【技术实现步骤摘要】
一种基于供水物联网数据同化的污水管网实时模拟方法
本专利技术属于市政工程城市供排水管网领域，具体涉及基于供水物联网数据同化的污水管网实时模拟技术。
技术介绍
城市污水管网的安全运行直接影响到城市水环境、水安全以及人民的身体健康。近些年，随着城市人口数量的快速增长，污水管网规模不断扩大，拓扑结构变得更加复杂，而且系统老化更加严重，这给污水管网的运行和管理带来了极大的困难。城市污水管网目前容易产生的问题主要包括管网沉积、废水偷排、管道泄漏、雨污管错接和污水溢流等，这些问题已严重威胁城市水环境，也是产生城市黑臭水体的根本原因。在现有技术中，解决这些问题的直接方法是在污水管网内布置传感器，实时监测管道水深及流量信息，以实现异常事件的预报预警与定位。然而，由于污水传感器购买和维护成本极高，管网中布置的传感器数量通常非常有限，只能对监测点周围小片区域进行异常事件的(如溢出或泄露)报警。此外，监测点的异常观测结果也可能是由于用户用水量突然增加造成，因此不考虑用水量的变化的监测点数据分析方法易导致很高的误报率。更重要的是，仅仅依靠来...
【技术保护点】
1.一种基于供水物联网数据驱动的污水管网实时模拟方法，其特征在于，步骤如下：/n过程1：离线模块，包括S1、S2和S3三个阶段，离线模块的执行频率和次数根据实际需要确定，/nS1:按步骤S11-S12集成污水管网与供水管网水力模型，/nS11:基于地理信息系统GIS提供的供水管道、水库、泵站、污水管道、检查井等模型组件的参数信息，建立污水管网和供水管网水力模型(图1)，/nS12:基于GIS自带的空间分析功能，建立供水管网模型节点与污水管网模型检查井之间的映射关系，实现模型中每个供水节点的排水进入与之空间距离最近的污水检查井(图2)；/nS2:按步骤S21-S27校正供水管...
【技术特征摘要】
1.一种基于供水物联网数据驱动的污水管网实时模拟方法，其特征在于，步骤如下：
过程1：离线模块，包括S1、S2和S3三个阶段，离线模块的执行频率和次数根据实际需要确定，
S1:按步骤S11-S12集成污水管网与供水管网水力模型，
S11:基于地理信息系统GIS提供的供水管道、水库、泵站、污水管道、检查井等模型组件的参数信息，建立污水管网和供水管网水力模型(图1)，
S12:基于GIS自带的空间分析功能，建立供水管网模型节点与污水管网模型检查井之间的映射关系，实现模型中每个供水节点的排水进入与之空间距离最近的污水检查井(图2)；
S2:按步骤S21-S27校正供水管网水力模型每个节点的历史用水量，
S21:设置所需的相关参数：供水管网中所有压力监测点和流量监测点在历史某时刻t的观测值Ho、Qo；误差阈值ε；最大迭代次数S和节点用水量调整范围p，
S22:初始化每个节点在在历史某时刻t的用水量：对于一个给定节点数量为Nx的供水管网，其中Ny个节点安装了智能水表(y＜x)，首先将Ny个单独计量的用水量分配至相应的节点，剩余水量根据每个节点与相邻节点连接的管道长度按比例分配至其余Nx-Ny个节点，具体公式如下：
式中，为按管道长度比例分配的节点r在历史某时刻t初始化后的节点用水量，lr为与节点r相连接的管道总长度，LT为供水管网管道总长度，LM为智能水表节点连接的管道总长度；QT为供水管网总供水量；QM为智能水表在历史t时刻的总水量，
管网中共有Nx个节点，其中有一部分节点(数量为Ny)处装有智能水表，在历史t时刻的用水量根据智能水表直接获取，另外一部分节点(Nx-Ny)未装有智能水表在历史t时刻t的用水量未知，这些节点(Nx-Ny)在历史t时刻的用水量根据公式1-1计算得出，供水管网中历史t时刻所有节点的总初始用水量等于历史t时刻每个节点(总共Nx个节点)初始用水量之和，
S23:计算历史t时刻压力和流量监测点的观测值与模拟值残差：运行供水管网水力模拟，计算第s次迭代时(s＝1,2,...,S)，其中，
压力监测的点观测值与模拟值残差为：
流量监测点的观测值与模拟值残差为：
式中，NH和NQ分别为压力和流量监测点的数量，和Hu(q)s分别为压力监测点u的观测值和在第s次迭代时的模拟值(u＝1,2,...,NH)，和Qv(q)s分别为供水管网流量监测点v的观测值和在第s次迭代时的模拟值(v＝1,2,...,NH)，T表示向量的转置，为所有节点在第s次迭代时历史t时刻的节点用水量向量；
S24:计算历史t时刻节点用水量调整值，具体公式如下：
式中，JH和JQ分别为第s次迭代时的供水管网雅克比矩阵；其中，和分别表示压力监测点u和流量监测点v的权重系数；为权重系...
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