一种基于边缘计算的小区管网高精度漏失判断方法

技术领域

本发明属于电子信息领域，涉及工业自动化、边缘计算等技术，关于智慧水务的管网漏损管控的智能检漏分析方法，尤其一种基于泵站现场自控系统的高精度最小流量判断方法。

背景技术

边缘计算实际上就属于分布式计算。边缘计算架构是把云计算里面计算的一部分功能下沉到离用户更近的位置，是从云到边缘，我们甚至可以把它理解为我们的网络的每一个位置，然后再到物上，每一个节点都进行存储、计算和分析。以前物不具备能力，边缘也不具备能力，现在有能力了就不需要全传到云，把运算能力分布给不同的层级。边缘计算弥补了云计算存在的缺陷“数据量”和“时延问题”。

小区泵站的漏失计算是城市供水管网的一部分，处于分区计量的第三级，也是管网漏失的重点区域，小区泵站数量众多、地域分散，泵站内通常都具有自动控制系统，将泵站的当前流量、压力等数据实时上报给数据中心。数据中心承载着存储、计算、分析等功能，随着数字化进程的推进，分析的数据场景越来越多、越来越深度。以管网漏失分析为例，随着采集站点的数据量和采集频次的提高，数据中心的处理负荷越来越重和硬件成本投入的限制，不足以支撑更精细的计算。再加上网络稳定性的影响，泵站上报的数据可能丢失或延迟上报，也会导致漏失数据的计算不够精准。这些因素都决定了，在云端很难对漏失分析的精度进一步优化，因此无法达到更好的漏失分析效果。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于边缘计算的小区管网高精度漏失判断方法，小区泵站作为漏失分析的采集末端，恰好可以作为边缘计算的节点，结合小区泵站内的工控机系统(具备编程能力的工业计算机系统)，在工控机内实现以秒为单位的漏失分析功能，大大提高了小区内部管网漏失分析的精度，更加精确的实现检漏控漏。

技术方案如下：

一种基于边缘计算的小区管网高精度漏失判断方法，使用基于边缘计算的工控机程序系统，所述工控机程序系统包括：

用于系统初始化信息设置和数据采集点位配置的系统配置模块；

用于数据采集、存储、加工计算的实时监控模块；

用于将数据发送至服务器的数据远传网关模块；

所述实时监控模块执行如下步骤：

S1、通过MODBUS协议读取泵站内的仪器仪表实时设备数据；

S2、采集的设备数据分别存储到实时库和历史库；

S3、执行数据加工计算的每秒小流量计算：

S3.1、初始化每秒小流量对象；

S3.2、更新实时设备数据：每秒采集泵站的水泵运行状态、出口流量计的正向累计流量，更新每秒小流量对象；

S3.3、每秒小流量计算：以秒为单位，计算相邻秒钟的正向累计差值，得出每秒小流量；若两次正向累计的时间差值大于1秒钟，则不计算本次“每秒小流量”，并标记异常标识；

S3.4、每秒小流量数据存入工控机的本地历史库；

S4、执行每小时小流量作业：整点启动作业，计算上一时段的小时小流量，筛选泵站正常运行状态的每秒小流量，每秒小流量进行由小到大的排序，去掉序号前10％的数据得出有效数据，再选取有效数据中的最小值乘以3600秒，得出该时段的小时小流量，并存入本地历史库；

S5、日指标计算作业执行：

每日5点启动作业，计算前日的下列日指标数据：

1)日最小流量选择

夜间小流量选择区间0点～4时，在该区间内选择最小的小时流量，作为当日的夜间最小小时流量；

2)日漏失水量计算

Q

其中：Q

3)日供水量计算

通过两个邻近日期的零点值相减，计算出当日的完整供水量；

4)日漏失概率

P

其中：P

进一步的，所述每秒小流量对象包括：初始化标记、当前采集时间、泵启动状态、上次正向累计值、本次正向累计值、每秒小流量、小流量差值计算时间。

进一步的，更新的实时设备数据包括：当前采集时间、泵启动状态、上次正向累计值、本次正向累计值。

进一步的，系统初始化信息设置包括以下参数：站点名称、唯一编码、经纬度、通信模块地址、数据采集和保存周期设置、数据发送周期设置、安装日期。

进一步的，数据采集点位配置包括以下参数：设备名称、安装位置、设备采集的数据通道类型、数据地址、数据量程、报警上下限值。

进一步的，所述仪器仪表实时设备数据包括：水泵状态、瞬时流量、正向累计、压力、频率。

进一步的，步骤S3.3中：

系统开机首次运行，初始化标记为true，不计算本次每秒小流量。初始化完毕，方可进行小流量任务作业；

当前采集时间与小流量差值计算时间的时间间隔>1秒时，不计算本次每秒小流量；

当前采集时间与小流量差值计算时间的时间间隔＝1秒时，每秒小流量等于本次正向累计值减去上次正向累计值，小流量差值计算时间等于当前采集时间。

进一步的，数据远传网关模块中网关采用4G或以太网两种模式发送数据，通信协议为MQTT。

进一步的，通过三个频次上传数据：

1)实时数据上报：按照系统设置的发送周期上报采集数据；

2)每小时数据上报：根据每秒小流量计算出的每小时小流量，以小时为单位上报；

3)每日数据上报：每日5点作业执行完毕，将计算后的日指标数据上报。

本发明的有益效果是：

本发明所述的基于泵站出口最小流量判断二次供水管网漏损量的方法，漏失分析是以泵站为单位，以一个月为周期，按日统计汇总所有泵站分区的漏失数据，同时也具有对重点关注的泵站标记状态，集中显示的功能，大大提高了基层部门查漏的工作效率；集团每月月初以上个月的泵站漏失月报数据整体评估泵站的漏失状况，制定下个月的降低漏失指标计划，分解后下发到各个营业分公司；泵站漏失月报为基层快速查漏，为集团制定漏损率指标考核计划发挥了重要作用；有效地降低了区域水量漏损。使用分区计量系统快速确定重点漏损区域，指导检漏、降损工作，取得显著效果。

本发明针对二次加压泵站的场景，借助智能化的管网数据预测进行漏损预测的一种智能化管网漏失分析方法。近年来，我国城市化进程发展很快，市政管网的长度和复杂度持续攀升。管网建设过程中往往以土建为主，很多管网资料没有及时更新，例如管网长度、管径、材质、管网年代、管壁厚度等等，管网漏失分析的有效方法是水力模型，但是这些指标在水力模型都是输入的关键因素，没有这些指标水力模型无法发挥作用。如果进行大规模的管网普查，管网大多埋于地下，普查困难大周期长，需要耗费巨大的人力物力。那么，在基础数据缺失严重的情况下，此种方法仍然可以上线实施，通过实时采集的流量数据，动态计算夜间小流量，合理计算管网物理漏失数据，快速锁定漏失区域，再结合听漏设备找到漏点及时堵漏，漏损管控的效果立竿见影，很大程度上减少了漏失量，节能降耗的收益是非常可观的。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种基于边缘计算的小区管网高精度漏失判断方法，步骤如下：

1.每秒小流量对象初始化

每秒小流量对象包括“初始化标记”、“当前采集时间”、“泵启动状态(运行/停止/故障)”、“上次正向累计值”、“本次正向累计值”、“每秒小流量(正向累计差值)”、“小流量差值计算时间”。

2.实时数据采集

每秒采集泵站的水泵运行状态、出口流量计的正向累计流量，更新“每秒小流量”对象。

1)更新采集数据：

当前采集时间、泵启动状态、上次正向累计值、本次正向累计值

2)每秒小流量计算：

以秒为单位，计算相邻秒钟的正向累计差值，得出每秒小流量。

若两次正向累计的时间差值大于1秒钟，则不计算本次“每秒小流量”，并标记异常标识。

3)每秒采集数据存入工控机的本地历史库。

3.每小时小流量作业执行：

每小时整点启动作业：计算上一时段的小时小流量。

筛选范围：泵站正常运行状态的每秒小流量。

对符合筛选范围的每秒小流量进行由小到大的排序，去掉10％序号小的数据得出有效数据，再选取有效数据中的最小值乘以3600秒，得出该时段的小时小流量，并存入本地历史库。

4.日指标计算作业执行：

每日5点启动作业：计算前日的日指标数据。

日指标计算主要包括：日夜间小流量、日漏失水量、日供水量、日漏失概率

1)日最小流量选择

夜间小流量选择区间0点～4时，在该区间内选择最小的小时流量，作为当日的夜间最小小时流量。

2)日漏失水量计算

计算公式：日漏损水量＝日最小小时流量*24小时

3)日供水量计算

日供水量是两个邻近日期的零点值相减，计算出当日的完整供水量。

4)日漏失概率

计算公式：日漏失概率＝(日漏失水量÷日总供水量)*100％

实施例2

基于边缘计算的工控机程序主要包括三部分：系统配置模块、实时监控模块(数据采集、存储、加工计算)、数据远传网关模块(数据发送至服务器)。

1.系统配置模块

1)系统初始信息设置：

站点名称、唯一编码、经纬度、通信模块地址、数据采集和保存周期设置、数据发送周期设置、安装日期等。

2)数据采集点位配置：

设备名称、安装位置、设备采集的数据通道类型、数据地址、数据量程、报警上下限值等。

2.实时监控模块

1)数据采集

系统每秒通过MODBUS协议读取泵站内的仪器仪表实时数据，例如水泵状态、瞬时流量、正向累计、压力、频率等数据。

2)采集的设备数据分别存储到实时库和历史库。

3)数据加工计算：每秒小流量计算

A.每秒小流量对象初始化

每秒小流量对象包括“初始化标记”、“当前采集时间”、“泵启动状态(运行/停止/故障)”、“上次正向累计值”、“本次正向累计值”、“每秒小流量(正向累计差值)”、“小流量差值计算时间”。

B.实时数据更新

每秒采集泵站的水泵运行状态、出口流量计的正向累计流量，更新“每秒小流量”对象。

更新数据：当前采集时间、泵启动状态、上次正向累计值、本次正向累计值

C.每秒小流量计算：

·“小流量对象”初始化：

系统开机，首次运行时，初始化标记为true，此时进行“每秒小流量对象初始化”。初始化完毕，初始化标记设置为false。初始化标记为false时，可执行小流量计算作业任务。

·“当前采集时间”与“小流量差值计算时间”的时间间隔>1秒不计算本次“每秒小流量”。

·“当前采集时间”与“小流量差值计算时间”的时间间隔＝1秒每秒小流量＝本次正向累计值–上次正向累计值。

小流量差值计算时间＝当前采集时间

D.每秒小流量数据存入工控机的本地历史库。

4)每小时小流量作业执行：

每小时整点启动作业：计算上一时段的小时小流量。

筛选范围：泵站正常运行状态的每秒小流量。

对符合筛选范围的每秒小流量进行由小到大的排序，去掉10％(可动态设置)小的数据得出有效数据(可有效去除由于现场电磁信号等干扰因素而造成的异常数据)，再选取有效数据中的最小值乘以3600秒，得出该时段的小时小流量，并存入本地历史库。

5)日指标计算作业执行：

每日5点启动作业：计算前日的日指标数据。

日指标计算主要包括：日夜间小流量、日漏失水量、日供水量、日漏失概率

A.日最小流量选择

夜间小流量选择区间0点～4时，在该区间内选择最小的小时流量，作为当日的夜间最小小时流量。

B.日漏失水量计算

计算公式：日漏损水量＝日最小小时流量*24小时

C.日供水量计算

日供水量是两个邻近日期的零点值相减，计算出当日的完整供水量。

D.日漏失概率

计算公式：日漏失概率＝(日漏失水量÷日总供水量)*100％

3.数据远传网关模块

网关采用4G或以太网两种模式来发送数据，通信协议为MQTT(JSON格式)。

断网后，可本地标记未发送数据，待网络恢复后补发数据。

通常分为三个频次上传数据:

·实时数据上报：

按照系统设置的发送周期上报采集数据(例如每分钟上报)

·每小时数据上报：

根据每秒小流量计算出的每小时小流量，以小时为单位上报。

·每日数据上报：

每日5点作业执行完毕，将计算后的日指标数据上报。

日指标计算主要包括：日夜间小流量、日漏失水量、日供水量、日漏失概率

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。