一种供水管网监测点多目标优化布置方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114971076A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210743102.7G06F113/14(2020.01)(22)申请日2022.06.27(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市呈贡大学城景明南路727号(72)发明人赵文轩杜坤周明宋志刚张璟李振博(74)专利代理机构重庆项乾光宇专利代理事务所(普通合伙)50244专利代理师高姜(51)Int.Cl.G06Q10/04(2012.01)G06Q50/06(2012.01)G06F30/18(2020.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种供水管网监测点多目标优化布置方法(57)摘要本发明公开了一种供水管网监测点多目标优化布置方法，首先，对供水管网水力模型中各管段上添加的节点赋予爆管流量并依次进行爆管模拟，根据爆管状态时各节点压力变化值与背景噪音阈值的关系计算生成爆管事件判断矩阵；然后，以监测点个数最小化和爆管检测漏损量最大化为目标函数构建监测点优化布置数学模型并采用NSGA‑Ⅱ算法进行求解，从而得到不同监测点个数下的最优布置方案。本发明方法通过一次优化得到不同监测点数下的最优布置方案，极大提高计算效率。CN114971076ACN114971076A权利要求书1/2页1.一种供水管网监测点多目标优化布置方法，其特征包括以下步骤：(1)构建供水管网水力模型；(2)MATLAB调用EPANET获取管网数据信息，然后通过Dijkstra最短路径算法计算生成节点之间最短路径矩阵；(3)在步骤(1)构建的供水管网水力模型上对每根管段增设虚拟节点，依次赋予特定的节点流量Q；(4)通过MATLAB调用EPANET对步骤(1)构建的供水管网水力模型中每根管段进行爆管模拟，根据爆管状态时各节点压降与背景噪音阈值的关系计算生成爆管事件判断矩阵；(5)基于步骤(2)和步骤(4)所得的节点之间最短路径矩阵和爆管事件判断矩阵，以监测点个数最小化和爆管检测漏损量最大化为双目标函数建立数学模型；(6)采用NSGA‑Ⅱ算法进行求解得到目标函数下的一系列Pareto解集，以爆管覆盖率表示不同监测点个数下布置方案的爆管监测能力。2.如权利要求1所述的一种供水管网监测点多目标优化布置方法，其特征在于步骤(3)中不同管道的爆管流量定义如下：Q＝vd2π/4(1)式中：v为管道流速增加量；d为不同管段的直径。3.如权利要求1所述的一种供水管网监测点多目标优化布置方法，其特征在于步骤(4)中采用最新管网水力模拟软件EPANET2中压力驱动法(PDA)依次对各个管段进行爆管模拟，将爆管状态下各个节点的压降与背景噪音阈值比较，从而生成爆管事件判断矩阵。4.如权利要求1所述的一种供水管网监测点多目标优化布置方法，其特征在于步骤(5)中，水压监测点优化布局目的是监测更多的管径较大且较长管段，因为这些管段爆管会产生较大漏损量，严重影响管网其它节点的正常供水，因此本文以监测点个数最小化和爆管检测漏损量最大化为双目标函数建立数学模型，即约束条件如下：式中：N为某一布置方案中监测点的总数；F为某一种布置方案对应的适应度值，Xi为节点i是否设为压力监测点；Lj为管段j的长度，m；Q为管段i的爆管流量，L/s；bi,j为爆管判断矩阵[B]m×n中对应的元素；Bj为某一布置方案是否能检测到管段j的爆管(某一爆管事件被两个监测点同时检测到才认为有效检测)；Length为某一布置方案中监测点之间的最短路径距离，m；D为监测点之间的最短路径阈值，m。5.如权利要求1所述的一种供水管网监测点多目标优化布置方法，其特征在于步骤(6)中，某一监测点布置方案的爆管监测能力用爆管覆盖率表示2CN114971076A权利要求书2/2页式中：S为某种布置方案对应的爆管覆盖率，Li，Bi,n,的含义同前式。3CN114971076A说明书1/4页一种供水管网监测点多目标优化布置方法技术领域[0001]本发明属于供水管网水压监测点优化布置领域，具体涉及一种供水管网监测点多目标优化布置方法。背景技术[0002]爆管会导致水资源严重浪费，还会造成供水系统的水体污染，及时发现和修复爆管有利于社会生活、生产的正常进行。供水管网中布设水压监测点可以了解管网的实时压力，根据压力值的异常变化检测爆管是一种重要的手段。受资金等因素影响，监测点的布设数量是有限的，提高爆管检测效果是监测点优化布置的目的之一。[0003]当前，单目标优化算法被广泛用于求解供水管网水压监测点优化布置问题。然而，单目标优化算法一次优化仅能得到某个监测点数下的最优布局，所以需要对不同监测点数的布局进行多次优化，存在工作量大、计算效率低的问题，且