一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法技术

本发明专利技术提出了一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法，包括步骤一、设供水管网模型共有N个节点，计算每个节点由每个水厂供水的隶属度和每个节点自由压力特征的隶属度；步骤二、根据水厂隶属度和自由压力隶属度基于模糊集的论域构造数据矩阵，并对数据进行规格化处理，将数据压缩到区间[0,1]上；步骤三、根据步骤二得到的结果建立模糊相似矩阵，并确定模糊相似矩阵中的每个元素；步骤四、采用直接聚类法，根据城市供水管网压力监测点的选择原则，依据模糊相似矩阵直接获得依赖于给定阈值的动态聚类图。本发明专利技术方法计算量小，基于F统计量的评价方法证明，本发明专利技术方法确实可行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法
本专利技术属于压力监测点选址
，特别是涉及一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法。
技术介绍
当城市供水管网模型化之后，即可对供水管网模型进行水力计算求解，并利用求解后的结果进行水力工况分析。水力工况分析包括多种分析形式，在城市供水管网系统中，节点压力是整个管网中最重要的水力特征之一，也是工况分析中经常需要考虑的指标，它是供水管网爆管分析与预测、管网安全状态评估等应用中的分析依据。目前对于监测点选址方法大多利用二次方法求其传递闭包，即t(R)＝R*。然后针对传递闭包，选择不同的阈值形成动态聚类图。在这种方法中需要计算传递闭包，由于一般的供水管网系统中节点数目较大，因此求解传递闭包将带来大量的矩阵运算。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的技术问题，提出一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法，包括以下步骤：步骤一、设供水管网模型共有N个节点，计算每个节点由每个水厂供水的隶属度和每个节点自由压力特征的隶属度；步骤二、根据水厂隶属度和自由压力隶属度基于模糊集的论域构造数据矩阵，并对数据进行规格化处理，将数据压缩到区间[0,1]上；步骤三、根据步骤二得到的结果建立模糊相似矩阵，并确定模糊相似矩阵中的每个元素；步骤四、采用直接聚类法，根据城市供水管网压力监测点的选择原则，依据模糊相似矩阵直接获得依赖于给定阈值的动态聚类图。进一步地，节点编号为Ji，通过全供水路由，可分别求得三个水厂A、B和C对节点Ji的供水量，设每个节点Ji在时刻Tk“隶属于”每个水厂的水量为其中R＝A,B,C，k＝1,2,…,24,1≤i≤N；据此，对24个时刻进行统计，并计算每个节点由每个水厂供水的隶属度为：通过供水管网水力计算，设每个节点在时段k的计算压力值为在给定每个节点的基本服务压力的情况下，求得每个水厂在任一时刻下的自由服务压力值设供水管网中所有节点的最大最小自由服务压力值分别为和则利用最大最小线性归一化对所有节点在24个时段的自由服务压力进行整理得到：据此，对24个时刻进行统计，并计算每个节点自由压力特征的隶属度为：进一步地，所述步骤二具体为：模糊集的论域U＝{J1,J2,…,JN}为用于分类的节点，每个节点有m个指标表示其性状，所述m＝4，即Ji＝{xiA,xiB,xiC,xiF}，其中xiA,xiB,xiC分别表示节点Ji隶属于水厂A,B,C的特征，xiF为节点的自由压力特征，于是，得到原始数据矩阵为其中xnm表示第n个分类节点的第m个指标的原始数据；对数据进行规格化处理，将数据压缩到区间[0,1]上，数据规格化采用下列极差规格化公式进行计算：有0≤x′ik≤1，从而消除了量纲的影响。进一步地，Ji与Jj的相似程度rij＝R(Ji,Jj)，1≤i≤N，1≤j≤N，则模糊相似矩阵为RN×N＝(rij)N×N，为了确定rij，选择最大最小贴近法获得模糊相似矩阵中的每个元素，计算公式如下：进一步地，所述步骤四具体为：假设城市按照标准应该设置的压力监测点总数为C个；设城市供水管网中在线压力监测点形成的集合为P，根据城市供水管网压力监测点的选择原则，将集合P分成如下子集：PExist：既有压力监测点所在节点形成的集合；PUser：拟安装压力监测点的大用水户所在节点形成的集合；PCross：拟安装压力监测点的大管段交叉处所在节点形成的集合；PPreserv：管网发展过程中某些区域预留的拟安装压力监测点形成的集合；PLower：供水管网中低压区范围内拟安装压力监测点的节点所形成的集合；PControl：供水管网中的最不利节点和控制节点所形成的集合；PBound：多水源供水分界线范围内拟安装压力监测点的节点所形成的集合；集合PExist是已知的，集合PUser、PCross、PPreserv都是事先由供水公司根据需要确定的，利用直接聚类法构造动态聚类图确定集合PLower、PControl和PBound中分别包含的压力监测点的数量和每个拟安装压力监测点的位置。进一步地，所述利用直接聚类法构造动态聚类图确定集合PLower、PControl和PBound中分别包含的压力监测点的数量和每个拟安装压力监测点的位置具体为：对于集合PBound，利用直接聚类法构造动态聚类图具体步骤为：①取λ1＝1，此值为最大值，对每个xi作相似类[xi]R，且[xi]R＝{xj|rij＝1}，即将满足rij＝1的xi与xj放在一类，构成相似类；不同的相似类有公共元素，则有：此时只要将有公共元素的相似类合并，即可得λ1＝1水平上的等价分类；②取λ2为次大值，从模糊相似矩阵中直接找出相似度为λ2的元素对(xi,xj)，即rij＝λ2，将对应于λ1＝1的等价分类中xi所在的类与xj所在的类合并，将所有的对应情况合并后，即得到对应于λ2的等价分类；③取λ3为第三大值，从模糊相似矩阵中直接找出相似度为λ3的元素对(xi,xj)，即rij＝λ3，将对应于λ2的等价分类中xi所在的类与xj所在的类合并，将所有的对应情况合并后，即得到对应于λ3的等价分类；④选择合适的λ使得分组个数大于预设压力监测点个数C，此时，将N个节点分成了若干组；考虑集合PExist、PUser、PCross和PPreserv，对聚类分组后的每组分别采用下列原则进一步确定压力监测点位置和最终的数量：1)在一组中存在1个或多个节点属于集合PExist、PUser、PCross和PPreserv时，保留原有压力监测点为集合PBound中压力监测点；2)当一组中不存在任何节点属于集合PExist、PUser、PCross和PPreserv时，可按照欧氏距离，求得在该组内与其余节点平均欧氏距离最小的节点作为候选压力监测点；3)若只有2个节点且都不在PExist、PUser、PCross和PPreserv中，则选择两个节点中24时段平均压力最小的节点作为集合PBound中压力监测点；对于集合PLower和PControl，利用直接聚类法构造动态聚类图的具体步骤与集合PBound相同。附图说明图1为基于逆向DFS遍历和供水量配比的全供水路径生成算法流程图；图2为某节点的全供水路径示意图；图3为全供水区域示意图；图4为一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法流程图；图5为MAS市供水管网拓扑结构图；图6为既有压力监测点上新增压力监测点选址示意图；图7为无压力监测点情况下新增选址示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。城市供水管网节点压力工况分析在供水管网节点压力分析过程中，等值线分析是常用的手段之一，基于等值线，可以实现对供水管网中所有节点的压力进行科学可视化，从而更好地描述管网中的供水压力分布情况。根据供水管网水力计算的结果，可以获得管网中所有节点的供水压力，利用等值线分析技术可获得管网节点压力的等值线图。当获得等值线描述后，可以利用计算机图形学的区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设供水管网模型共有N个节点，计算每个节点由每个水厂供水的隶属度和每个节点自由压力特征的隶属度；步骤二、根据水厂隶属度和自由压力隶属度基于模糊集的论域构造数据矩阵，并对数据进行规格化处理，将数据压缩到区间[0,1]上；步骤三、根据步骤二得到的结果建立模糊相似矩阵，并确定模糊相似矩阵中的每个元素；步骤四、采用直接聚类法，根据城市供水管网压力监测点的选择原则，依据模糊相似矩阵直接获得依赖于给定阈值的动态聚类图。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊集的供水管网压力监测点选址方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设供水管网模型共有N个节点，计算每个节点由每个水厂供水的隶属度和每个节点自由压力特征的隶属度；步骤二、根据水厂隶属度和自由压力隶属度基于模糊集的论域构造数据矩阵，并对数据进行规格化处理，将数据压缩到区间[0,1]上；步骤三、根据步骤二得到的结果建立模糊相似矩阵，并确定模糊相似矩阵中的每个元素；步骤四、采用直接聚类法，根据城市供水管网压力监测点的选择原则，依据模糊相似矩阵直接获得依赖于给定阈值的动态聚类图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：节点编号为Ji，通过全供水路由，可分别求得三个水厂A、B和C对节点Ji的供水量，设每个节点Ji在时刻Tk“隶属于”每个水厂的水量为其中R＝A,B,C，k＝1,2,…,24,1≤i≤N；据此，对24个时刻进行统计，并计算每个节点由每个水厂供水的隶属度为：通过供水管网水力计算，设每个节点在时段k的计算压力值为在给定每个节点的基本服务压力的情况下，求得每个水厂在任一时刻下的自由服务压力值设供水管网中所有节点的最大最小自由服务压力值分别为和则利用最大最小线性归一化对所有节点在24个时段的自由服务压力进行整理得到：据此，对24个时刻进行统计，并计算每个节点自由压力特征的隶属度为：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二具体为：模糊集的论域U＝{J1,J2,…,JN}为用于分类的节点，每个节点有m个指标表示其性状，所述m＝4，即Ji＝{xiA,xiB,xiC,xiF}，其中xiA,xiB,xiC分别表示节点Ji隶属于水厂A,B,C的特征，xiF为节点的自由压力特征，于是，得到原始数据矩阵为其中xnm表示第n个分类节点的第m个指标的原始数据；对数据进行规格化处理，将数据压缩到区间[0,1]上，数据规格化采用下列极差规格化公式进行计算：有0≤x′ik≤1，从而消除了量纲的影响。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：Ji与Jj的相似程度rij＝R(Ji,Jj)，1≤i≤N，1≤j≤N，则模糊相似矩阵为RN×N＝(rij)N×N，为了确定rij，选择最大最小贴近法获得模糊相似矩阵中的每个元素，计算公式如下：5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤四具体为：假设城市按照标准应该设置的压力监测点总数为C个；设城市供水管网中在线压力监测点形成的集合为P，根据城市供水管网压力监测点的选择原则，将集合P分成如下子集：PExist：既有压力监测点所在节点形成的集合；PUser：拟安装压力监测点的大用水户所在节点形成的集合；PCross：拟安装压力监测点的大管段交叉处所在节点形成的集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翠娜，石振锋，姜旭，
申请(专利权)人：哈尔滨学院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23