【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及市政消防领域，具体涉及一种消防取水组合优化计算方法及消防给水辅助决策系统。
技术介绍
1、市政消火栓是城市灭火救援的主要取水设施关系城市居民生命和财产安全的基础保障设施。由于我国许多地区市政给水管网建成年代已久，且给水设施管理部门和消防实战应用单位之间存在“信息断层”，导致火灾发生时消防实战应用单位无法迅速寻找到可靠的消火栓，消防供水的可靠性较差。同时，在大型火灾扑救现场，存在多部消防车同时接在同一市政供水路线的现象，造成消火栓“抢水”问题，导致消防车供水中断，大大影响火场救援效率。
2、为保障消防救援时消火栓供水可靠性，提高消防救援效率，需专利技术一种市政消火栓取水组合优化方法。基于给水管网水力模型及市政消火栓数据库，通过优化算法，得出在不同火灾条件下，最优消火栓取水组合方案，科学取水，充分发挥城市消防给水设施效能，保障消防供水可靠性，提高救援效率，保障人民生命和财产安全。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对市政消防领域的需求，提供一种消防取水组合优化计算方法及消防给水辅助决策系统，以解决上述技术背景中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一个方面，本专利技术提供一种消防取水组合优化计算方法，包括：
4、构建给水管网水力模型，将给水管网模拟为相互连接的节点和管段；
5、水管网水力模型获取待计算的各管道设备的基础信息；
6、根据火灾工况的不同，基于获取的基
7、方式一：以取水消火栓组合压力最大、距离火场最短为目标，利用遗传算法建立消火栓取水组合第一优化模型，计算出第一消火栓取水组合方案；
8、方式二：以最快寻找到距离最近且满足消防需求的消火栓组合为目标，利用arith算法建立消火栓取水组合第二优化模型，计算出第二消火栓取水组合方案；
9、方式三：以在已存在使用中的消火栓基础上寻找需另开启的消火栓组合为目标，利用arith-add算法建立消火栓取水组合第三优化模型，计算出第三消火栓取水组合方案。
10、在一种优选实施例中，所述节点包括但不限于管段之间的连接节点、用户节点、消火栓节点和水池水库；所述管段包括但不限于实际管道和阀门。
11、在一种优选实施例中，所述以取水消火栓组合压力最大、距离火场最短为目标，利用遗传算法建立消火栓取水组合第一优化模型，计算出第一消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
12、s11、建立目标函数：
13、
14、
15、其中，xi为被选取的消火栓；n为消火栓个数，通过着火点火灾规模和单个消火栓需水流量q确定；p(xi)为模型中计算消火栓xi工作时对应的节点压力；q(x)为可靠性，q(x)越大供水可靠性越好；d(xi)为计算消火栓与着火点的距离；m(x)为消火栓与火点的距离之和，m(x)越小，取水越便捷；
16、s12、确定约束条件：
17、p(xi)＞h(q)
18、d(xi)＜dmax
19、xi≠xj
20、满足给水管网水力计算连续性方程及能量守恒方程：
21、qi+∑qij＝0
22、∑hij＝0
23、其中，h(q)为满足单个消火栓需水流量所需的压力；dmax为保障消防车有效取水的距离火场最大距离；消火栓组合中单个消火栓不能重复出现；满足给水管网水力计算连续性方程，即管网节点流入/流出流qi与从其他管道流入/流出该节点的流量qij之和为0；满足管网水力计算能量方程，即各环中水头损失闭合差∑hij为0；
24、s13、以步骤s11中的目标函数为目标，在满足步骤s12中的约束条件下，寻找满足消火栓组合的最优解，即得到第一消火栓取水组合方案。
25、在一种更优选实施例中，在步骤s12中，利用给水管网水力模型计算软件epanet，求解连续性方程及能量守恒方程，计算消防工况下各节点的压力情况。
26、在一种更优选实施例中，根据实际消防救援需求，消火栓距离火场最大距离dmax最优取500m，最大不超过1000m。
27、在一种更优选实施例中，每个消火栓只能连接一台消防车，供一台消防车取水一次。
28、在一种更优选实施例中，h(q)的大小与消火栓喷射系数相关，可通过实验拟合或查阅相关经验公式确定，也可根据gb50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》水力最不利消火栓的供水压力从地面算起不应小于0.10mpa，即p(xi)＞0.10mpa。
29、在一种更优选实施例中，在python中，利用遗传算法求解目标函数，同时可通过python调用wntr(epanet程序包)，获取消火栓组合，消火栓节点坐标，计算消火栓与火点的距离d(xi)和消火栓启用时的压力p(xi)。
30、在一种优选实施例中，所述以最快寻找到距离最近且满足消防需求的消火栓组合为目标，利用arith算法建立消火栓取水组合第二优化模型，计算出第二消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
31、s21、选取距离火点最近的n个消火栓；
32、s22、计算n个消火栓开启后的压力；
33、s23、若n个消火栓的压力全部满足预设压力条件，则停止寻优；
34、s24、若m个消火栓的压力不满足预设压力条件，且m≤n，则m个消火栓向距离最近的外围寻优，直到寻找到满足预设压力条件的消火栓组合；其中，向距离最近的外围寻优，包括如下步骤s241～s244：
35、s241、设半径区域内的消火栓总数为n0，上一次寻优中离着火点的最大距离为s；
36、s242、计算距离着火点距离大于s的剩余消火栓数量为n；
37、s243、计算a＝m/n，若a≤0.35，则在剩余的距离着火点最近的35％的消火栓数量中随机选取m个消火栓，若a>0.35且a≤0.7，则在剩余的距离着火点最近的70％的消火栓数量中随机选取m个消火栓，若a>0.7，则在剩余的全部的消火栓数量中随机选取m个消火栓；
38、s244、若寻优后，消火栓开启后压力满足预设压力条件，则停止向外围寻优，若压力不满足预设压力条件，则重复步骤s241～s242；若最终消火栓压力仍然不满足预设压力条件，则扩大搜索半径。
39、在一种优选实施例中，所述以在已存在使用中的消火栓基础上寻找需另开启的消火栓组合为目标，利用arith-add算法建立消火栓取水组合第三优化模型，计算出第三消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
40、s31、根据火灾需水量，计算还需开启的消火栓数量n’；
41、s32、计算除已存在使用中消火栓的压力外，剩余未开启的消火栓的压力；
42、s33、对剩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种消防取水组合优化计算方法，包括：
2.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，所述以取水消火栓组合压力最大、距离火场最短为目标，利用遗传算法建立消火栓取水组合第一优化模型，计算出第一消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，所述以最快寻找到距离最近且满足消防需求的消火栓组合为目标，利用Arith算法建立消火栓取水组合第二优化模型，计算出第二消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，所述以在已存在使用中的消火栓基础上寻找需另开启的消火栓组合为目标，利用Arith-add算法建立消火栓取水组合第三优化模型，计算出第三消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，在步骤S12中，利用给水管网水力模型计算软件EPANET，求解连续性方程及能量守恒方程，计算消防工况下各节点的压力情况。
6.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优
7.根据权利要求2所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，根据实际消防救援需求，消火栓距离火场最大距离dmax取500m，最大不超过1000m。
8.一种消防给水辅助决策系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种消防给水辅助决策系统，其特征在于，所述算法模型调取模块，通过python调用scikit-opt、pandas、numpy、wntr库实现。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～7任一项所述的一种消防取水组合优化计算方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种消防取水组合优化计算方法，包括：
2.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，所述以取水消火栓组合压力最大、距离火场最短为目标，利用遗传算法建立消火栓取水组合第一优化模型，计算出第一消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，所述以最快寻找到距离最近且满足消防需求的消火栓组合为目标，利用arith算法建立消火栓取水组合第二优化模型，计算出第二消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，所述以在已存在使用中的消火栓基础上寻找需另开启的消火栓组合为目标，利用arith-add算法建立消火栓取水组合第三优化模型，计算出第三消火栓取水组合方案，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种消防取水组合优化计算方法，其特征在于，在步骤s12中，利用给水管网水力模型计算软件epan...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞愉文，严棋，赵家晓，杨坤，张东，朱伟峰，姜蕾，苏琳，李坚，赵欣，袁展，张飞，方芳，
申请(专利权)人：上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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