一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法，包括以下步骤：构建排水管网有向拓扑模型和排水管网数据库；提取监测点位对应的上下游检查井和管线编号；初步估算液位；将管网分为上游片区、中上游片区和下游片区；针对监测点中上游片区和下游片区的各节点和管线计算新液位；对两端管线液位差过大的地方进行调整。本发明专利技术基于有向拓扑网络的城市排水系统，结合实际监测设备所获取的监测值，通过管网初始化插值和后续的平滑处理，间接监测其它管网的液位情况，协助管网运维单位以有限的监测成本，从全局的角度掌握整个排水系统实时的液位变化情况，为城市排水管网运维管理和科学调度决策提供有效的数据支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法


[0001]本专利技术涉及城市排水系统的液位监测
，尤其是涉及一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法。

技术介绍

[0002]排水管网对于城市安全运行起到重要的保障作用，但由于管网一般埋于地下，因此需要借助监测设备探查排水管网运行状态。城市排水系统管网液位监测可以帮助运维部门全面了解管网运行情况和变化规律，及时发现管网中的异常情况，比如管网淤堵、破损或者溢流等状况，从而针对问题快速做出反应和相应的应对措施，保证排水管网安全、健康运行，同时也可以为管网运行调度、改造设计、养护管理提供有效的数据支撑，提高排水管网的信息化管理水平。
[0003]在城市排水管网监测工作中，由于管网数量庞大、现实情况复杂，且考虑到监测设备成本问题，运维部门仅能通过数量有限的监测设备了解部分区域或者点位的情况，很难全面了解整个排水系统的实时状态，因此会出现调度不及时的情况发生，导致发生旱天污水检查井冒溢或溢流口溢流，雨天泵站开启不及时，发生积涝等情况。因此，如果能从更全面更系统的角度了解系统的整个排水管网的液位分布状况，运维部门的决策和调度会更加及时有效。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法，结合已有的监测设备和数值模型，基于有向拓扑城市排水系统网络，间接监测其余检查井或者管线的液位高度，进而从全局判断整个排水管网的液位分布情况，为城市排水系统运行液位状态感知提供一套高效率、高精度、全覆盖、低成本的监测方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法，包括以下步骤：
[0007]S1、结合排水管网数据，以检查井为节点、管网流向方向为有向连接关系，构建排水管网有向拓扑模型；
[0008]S2、结合排水管网基础数据，构建排水管网数据库；所述排水管网基础数据包括检查井基础数据和管道基础数据；所述检查井基础数据包括部件标识码、自然路面标高、井深，所述管道基础数据包括部件标识码、起点标识码、终点标识码、断面尺寸、起点埋深、终点埋深；
[0009]S3、根据S1的基于管网流向的拓扑查询，结合监测点位，提取监测点位对应的上下游检查井和管线编号；
[0010]S4、输入模型边界条件，包括研究区域用水户排水数据、研究区域河道水位数据、
控制物运行规则等，以城市排水规律为基础，依据管网水动力Q
‑
H关系，实现管网常设初始状态解析，计算公式如下：
[0011][0012][0013]其中，Q
j
为上游检查井总流量，q
i
为节点j上游第i节点的流量，A为水力断面面积，Z为管道底高程，h
loss
为水头损失；
[0014]S5、基于S4中的初步估算液位结果，将管网分为两大片区，分别是缓流片区和急流片区；所述缓流片区为受管道逆坡或拥堵影响液位平缓区域，所述急流片区为流速较快水面坡降较大区域；基于水力特征布置液位探头，缓流片区液位探头数量可低于2个，急流片区根据情况保证关键流段液位探头不低于1个；
[0015]S6、基于S1中构建的拓扑模型，将管网分为三大片区，分别是上游片区、中上游片区和下游片区；所述上游片区为节点和管线底高程高于监测点液位的片区，拓扑关系位于监测点位上游；所述中上游片区为节点和管线底高程低于监测点液位的片区，拓扑关系位于监测点上游；所述下游片区为拓扑关系位于监测点位下游的片区；
[0016]S7、根据S6中划分好的片区，上游片区的节点和管线不需要进行插值处理，针对监测点中上游片区和下游片区的各节点和管线计算新液位，并在管网常设初始状态进行更新，完成基于管道流向的液位插值；
[0017]S8、初步设置管网初始化液位后，对于两端管线液位差过大的地方，利用水动力算法对插值后的管网初始化状态进行运算，对于液位过高的管线则降低液位、增加流速，对于液位过低的管线则升高液位、降低流速，调整两端管线的液位差，以满足质量和动量守恒定律，最终使插值后初始化的管网状态达到一个相对稳定的状态；
[0018]S9、利用S8的计算结果获取监测点位以外的节点和管线的液位值。
[0019]进一步的，S1包括以下步骤：
[0020]S1
‑
1、将每个检查井用唯一的节点表示，以管线上游节点作为起始节点，以管线下游节点作为终止节点；
[0021]S1
‑
2、按照勘测数据中管线流向，将起始节点连接到下游的节点，用两个节点间的连接关系，表示两个检查井之间的管道，连接的启端和终端代表管线的流向；
[0022]S1
‑
3、迭代分析，完成管网中有所的检查井和管线拓扑数据构建。
[0023]进一步的，S3包括以下步骤：
[0024]S3
‑
1、以监测点为查询终点，根据管道走向，流向监测点的节点即认为是监测点的一个上游节点；以找出的节点为下一个查询的终点，根据管道走向，流向该节点的管道上游节点即认为是监测的另一个上游节点；
[0025]S3
‑
2、以新找出的节点作为下一个查询的终点，重复上述步骤，直至查询至管网上游起始点，过程中遍历过的管线即纳入监测点上游的管线查询结果；
[0026]S3
‑
3、若查询终点有两个或以上的节点流入，则代表出现了支管，分别以两个节点
作为新的查询终点，分别进行S3
‑
1和S3
‑
2，并将查询结果纳入监测点的上游节点查询结果；
[0027]S3
‑
4、若两个或以上的支管查询的新节点为同一个点时，代表支管与主管汇合，则结束支管查询，以新的查询节点作为主管的新查询终点，进行S3
‑
1和S3
‑
2，并将查询结果纳入监测点的上游节点查询结果；
[0028]S3
‑
5、以监测点为查询起点，根据管道走向，流出监测点的节点即认为是监测点的一个下游节点；以找出的节点为下一个查询的起点，根据管道走向，流出该节点的管道下游节点即认为是监测的另一个下游节点；
[0029]S3
‑
6、以新找出的节点作为下一个查询的起点，重复上述步骤，直至查询至管网下游终止点；
[0030]S3
‑
7、当一个节点对应两个或以上的节点流出时，即代表出现了支管，分别以两个节点作为新的查询起点，分别进行S3
‑
5和S3
‑
6，并将查询结果纳入监测点的下游节点结果，过程中遍历过的管线即纳入监测点下游的管线查询结果；
[0031]S3
‑
8、若两个或以上的支管查询的新节点为同一个点时，代表支管与主管汇合，则结束支管查询，以新的查询节点作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、结合排水管网数据，以检查井为节点、管网流向方向为有向连接关系，构建排水管网有向拓扑模型；S2、结合排水管网基础数据，构建排水管网数据库；所述排水管网基础数据包括检查井基础数据和管道基础数据；所述检查井基础数据包括部件标识码、自然路面标高、井深，所述管道基础数据包括部件标识码、起点标识码、终点标识码、断面尺寸、起点埋深、终点埋深；S3、根据S1的基于管网流向的拓扑查询，结合监测点位，提取监测点位对应的上下游检查井和管线编号；S4、输入模型边界条件，包括研究区域用水户排水数据、研究区域河道水位数据、控制物运行规则等，以城市排水规律为基础，依据管网水动力Q
‑
H关系，实现管网常设初始状态解析，计算公式如下：解析，计算公式如下：其中，Q
j
为上游检查井总流量，q
i
为节点j上游第i节点的流量，A为水力断面面积，Z为管道底高程，h
loss
为水头损失；S5、基于S4中的初步估算液位结果，将管网分为两大片区，分别是缓流片区和急流片区；所述缓流片区为受管道逆坡或拥堵影响液位平缓区域，所述急流片区为流速较快水面坡降较大区域；基于水力特征布置液位探头，缓流片区液位探头数量可低于2个，急流片区根据情况保证关键流段液位探头不低于1个；S6、基于S1中构建的拓扑模型，将管网分为三大片区，分别是上游片区、中上游片区和下游片区；所述上游片区为节点和管线底高程高于监测点液位的片区，拓扑关系位于监测点位上游；所述中上游片区为节点和管线底高程低于监测点液位的片区，拓扑关系位于监测点上游；所述下游片区为拓扑关系位于监测点位下游的片区；S7、根据S6中划分好的片区，上游片区的节点和管线不需要进行插值处理，针对监测点中上游片区和下游片区的各节点和管线计算新液位，并在管网常设初始状态进行更新，完成基于管道流向的液位插值；S8、初步设置管网初始化液位后，对于两端管线液位差过大的地方，利用水动力算法对插值后的管网初始化状态进行运算，对于液位过高的管线则降低液位、增加流速，对于液位过低的管线则升高液位、降低流速，调整两端管线的液位差，以满足质量和动量守恒定律，最终使插值后初始化的管网状态达到一个相对稳定的状态；S9、利用S8的计算结果获取监测点位以外的节点和管线的液位值。2.根据权利要求1所述的一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法，其特征在于，S1包括以下步骤：
S1
‑
1、将每个检查井用唯一的节点表示，以管线上游节点作为起始节点，以管线下游节点作为终止节点；S1
‑
2、按照勘测数据中管线流向，将起始节点连接到下游的节点，用两个节点间的连接关系，表示两个检查井之间的管道，连接的启端和终端代表管线的流向；S1
‑
3、迭代分析，完成管网中有所的检查井和管线拓扑数据构建。3.根据权利要求1所述的一种基于有向拓扑网络的城市排水系统液位间接监测分析方法，其特征在于，S3包括以下步骤：S3
‑
1、以监测点为查询终点，根据管道走向，流向监测点的节点即认为是监测点的一个上游节点；以找出的节点为下一个查询的终点，根据管道走向，流向该节点的管道上游节点即认为是监测的另一个上游节点；S3
‑
2、以新找出的节点作为下一个查询的终点，重复上述步骤，直至查询至管网上游起始点，过程中遍历过的管线即纳入监测点上游的管线查询结果；S3
‑
3、若查询终点有两个或以上的节点流入，则代表出现了支管，分别以两个节点作为新的查询终点，分别进行S3
‑
1和S3
‑
2，并将查询结果纳入监测点的上游节点查询结果；S3
‑
4、若两个或以上的支管查询的新节点为同一个点时，代表支管与主管汇合，则结束支管查询，以新的查询节点作为主管的新查询终点，进行S3
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1和S3
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2，并将查询结果纳入监测点的上游节点查询结果；S3
‑
5、以监测点为查询起点...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正彪，陈瑞弘，孙岸炜，颜莹莹，赵海阳，
申请(专利权)人：三峡智慧水务科技有限公司，
类型：发明
国别省市：