基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法及系统技术方案

本申请提供一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法及系统，本申请利用分布式节点解决多个供水主体联合调度全流程中数据不流通，数据孤岛的现象。通过CA认证环节为各个节点颁发数字证书及配置用于加密数据的公私钥，提高了联盟链的安全性。采用多层共识机制，第一层共识通过将区块链技术中DPOS共识算法与实际生产环境深度融合，能够快速进行响应，节省算力。第二层共识通过POW共识算法由参与区块链的全部节点共识，将区块链网络中需要求解的难题转化为一个灵活可调节、与生产实际密切相关的有价值的数学问题，合理利用各节点的计算开销。通过所有节点共同计算求解，得到满足供水需求的调度参数，降低综合能耗。降低综合能耗。降低综合能耗。

【技术实现步骤摘要】
基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法及系统


[0001]本专利技术涉及供水智能调度
，尤其涉及一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法及系统。

技术介绍

[0002]城市供水系统要持续不断地向城市供应数量充足、质量合格的水，以满足城市居民的日常生活、生产、消防、绿化和环境卫生等方面的需要。城镇供水系统可以按照水库差异分为两大类。第一类，不包含蓄水系统的城镇供水系统。第二类，包含蓄水系统的城镇供水系统。不包含蓄水系统的城镇供水系统隶属静态优化调度问题，该系统的研究已经十分深入，有较多十分成熟的理论成果。而包含蓄水系统的城镇供水系统，由于蓄水系统的液位变化，该系统属于大规模非线性的动态优化问题，针对该类系统的节能优化调度方面的相关成熟技术成果较少，且大部分基于水平衡原理。
[0003]传统的供水调度员不仅要考虑管网服务压力，还要考虑泵站整体运行能耗，当前的监测数据有机泵进出压力、泵站进出站压力、泵站流量等等，调度员难以根据人工经验合理调配机泵设备，且供水关系民生，需要保证供水体系的稳定，不允许出现较大误差。因此，多数供水企业仍然采取高能耗的运行方式，确保供水体系能够安全、平稳的运行。
[0004]为了解决上述问题，有些供水机构通过时间序列数据和多任务预测模型实现水位的预测，直接采用实时水位，然而，该种方法中，没有考虑一定时间间隔内的进出水流量，影响水位的关键指标没有被有效利用。没有考虑到水泵等关键设备所消耗的电耗，浪费了清水池的调蓄作用和水泵组合的运行特性。没有得到不同季节不同时间段的高效合理液位区间，无法为自动调度提供决策依据，水位的调节仍然要依赖人工判断。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法及系统，在满足供水需求的前提下降低综合能耗问题。
[0006]第一方面，本申请提供了一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法，应用于由多个分水厂节点、总控中心节点、参数能耗节点构成的区块链网络，所述区块链网络中包括至少一个委托权益节点，所述方法包括：总控中心节点将供水需求信息上链存储，所述供水需求信息为当前季节、时间段、区域信息和供水要求所对应的供水需求；分水厂节点获取存储在区块链上的供水需求信息，并将所述供水需求信息对应的参数解区间上链存储，所述参数解区间为分水厂节点可供调度的设备信息和各设备当前参数信息；委托权益节点获取存储在区块链上的供水需求信息和各分水厂的参数解区间后触发DPOS共识机制，通过DPOS共识机制生成调度方案类型对应的选择结果，并根据选择结果确定调度方案类型上链存储，所述调度方案类型包括静态方案和动态方案；
参数能耗节点获取区块链上的调度方案类型，根据所述调度方案类型将存储在区块链上的供水需求信息和各分水厂的参数解区间转化为粒子群算法问题，所述粒子群算法问题上链存储后触发POW共识机制；区块链上所有节点分别获取存储在区块链上的粒子群算法问题，通过POW共识机制利用各自算力对所述粒子群算法问题求解，得到求解结果上链存储；参数能耗节点获取存储在区块链上的求解结果，根据调度方案类型对求解结果进行分析，确定调度参数，所述调度参数为参数值或参数空间；参数能耗节点向所有节点发送共识请求，所述共识请求包括求解结果的分析过程和调度参数，并根据所有节点反馈的与所述共识请求对应的共识结果，判断是否通过共识，若通过共识则将所述调度参数上链存储。
[0007]第二方面，本申请提供了一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解系统，所述系统由多个分水厂节点、CA认证节点、总控中心节点以及参数能耗节点构成，所述系统中包括至少一个委托权益节点，所述系统被配置为执行下列方法：总控中心节点将供水需求信息上链存储，所述供水需求信息为当前季节、时间段、区域信息和供水要求所对应的供水需求；分水厂节点获取存储在区块链上的供水需求信息，并将所述供水需求信息对应的参数解区间上链存储，所述参数解区间为分水厂节点可供调度的设备信息和各设备当前参数信息；委托权益节点获取存储在区块链上的供水需求信息和各分水厂的参数解区间后触发DPOS共识机制，通过DPOS共识机制生成调度方案类型对应的选择结果，并根据选择结果确定调度方案类型上链存储，所述调度方案类型包括静态方案和动态方案；参数能耗节点获取区块链上的调度方案类型，根据所述调度方案类型将存储在区块链上的供水需求信息和各分水厂的参数解区间转化为粒子群算法问题，所述粒子群算法问题上链存储后触发POW共识机制；区块链上所有节点分别获取存储在区块链上的粒子群算法问题，通过POW共识机制利用各自算力对所述粒子群算法问题求解，得到求解结果上链存储；参数能耗节点获取存储在区块链上的求解结果，根据调度方案类型对求解结果进行分析，确定调度参数，所述调度参数为参数值或参数空间；参数能耗节点向所有节点发送共识请求，所述共识请求包括求解结果的分析过程和调度参数，并根据所有节点反馈的与所述共识请求对应的共识结果，判断是否通过共识，若通过共识则将所述调度参数上链存储。
[0008]由上述技术方案可知，本申请利用分布式节点解决多个供水主体联合调度全流程中数据不流通，数据孤岛的现象。采用多层共识机制，第一层共识通过将区块链技术中DPOS共识算法与实际生产环境深度融合，能够快速进行响应，节省算力。第二层共识通过POW共识算法由参与区块链的全部节点共识，将区块链网络中需要求解的难题转化为一个灵活可调节、与生产实际密切相关的有价值的数学问题，合理利用各节点的计算开销。通过所有节点共同计算求解，得到满足供水需求的调度参数，降低综合能耗。通过设置的区块链底层平台，使得供水调度过程中的各过程数据均上链存储，以原有各部门之间的数据传递变为去中心化的数据传输，避免了数据被恶意篡改。
附图说明
[0009]图1为本申请提供的一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法的应用场景图；图2为本申请提供的一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解的部分方法流程图；图3为本申请提供的一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解的另一部分方法流程图；图4为本申请提供的一种基于多层共识机制的水务智能调度参数求解的CA认证节点的认证方法流程图。
具体实施方式
[0010]在水厂制水成本构成中，电耗费用的比例占到整个制水成本的70％以上。而送水泵站又是整个水厂中能耗最高的单位，如何降低送水的单位电耗，就是降低制水成本的关键。
[0011]其中水厂包括滤池、清水池、吸水井、泵机、管网等关键设施设备，其中清水池是为了贮存水厂中净化后的清水，以调节水厂制水量与供水量之间产差额，并为满足加氯接触时间而设置的水池。它是给水系统中调节水厂均匀供水和满足用户不均匀用水的调蓄构筑物，可以通过控制清水池在合理液位来降低能耗。
[0012]由电耗公式：W=H/(367
·
η)，其中，W为吨水电耗，H为供水系统扬程，η为供水系统综合效率，367为有量纲常数。
[0013]从电耗公式可以看出，决定单位电耗的因素，一是供水系统扬程，二是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法，其特征在于，应用于由多个分水厂节点、总控中心节点、参数能耗节点构成的区块链网络，所述区块链网络中包括至少一个委托权益节点，所述方法包括：总控中心节点将供水需求信息上链存储，所述供水需求信息为当前季节、时间段、区域信息和供水要求所对应的供水需求；分水厂节点获取存储在区块链上的供水需求信息，并将所述供水需求信息对应的参数解区间上链存储，所述参数解区间为分水厂节点可供调度的设备信息和各设备当前参数信息；委托权益节点获取存储在区块链上的供水需求信息和各分水厂的参数解区间后触发DPOS共识机制，通过DPOS共识机制生成调度方案类型对应的选择结果，并根据选择结果确定调度方案类型上链存储，所述调度方案类型包括静态方案和动态方案；参数能耗节点获取区块链上的调度方案类型，根据所述调度方案类型将存储在区块链上的供水需求信息和各分水厂的参数解区间转化为粒子群算法问题，所述粒子群算法问题上链存储后触发POW共识机制；区块链上所有节点分别获取存储在区块链上的粒子群算法问题，通过POW共识机制利用各自算力对所述粒子群算法问题求解，得到求解结果上链存储；参数能耗节点获取存储在区块链上的求解结果，根据调度方案类型对求解结果进行分析，确定调度参数，所述调度参数为参数值或参数空间；参数能耗节点向所有节点发送共识请求，所述共识请求包括求解结果的分析过程和调度参数，并根据所有节点反馈的与所述共识请求对应的共识结果，判断是否通过共识，若通过共识则将所述调度参数上链存储。2.根据权利要求1所述的基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法，其特征在于，所述区块链网络中还包括CA认证节点，所述方法还包括：待认证的节点向CA认证节点发送认证请求，所述认证请求包括节点信息和节点拥有的股份；CA认证节点对所述认证请求进行认证，若通过认证，则根据股份确定节点的节点类型，所述节点类型包括委托权益节点和普通节点。3.根据权利要求2所述的基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法，其特征在于，CA认证节点对所述认证请求进行认证的步骤还包括：若通过认证，CA认证节点向发送认证请求的节点颁发数字证书；CA认证节点将所述数字证书上链存储。4.根据权利要求2所述的基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法，其特征在于，CA认证节点对所述认证请求进行认证的步骤还包括：若通过认证，CA认证节点为发送认证请求的节点配置用于加密上链数据的公私钥对。5.根据权利要求2所述的基于多层共识机制的水务智能调度参数求解方法，其特征在于，根据股份确定节点的节点类型，所述节点类型包括委托权益节点和普通节点的步骤包括：根据预先付出的资源确定节点拥有的股份，所述资源包括节点为整个供水调度所付出的资金投入和设备投入；
根据股份确定节点的节点类型，拥有超过预设阈值的股份对应的节点为所述委托...

【专利技术属性】
技术研发人员：石宁，李天莹，姜冲，朱晓罡，于中磊，
申请(专利权)人：南京可信区块链与算法经济研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：