用于建模、分析、检测和监测流体网络的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了系统和方法，所述系统和方法用于最佳地确定流体网络中的传感器或基础设施放置，用于确定所述流体网络中的感兴趣的异常，以及用于确定流体网络中的传感器覆盖，其基于由有向图表示的所述流体网络的模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于建模、分析、检测和监测流体网络的系统和方法
本公开涉及建模、分析、监测和检测流体网络的方法和系统。
技术介绍
诸如水网络的流体网络可能会遇到影响可用性和质量的问题，包括缓慢或快速泄漏、运输基础设施的腐蚀、污染等。在这些难题对基础设施、水质或健康产生重大影响之前，可能无法发现和解决这些问题。一个示例是2014年1月的埃尔克河化学品溢出，其中约有300,000名居民受到影响并且122人因污染而住院。
技术实现思路
期望能够在早期或实时检测流体网络中的问题(例如，管道涂层问题、泄漏/裂缝、污染等)，并能够通过预测问题/难题可能发生的时间和地点来抢先行动，而不是之后反应。在一个方面，本公开描述了一种最佳地确定流体网络中的传感器或基础设施放置的方法。该方法包括创建流体网络的模型。该模型包括i)表示设置在该流体网络中的流体基础设施的多个有向连接节点，以及ii)定位在该流体网络中的一个或多个所选位置处的一个或多个传感器。该方法还包括将所述模型表示为与设置在该流体网络外部的处理器相关联的矩阵数据结构，经由该处理器分析该矩阵以评估该模型的每个节点是否满足一个或多个可定位性标准。分析该矩阵包括解释和执行与该处理器相关的多个指令。确定该流体网络中的传感器或基础设施放置。在另一方面中，本公开描述了一种系统，该系统包括定位在流体网络中的一个或多个所选位置处的一个或多个传感器。传感器被配置成在相应位置处从流体网络收集数据。处理器设置在该流体网络的外部。该处理器被配置成从该传感器接收数据并基于该流体网络的模型分析该数据。该模型包括表示设置在该流体网络中的流体基础设施的多个有向连接节点。与该处理器相关联的多个指令可由该处理器解释和执行以分析该数据并确定该流体网络内的传感器放置。在另一个方面中，本公开描述了一种确定流体网络中感兴趣的异常的方法。该方法包括提供设置在该流体网络中的一个或多个所选位置处的一个或多个传感器。传感器被配置成在相应位置处从流体网络收集数据。该方法还包括在一个或多个位置处经由一个或多个传感器收集来自流体网络的数据，经由处理器接收来自传感器的数据，以及基于流体网络模型经由处理器分析数据。该模型表示为与处理器相关联的有向图。有向图包括多个有向连接的节点，其中在两个相邻节点之间添加一个或多个假想节点。在另一个方面中，本公开描述了一种确定流体网络中的传感器覆盖的方法。该方法包括创建流体网络的模型。该模型包括表示设置在该流体网络中的流体基础设施的多个有向连接节点。该方法还包括将该模型表示为与设置在该流体网络外部的处理器相关联的矩阵数据结构，以及经由该处理器分析该矩阵以评估每个节点是否满足一个或多个可定位性标准。分析该矩阵包括解释和执行与该处理器相关的多个指令。该方法还包括将每个节点分配给定位区域、检测区域和不可达区域中的一个。在本公开的示例性实施方案中获取各种意料不到的结果和优点。本公开的示例性实施方案的这种优点包括早期或实时检测和确定流体网络中的难题/问题，包括预测流体网络中的可能问题/难题的抢先行动，最佳传感器或流体基础设施放置等。已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的
技术实现思路
并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。附图说明结合附图考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：图1是根据一个实施方案的检测流体网络中的感兴趣的异常的方法的流程图。图2示出了根据一个实施方案的用于检测流体网络中的感兴趣的异常的系统的框图。图3A示出了根据一个实施方案的设置有传感器的流体网络的示意图。图3B示出了根据另一个实施方案的设置有传感器的流体网络的示意图。图4A示出了根据一个实施方案的表示流体网络的有向图。图4B是根据一个实施方案的最佳地确定流体网络中的传感器放置的方法的流程图。图4C示出了根据一个实施方案的在所选位置处设置有传感器的图4A的有向图。图4D示出了在所选位置处设置有传感器的图4C的有向图的重新格式化版本。图5A示出了根据一个实施方案的表示在所选位置处放置传感器的流体网络的有向图。图5B示出了图5A的有向图的重新格式化版本。图5C示出了根据一个实施方案的在图5B的模型中将相邻节点分组为节点集。图5D示出了根据一个实施方案的通过添加流体路径的对图5B的流体网络的修改。图6A示出了根据一个实施方案的确定流体网络中的传感器覆盖的方法的流程图。图6B示出了根据一个实施方案的分成定位区域、检测区域和不可达区域的流体网络的图示。图6C示出了根据另一个实施方案的分成定位区域、检测区域和不可达区域的流体网络的图示。图6D示出了根据另一个实施方案的分成定位区域、检测区域和不可达区域的流体网络的图示。图7示出了根据一个实施方案的表示通过添加假想节点而修改的流体网络的有向图。图8A示出了根据一个实施方案的用于确定潜在污染源的流体网络的模型。图8B示出了根据另一个实施方案的用于确定潜在污染源的流体网络的模型。图8C示出了根据另一个实施方案的用于确定潜在污染源的流体网络的模型。在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可不按比例绘制的上面标识的附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到如在具体实施方式中所提到的其它实施方案。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其它修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。具体实施方式本公开提供了方法和系统以能够在早期或实时检测流体网络中的问题(例如，管道涂层问题、泄漏、裂缝、污染等)，并能够抢先行动，包括预测流体网络中可能发生问题/难题的时间和地点。本文描述的流体网络可以包括流体分配、处理和/或收集网络，诸如例如水管道分配网络、水处理系统、下水道系统、诸如河流和支流的天然水道、气体线路分配网络(例如，甲烷或丙烷)、油管道分配网络等。本文描述的方法和系统可以解决流体网络中难以检测的问题，其中可能无法找到缓慢泄漏、运输基础设施腐蚀或污染问题，直到其对基础设施、水质或健康产生重大影响。图1示出了监测流体网络中的感兴趣的异常的方法100的流程图。在110处，为流体网络提供一个或多个传感器。传感器可以是能够收集与流体网络的一个或多个参数有关的数据的任何类型的传感器，该参数诸如例如是消毒剂浓度、污染物浓度、流体压力、流体流速、温度、电导率、过滤器的使用或预测的寿命终止等。示例性传感器包括来自加拿大金斯敦的EndetecVeolia的KAPTATM3000-AC4。传感器可以位于流体网络内的各个位置处。例如，可以将传感器提供给商业水过滤器、住宅区(例如，冰箱)、公共场所(例如，水喷泉)等。本公开提供了关于如何确定流体网络中的最佳传感器放置的方法以及如何基于对流体网络建模来确定流体网络中传感器覆盖的方法，该方法将在下面进一步描述。然后方法100前进至120。在120处，处理器指示传感器收集数据。处理器可以位于流体网络外的远程计算机(例如，服务器或云)中。在一些实施方案中，可以为分布在流体网络中的过滤器提供传感器，并且由传感器收集的数据可以指示相应过滤器的状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种最佳地确定流体网络中的传感器或基础设施放置的方法，所述方法包括：创建所述流体网络的模型，其中所述模型包括i)表示设置在所述流体网络中的流体基础设施的多个有向连接节点，以及ii)定位在所述流体网络中的一个或多个所选位置处的一个或多个传感器；将所述模型表示为与处理器相关联的矩阵数据结构，其中所述处理器设置在所述流体网络外部；经由所述处理器分析所述矩阵以评估所述模型的每个节点是否满足一个或多个可定位性标准，其中分析所述矩阵包括解释和执行与所述处理器相关的多个指令；以及基于分析所述矩阵的结果来确定所述流体网络中的所述传感器或基础设施放置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.31 US 62/381,8541.一种最佳地确定流体网络中的传感器或基础设施放置的方法，所述方法包括：创建所述流体网络的模型，其中所述模型包括i)表示设置在所述流体网络中的流体基础设施的多个有向连接节点，以及ii)定位在所述流体网络中的一个或多个所选位置处的一个或多个传感器；将所述模型表示为与处理器相关联的矩阵数据结构，其中所述处理器设置在所述流体网络外部；经由所述处理器分析所述矩阵以评估所述模型的每个节点是否满足一个或多个可定位性标准，其中分析所述矩阵包括解释和执行与所述处理器相关的多个指令；以及基于分析所述矩阵的结果来确定所述流体网络中的所述传感器或基础设施放置。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型包括一个或多个有向无环图(DAG)，并且所述矩阵包括可达性矩阵。3.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述矩阵包括动态编程，所述动态编程包括从所述矩阵中的最低级别开始的自下而上的方法。4.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述模型的每个节点是否满足一个或多个可定位性标准，所述一个或多个可定位性标准包括对于给定节点，评估在所述给定节点下游是否设置了具有相对于所述给定节点不共享任何d分离器的相应路径的至少两个传感器。5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述传感器或基础设施放置包括当给定节点不满足所述可定位性标准时，向所述给定节点提供传感器，并且当所述给定节点满足所述可定位性标准时，不向所述给定节点提供传感器。6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述传感器或基础设施放置包括确定用于覆盖所述整个流体网络的传感器的最小数量。7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述传感器或基础设施放置包括将所述流体网络的复杂性指数确定为所需传感器的所述最小数量与所述节点数量的所述比率。8.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹尼弗·F·舒马赫，萨贝·塔格瓦伊扬，罗纳德·D·耶西，安德鲁·P·博尼法斯，尼古拉斯·G·阿梅尔，布洛克·A·哈勃，古尔尚·戈尔纳瑞，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US