析方法如下：收集水厂出水压力、用户需水量，基于管网水力建模软件，建立管网水力模型；采用管网上的实测压力点数据，对模型进行校核，保证模型的准确性；然后采用校核后的模型进行计算，得到任意时段任意节点的管网压力。根据管网水力模型的计算结果，针对特定的时段(比如用水高峰期、用水低谷期、用水平峰期)，统计管网压力的空间分布，识别出管网压力偏高或偏低区域。

上述方法存在以下缺点：1)准确性差；管网水力模型构建所需要的数据主要包括管道连通关系、管长、管径、节点高程和阀门启闭状态等管网基础信息数据，各类用户的用水量、用水模式等用户用水数据，以及各水厂泵站的启停、压力与流量等泵站运行状态。在实际情况中，这些数据均普遍存在精度低、可靠性差等问题，导致最终基于这些数据建立的管网水力模型计算结果准确性不高，进而导致管网压力分布的分析结果不准确。2)成本高；管网水力模型的构建是一件非常耗时、耗力的工作，需要大量的管网基础数据与用户用水数据的收集整理，也需要专业的水力建模软件来实现。这些工作的完成动辄需要1年以上的时间，时间成本与资金成本都很高。3)实时性差；管网水力模型一般是基于历史数据建立，只能反映出过去某一时刻的管网运行状态，对于当前的运行状态很难及时反映出来。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种供水管网压力空间分布的分析方法及系统，可以更简单、准确、实时地得到管网压力分布。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种供水管网压力空间分布的分析方法，包括：

获取压力监测点的实时监测水头数据；

基于所述实时监测水头数据，通过空间插值算法，得到待分析节点的实时分析水头数据；

基于所述实时分析水头数据和待分析节点的高程数据，得到待分析节点的实时分析压力数据。

优选地，所述获取压力监测点的实时监测水头数据，包括：

获取压力监测点的高程数据；

获取压力监测点的实时监测压力数据；

对压力监测点的高程数据和实时监测压力数据进行相加，得到压力监测点的实时监测水头数据。

优选地，所述空间插值算法为反距离权重插值算法和克里金插值算法中任意一者。

本发明还提供了一种供水管网压力空间分布的分析系统，包括：

压力监测点水头模块，用于获取压力监测点的实时监测水头数据；

待分析节点水头模块，用于基于所述实时监测水头数据，通过空间插值算法，得到待分析节点的实时分析水头数据；

待分析节点压力模块，用于基于所述实时分析水头数据和待分析节点的高程数据，得到待分析节点的实时分析压力数据。

优选地，所述压力监测点水头模块包括：

压力监测点高程单元，用于获取压力监测点的高程数据；

压力监测点压力单元，用于获取压力监测点的实时监测压力数据；

压力监测点水头单元，用于对压力监测点的高程数据和实时监测压力数据进行相加，得到压力监测点的实时监测水头数据。

优选地，所述空间插值算法为反距离权重插值算法和克里金插值算法中任意一者。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明涉及一种供水管网压力空间分布的分析方法及系统，所述方法包括：获取压力监测点的实时监测水头数据；基于所述实时监测水头数据，通过空间插值算法，得到待分析节点的实时分析水头数据；基于所述实时分析水头数据和待分析节点的高程数据，得到待分析节点的实时分析压力数据。本发明具有准确定高、成本低和时效性高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。

图1为本发明供水管网压力空间分布的分析方法流程图；

图2为本发明供水管网压力空间分布的分析系统结构图；

图3为某供水管网的压力监测点与待分析节点图；

图4为某供水管网的待分析节点压力图。

符号说明：201-压力监测点水头模块，202-待分析节点水头模块，203-待分析节点压力模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种供水管网压力空间分布的分析方法及系统，可以更简单、准确、实时地得到管网压力分布。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明供水管网压力空间分布的分析方法流程图；如图1所示，本发明提供了一种供水管网压力空间分布的分析方法，包括：

步骤S1，获取压力监测点的实时监测水头数据；具体地，所述步骤S1包括：

步骤S11，获取压力监测点的高程数据。

步骤S12，获取压力监测点的实时监测压力数据。

步骤S13，对压力监测点的高程数据和实时监测压力数据进行相加，得到压力监测点的实时监测水头数据。

步骤S2，基于所述实时监测水头数据，通过空间插值算法，得到待分析节点的实时分析水头数据。

作为一种可选的实施方式，所述空间插值算法为反距离权重插值算法和克里金插值算法中任意一者。本实施例中，选取反距离权重插值算法，具体计算方法如下：

获取压力监测点和待分析节点的位置数据，包括x坐标和y坐标，基于位置数据计算待分析节点距离每一个压力监测点的距离，计算公式如下：

式中，u为待分析节点；k∈K，K为压力监测点的数量；d

作为一种可选的实施方式，上述计算距离的方法还可以根据管网结构，求两点之间沿管线的最短路径来求取。

搜索距离待分析节点u最近的前n个压力监测点，记为1,2,…,n；n≤K；得到d

利用反距离权重插值法得到待分析节点u的水头H

式中，H

步骤S3，基于所述实时分析水头数据和待分析节点的高程数据，得到待分析节点的实时分析压力数据。具体为用待分析节点的实时分析水头数据减去高程数据，得到待分析节点的实时分析压力数据。

对于任意一个待分析节点，均能通过上述方法得到实时分析压力数据。

图2为本发明供水管网压力空间分布的分析系统结构图；如图2所示，本发明还提供了一种供水管网压力空间分布的分析系统，包括：压力监测点水头模块201、待分析节点水头模块202和待分析节点压力模块203。

所述压力监测点水头模块201用于获取压力监测点的实时监测水头数据。

所述待分析节点水头模块202用于基于所述实时监测水头数据，通过空间插值算法，得到待分析节点的实时分析水头数据。

所述待分析节点压力模块203用于基于所述实时分析水头数据和待分析节点的高程数据，得到待分析节点的实时分析压力数据。

作为一种可选的实施方式，本发明所述压力监测点水头模块201包括：压力监测点高程单元、压力监测点压力单元和压力监测点水头单元。

所述压力监测点高程单元用于获取压力监测点的高程数据。

所述压力监测点压力单元用于获取压力监测点的实时监测压力数据。

所述压力监测点水头单元用于对压力监测点的高程数据和实时监测压力数据进行相加，得到压力监测点的实时监测水头数据。

下述以某个具体管网进行说明：

如图3所示，该管网中有10个压力监测点，如图中的星号所示；有146个待分析节点，如图中的黑色圆点所示。

以待分析节点u为例来介绍压力值的计算方法。收集10个压力监测点的高程Z与压力值P，并由高程与压力相加得到水头H，由各压力监测点的位置数据，计算待分析节点u与各压力监测点之间的距离d，如表1所示。

表1各压力监测点的信息

选择与待分析节点u距离最近的前n个压力监测点，这里以n＝5为例来说明。即选择与待分析节点u最近的前5个压力监测点，分别第6、7、10、8和3个压力监测点。分别计算上述5个压力监测点与待分析节点之间距离的倒数，各距离的倒数除以各距离倒数的和，得到各压力监测点在待分析节点u中的权重值，结果如表2所示。

表2各个压力监测点在待分析节点u中的权重值

由上述第6、7、10、8和3共5个压力监测点计算待分析节点u的水头，计算方法为分别由各压力监测点的水头与权重乘积，再求和，即u的水头为：42.8×0.289+39.6×0.257+40.0×0.205+43.0×0.139+43.2×0.110＝41.5(m)。

收集待分析节点u的高程，并由待分析节点u的水头减去高程，得到压力值。本实施例中，待分析节点u的高程为10.9m，则待分析节点u的压力为：41.5-10.9＝30.6(m)。

按照上述方法，求解每个待分析节点的压力值，得到如图4所示的管网压力分布，即完成了管网压力分布的分析。图4中，颜色越深代表节点压力越高。

本发明有益效果如下：

1)准确性高；由于本发明是基于实测数据进行的分析，而不是基于模拟计算，因此，结果更加准确。

2)成本低；本发明不需要复杂的建模过程，仅用有限数量的压力监测点便可以实现，因此成本较低。

3)时效性好；一旦压力监测点有了新的数据时，本发明可以快速分析出所有节点的压力，故分析结果与数据监测基本同步，时效性较好。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述得比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。