一种管网分区关键管线的自动提取方法技术

本发明专利技术提供了一种管网分区关键管线的自动提取方法，包括以下五个步骤：构建城市供水管网水力模型；构建管道故障模型；提出管道影响度指标；以不同颜色来区分管道的影响度大小，直观展现管网中重要管线；导出各管道影响度值，自动提取关键管线；提出的管道影响度指标可以直观的分析出管网中供水保障程度较低的区域，为自动提取管网分区中关键安全管线和提升管网中供水保障水平提供了理论依据；根据管线影响度值的大小找出关键安全管线，获取管线基本数据，实现自动化分析，不需要人工干预即可得到提取所需要的管线，利于水务人员快速准确识别出关键管线，从而对管网管道进行有效的日常维护和管理，摆脱了依靠人工经验评估。

【技术实现步骤摘要】
一种管网分区关键管线的自动提取方法
本专利技术涉及供水管网关键安全管线判别
，尤其是一种管网分区关键管线的自动提取方法。
技术介绍
城市供水管网系统是现代城市兴盛和繁荣的基石，是各行各业持续健康发展的重要保障。供水管网是城市的生命线，对于提高市民生活质量以及城市生态环境保护有重要意义。供水管网是由若干根管道组成的复杂网络系统，管道数目少则数十，多则上万。大型管网在日常维护过程中，对每一根管道都进行巡检和监测是不切实际的，工程人员常常关心的是哪些管道的重要程度较高或是事故后造成的损失更大，进而可以针对性的对重要管道进行监测和维护。单凭经验或直观感觉来确定哪些管道是重要管道显然是不够的，如果能够借助管网模型的模拟计算，定义相应的指标来识别整个管网或某个区域内重要性较高的管道，对于保障管网供水安全和指导运行维护决策具有重要意义。
技术实现思路
为了解决上述的问题，本专利技术提供了一种管网分区关键管线的自动提取方法。为了实现以上目的，本专利技术是通过如下技术方案来实现：一种管网分区关键管线的自动提取方法，包括：步骤一：构建城市供水管网水力模型，读取城市供水管网的基本信息；步骤二：基于所述供水管网水力模型，构建管道故障模型，用于估计管道的故障率，评估事故工况下节点的用水需求满足情况；步骤三：根据管道失效后对节点用水需求的影响程度，提出管道影响度指标，评估管道重要性；步骤四：以不同颜色来区分管道的影响度大小，直观展现管网中重要管线；步骤五：导出各管道影响度值，自动提取关键管线。进一步的，步骤一中所述基本信息包括管道信息、节点信息、水库信息、水泵信息；以此所述基本信息代入所述供水管网水力模型，实现在实际工况下进行水力模拟，进行供水管网的水力平差计算，评估某一根管线失效后影响供水范围的大小。更进一步的，所述管道信息包括管段ID、管长、管径、糙率、管道总数、管材、初始状态；所述节点信息包括节点ID、节点高程、基本需求水量、节点总数；所述管道信息和所述节点信息越详细就越准确评估某一根管线失效后影响供水范围的大小。进一步的，所述城市供水管网水力模型的基本约束条件为管网节点流量连续性方程和管段能量守恒方程。更进一步的，所述管网节点的流量连续性方程遵循质量守恒定律，所述管段能量守恒方程遵循能量守恒定律。更进一步的，所述管网节点流量连续性方程和所述管段能量守恒方程联立构成所述城市供水管网水力模型的恒定流基本方程组，即：其中，N为管网中的节点总数；Mj为节点j的关联集，即与节点j直接相连的节点的集合；i为节点j关联集中的节点。进一步的，步骤二中所述管道的故障率的计算公式为：其中，λ(A)为管道故障率，A为管龄，D为管径。进一步的，步骤三中所述管道影响度的定义公式为：其中，Ei为管道i的影响度，Qj,i为管道i失效后节点j的实际可用流量，为节点j的需水量，M为管网区域内的节点总数；当供水管网发生爆管、泄漏等事故或管理人员对管道进行检查、维护时，通常需要关闭管道两端的阀门将其隔离，然后进行检修，此时管道处于失效状态。管道失效可能导致管网多个节点供水量不足或水压过低，影响附近用户的正常用水，影响程度越大，说明管道的重要程度越高。更进一步的，单位所述管道i的影响度的计算公式为：其中，ei为单位管道i的影响度，li为管道i的长度；管道长度会影响管道影响度指标的计算结果，计算单位所述管道i的影响度更加客观的评估管道影响度。本专利技术的有益效果是：提出的管道影响度指标可以直观的分析出管网中供水保障程度较低的区域，为自动提取管网分区中关键安全管线和提升管网中供水保障水平提供了理论依据；而且从软件中导出管线影响度值，根据管线影响度值的大小找出关键安全管线，获取管线基本数据，实现自动化分析，不需要人工干预即可得到提取所需要的管线，利于水务人员快速准确识别出关键管线，从而对管网管道进行有效的日常维护和管理，摆脱了依靠人工经验评估。附图说明图1为本专利技术的运行流程图；图2为本专利技术中管道影响度的评估图；图中：1、注水站；2、节点；3、管线。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术做详细描述：如图1、2所示，步骤一：构建城市供水管网水力模型；使用管网水力软件来建立城市供水管网水力模型，模型读取当前供水管网的基本信息，进行供水管网水力模拟过程。建立模型过程中，需要输入管道信息(管段ID、管长、管径、糙率、管道总数、管材、初始状态)、节点信息(节点ID、节点高程、基本需求水量、节点总数)、水库信息、水泵信息等基本信息，利用软件进行供水管网水力平差计算，得到供水管网实际需水量及节点压力等数据并了解其分布情况。模拟过程结束后，进入下一步操作；本步骤中，因为管网中水流的运动规律同样以质量守恒定律和能量守恒定律来进行定量描述。其中，节点的流量方程需要遵循质量守恒定律，而管道内水流的能量消耗和传递规律需要满足能量守恒定律。将节点流量连续性方程和管段能量方程联立，便构成了管网水力模型的恒定流基本方程组。即：其中，N为管网中的节点总数；Mj为节点j的关联集，即与节点j直接相连的节点的集合；i为节点j关联集中的节点。步骤二：构建管道故障模型；由于供水管道深埋地下，运行环境较为复杂，直接对管道运行状态进行评估不太容易，采用管道故障模型来估计管道的故障率。计算故障率公式如下：其中,λ(A)为管道故障率(次数/公里/年)；A为管龄(年)；D为管径(毫米)；步骤三：管道影响度评估；管道的影响度可根据管道失效后对节点用水需求的影响程度来定义。当供水管网发生爆管、泄漏等事故或管理人员对管道进行检查、维护时，通常需要关闭管道两端的阀门将其隔离，然后进行检修，此时管道处于失效状态。管道失效可能导致管网多个节点供水量不足或水压过低，影响附近用户的正常用水，影响程度越大，说明管道的重要程度越高。管道的影响度定义如下：其中，Ei为管道i的影响度；Qj,i为管道i失效后节点j的实际可用流量；为节点j的需水量；M为管网区域内的节点总数；管道长度会影响管道影响度指标的计算结果，为了更加客观的评估管道影响度，进一步计算单位管长的影响度为：其中，Ei为管道i的影响度；li为管道i的长度(km)；根据单位管长影响度指标，可以定量评价管道故障对整个管网或某一区域的影响程度。对于具体的工程，可规定一个管道影响度的上限值，要求重要管道的影响度应该低于该上限值，若有重要管道的影响度指标大于上限值时，应采取必要的措施，如增设并行管道等，在运行维护过程中，还要对重要管道加强监测与管理，从而降低管道失效后的负面影响，提高管道的供水可靠性。管道影响度越大，管道重要程度越高，失效后影响供水范围越大；管道影响度越小，管道重要程度越低，失效后影响供水范围越小。步骤四：软件模拟计算完成后，以不同颜色来区分管道的影响度大小，直观展现管网中重要管线；步骤五：导出软件中管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管网分区关键管线的自动提取方法，其特征在于，包括：/n步骤一：构建城市供水管网水力模型，读取城市供水管网的基本信息；/n步骤二：基于所述供水管网水力模型，构建管道故障模型，用于估计管道的故障率，评估事故工况下节点的用水需求满足情况；/n步骤三：根据管道失效后对节点用水需求的影响程度，提出管道影响度指标，评估管道重要性；/n步骤四：以不同颜色来区分管道的影响度大小，直观展现管网中重要管线；/n步骤五：导出各管道影响度值，自动提取关键管线。/n

【技术特征摘要】
1.一种管网分区关键管线的自动提取方法，其特征在于，包括：
步骤一：构建城市供水管网水力模型，读取城市供水管网的基本信息；
步骤二：基于所述供水管网水力模型，构建管道故障模型，用于估计管道的故障率，评估事故工况下节点的用水需求满足情况；
步骤三：根据管道失效后对节点用水需求的影响程度，提出管道影响度指标，评估管道重要性；
步骤四：以不同颜色来区分管道的影响度大小，直观展现管网中重要管线；
步骤五：导出各管道影响度值，自动提取关键管线。


2.根据权利要求1所述的管网分区关键管线的自动提取方法，其特征在于，步骤一中所述基本信息包括管道信息、节点信息、水库信息、水泵信息。


3.根据权利要求2所述的管网分区关键管线的自动提取方法，其特征在于，所述管道信息包括管段ID、管长、管径、糙率、管道总数、管材、初始状态；所述节点信息包括节点ID、节点高程、基本需求水量、节点总数。


4.根据权利要求1所述的管网分区关键管线的自动提取方法，其特征在于，所述城市供水管网水力模型的基本约束条件为管网节点流量连续性方程和管段能量守恒方程。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙志宏，程伟平，朱子朋，周毓，
申请(专利权)人：广州市自来水有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44