一种基于层次聚类的供水管网分区方法技术

本发明专利技术提供一种基于层次聚类的供水管网分区方法，包括：根据管网的拓扑结构构建无向图，并对所述无向图进行连通性分析和简单图分析，选择最大连通子图并去除重边，生成处理后的管网数据；基于所述处理后的管网数据，构建对偶图；并计算管线的差异性值，将对应的差异性值作为对偶图边权重；获取社区差异性公式，构建基于所述对偶图的相邻节点层次聚类模型，以对管网进行分区。该方法通过构建原始管网的对偶图，以边作为层次聚类的最小元素，建立相邻边差异性公式，相邻社区差异性公式并进行聚合，得到了具有规模相似，形状合理，边界合理的供水管网社区结构，为供水管网分区提供了新的思路，对于分区规划具有很大的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于层次聚类的供水管网分区方法
本专利技术涉及供水管网领域，更具体地，涉及一种基于层次聚类的供水管网分区方法。
技术介绍
随着经济和城市化建设的快速发展，我国新建和改扩了许多供水管网，同时也更换了大量的供水管道，以满足城市建设和经济发展的需求。2014年至2016年，全国的供水总量在逐年增加，供水管网的漏损率却保持在15％以上，始终高于规定的“城市供水企业管网基本漏损率不应大于12％”这个标准。采用科学的方法对供水系统进行优化分区以降低供水管网的漏损现状，是缓解我国水资源缺乏，保证我国社会和经济可持续发展的重要科学技术路线，具有重要的科学研究意义和经济价值。现有技术中，有关供水管网分区方法的研究有限，分区理论较为单一。国内的绝大部分实例管网均依赖经验方法制定分区方案：依据经验原则大体划分，按一定步骤，结合供水管网模型进行人工划定分区边界，确定区域间连接管道的开闭状态，然后用水力模型进行检验。这种方法缺乏理论依据，随机性强，对管网拓扑结构的梳理不够。有些学者采用基于复杂图论社区发现算法的管网分区方法，这类方法一定程度上能利用管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于层次聚类的供水管网分区方法，其特征在于，包括：/nS1、根据管网的拓扑结构构建无向图，并对所述无向图进行连通性分析和简单图分析，选择最大连通子图并去除重边，生成处理后的管网数据；/nS2、基于所述处理后的管网数据，构建对偶图；并计算管线的差异性值，将对应的差异性值作为对偶图边权重；/nS3、获取社区差异性公式，构建基于所述对偶图的相邻节点层次聚类模型，以对管网进行分区。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于层次聚类的供水管网分区方法，其特征在于，包括：
S1、根据管网的拓扑结构构建无向图，并对所述无向图进行连通性分析和简单图分析，选择最大连通子图并去除重边，生成处理后的管网数据；
S2、基于所述处理后的管网数据，构建对偶图；并计算管线的差异性值，将对应的差异性值作为对偶图边权重；
S3、获取社区差异性公式，构建基于所述对偶图的相邻节点层次聚类模型，以对管网进行分区。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括：
S11、以管网节点作为点，以管线作为边，构建无向图；
S12、图连通性分析，具体包括：运用深度优先搜索遍历无向图，通过额外设置计数器count统计出图的连通分量，其中，每调用一次计数器count增1；当遍历完无向图时，若count＝1，则所述无向图为连通图；若count>1，则所述无向图为非连通图；count的值为图的连通分量数；若判断获知无向图为非连通图，则求取无向图的所有连通子图，选择其中边数最多的子图为处理后的图数据；
S13、对所述处理后的图数据进行简单图分析，若判断获知无向图为非简单图，则删除原始数据中的重边。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S11中，设G＝(V，E)是无向图，其中V＝{v1,v2,…,vN}为点集，vi∈V,i＝1,2,..,N为管网节点，E＝{e1,e2,…,eM}为边集，ej∈E,j＝1,2,..,M为管线，另外ej＝(vj1,vj2)；点vi具有节点高程vi(high)的属性，边ej具有管径ej(diameter)，管材ej(Material)的属性。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2包括：
S21、以所述无向图中边为对偶图节点，边之间公共点为对偶图边，建立对偶图；
S22、定义该对偶图上的边权重为相邻管线的差异性，并获取管线差异性公式。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S21中，设对偶图为G′＝(V′,E′)，其中V′＝{e1,e2,…,eM},其中ej∈E,j＝1,2,..,M为管线，E′＝{e′1,e′2,…,e′K},其中e′k＝(ek1,ek2),ek1∪ek2＝{vk0,vk1,vk2},k＝1,2,…,K；G′＝(V′,E′)表示无向图G＝(V，E)的对偶图；V’为对偶图节点集合；E’为对偶图边集合；e′k为对偶图边；ek1与ek2为具有公共节点的相邻管线，且公共节点为vk0，非公共节点为vk1,vk2。


6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S22中，管线差异性公式为：
e′k(distance)＝degree(k)+rangeDia(k)+IsMaterialDif...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓丽，李宗祥，李乐飞，姚丹，田楠，
申请(专利权)人：武汉众智鸿图科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42