一种智慧水务管网爆管关阀分析方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及水务管网管理领域，尤其是涉及一种智慧水务管网爆管关阀分析方法、系统及存储介质。

背景技术

随着国家智慧城市信息化建设步伐的加快，我国智慧水务行业同步赋能升级，引入了高端信息技术，整体提高了水务行业的生产服务水平。全新智慧水务管理平台能够高效、精准的配置水资源，有效缓解水资源短缺、解决水环境问题、保障水安全。关阀分析系统是智慧水务管理平台的子系统，该子系统为智慧水务管网爆管事故提供关阀方案，在智慧水务供水管网维护中，快速生成最佳的关阀停水方案对供水安全维护具有重要意义。

公开号为CN111814289A的中国发明专利公开了一种基于图式理论的供水管网爆管分析方法及分析系统，构建水管网-设备空间拓扑关系模型，之后输入爆管位置，确定具体爆管的供水管线，通过图式搜索的方法获取最近的上下游必关阀门并关闭，从而得到关阀方案。但是，该申请先获取爆管位置再进行关阀方案生成，耗时较长，不能实现实时关阀停水，而且只提供了面对一个爆管点的关阀方案，如果出现多处爆管，考虑到管网之间的协同关系，使用该申请只能逐个生成每一处爆管的关阀方案，耗时较长，而且没有考虑到多处爆管位置的相互影响，如造成的流向、流量改变等，不能快速给出多处爆管事件的较优关阀方案。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智慧水务管网爆管关阀分析方法、系统及存储介质，基于管网模型构建关阀方案库，在发生爆管事件后，从最新的关阀方案库中找到关阀方案，响应速度快，能快速找到最佳的关阀停水方案，效率更高；定期使用3S技术校正管网拓扑结构图，如果管网拓扑结构图发生变化，则重新基于最新的管网拓扑结构图建立关阀方案库，管网模型与管网的实际同步，更加精准可靠。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智慧水务管网爆管关阀分析方法，当水务管网中发生爆管事件时，基于最新的关阀方案库输出关阀方案，关阀方案库的构建包括以下步骤：

S1：基于水务管网规划数据建立管网拓扑结构图G；

S2：使用RS+GPS+GIS的3S技术实时校正管网拓扑结构图G；

S3：获取水务管网中传感器设备的属性和安装位置，将管网拓扑结构图G与传感器设备关联，得到包含压力、流量和流向信息的管网模型，所述压力、流量和流向信息的取值为传感器设备的常规数值；

S4：在管网模型中模拟不同的爆管事件，包括所有的1管段爆管事件、所有的2管段爆管事件、…、所有的K管段爆管事件，K(K≥1)为预设置的最大爆管数量，记录各个爆管事件发生时传感器设备测量数据的变化，分别推演各个爆管事件的关阀方案，每个爆管事件至少推演得到一个关阀方案，得到最新的关阀方案库，所述关阀方案库包括爆管事件、爆管事件对应的传感器设备测量数据变化和爆管事件的关阀方案；

S5：根据预设置的校正周期使用RS+GPS+GIS的3S技术实时校正管网拓扑结构图G，如果管网拓扑结构图G发生变化，则执行步骤S3-S5，否则，执行步骤S5。

优选的，所述管网拓扑结构图G用于描述节点与管段的拓扑关系，以及节点和管段的GIS位置信息和属性信息，使用RS图像和GPS数据实时校正管网拓扑结构图G。

优选的，当水务管网中发生爆管事件时，根据爆管数量、爆管位置和水务管网中传感器设备测量数据的变化对比关阀方案库，在关阀方案库中找到最接近的爆管事件，并输出关阀方案。

优选的，步骤S4包括以下步骤：

S41：选择i(1≤i≤K)个管段，在管网模型中模拟这i个管段发生爆管，得到一个i管段爆管事件，记录该爆管事件的爆管数量和爆管位置，以及在管网模型中模拟爆管事件时传感器设备测量数据的变化；

S42：推演该爆管事件的关阀方案，得到爆管事件的所有关阀方案，将爆管事件、爆管事件对应的传感器设备测量数据变化和爆管事件的关阀方案加入关阀方案库；

S43：执行步骤S41-S42，直至关阀方案库中包含所有的i管段爆管事件；

S44：改变i的值，执行步骤S41-S43，直至关阀方案库中包含所有的1管段爆管事件、所有的2管段爆管事件、…、所有的K管段爆管事件。

优选的，步骤S41中，以爆管位置为起点，找到距爆管位置最近的传感器设备，按照不同的步长降低该传感器设备的压力计数值，推演其他传感器设备的压力计数值，以及管网模型中的流量和流向信息，得到爆管事件对应的传感器设备测量数据变化。

优选的，步骤S42中，以爆管位置为起点，遍历相邻的节点和管段，找到距爆管位置最近的多个阀门，输出形成闭环结构的多个阀门位置作为一个关阀方案。

一种智慧水务管网爆管关阀分析系统，包括：

管网模型建立模块，用于根据水务管网规划数据建立管网拓扑结构图G，根据预设置的校正周期使用3S技术对管网拓扑结构图G进行校正，将传感器设备与管网拓扑结构图G关联得到最新的管网模型，

方案库构建模块，用于在最新的管网模型中模拟不同的爆管事件，包括所有的1管段爆管事件、所有的2管段爆管事件、…、所有的K管段爆管事件，K(K≥1)为预设置的最大爆管数量，记录各个爆管事件发生时传感器设备测量数据的变化，分别推演各个爆管事件的关阀方案，每个爆管事件至少推演得到一个关阀方案，得到最新的关阀方案库，所述关阀方案库包括爆管事件、爆管事件对应的传感器设备测量数据变化和爆管事件的关阀方案；

关阀模块，当水务管网中发生爆管事件时，基于最新的关阀方案库输出关阀方案。

优选的，所述管网拓扑结构图G用于描述节点与管段的拓扑关系，以及节点和管段的GIS位置信息和属性信息，使用RS图像和GPS数据实时校正管网拓扑结构图G。

优选的，方案库构建模块中，包括以下步骤：

A1：选择i(1≤i≤K)个管段，在管网模型中模拟这i个管段发生爆管，得到一个i管段爆管事件，记录该爆管事件的爆管数量和爆管位置，以及在管网模型中模拟爆管事件时传感器设备测量数据的变化；

A2：推演该爆管事件的关阀方案，得到爆管事件的所有关阀方案，将爆管事件、爆管事件对应的传感器设备测量数据变化和爆管事件的关阀方案加入关阀方案库；

A3：执行步骤A1-A2，直至关阀方案库中包含所有的i管段爆管事件；

A4：改变i的值，执行步骤A1-A3，直至关阀方案库中包含所有的1管段爆管事件、所有的2管段爆管事件、…、所有的K管段爆管事件。

一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有可执行的计算机程序，所述计算机程序被执行时实现智慧水务管网爆管关阀分析方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)基于管网模型构建关阀方案库，在发生爆管事件后，从最新的关阀方案库中找到关阀方案，响应速度快，能快速找到最佳的关阀停水方案，效率更高；定期使用3S技术校正管网拓扑结构图，如果管网拓扑结构图发生变化，则重新基于最新的管网拓扑结构图建立关阀方案库，管网模型与管网的实际同步，更加精准可靠。

(2)在最新的关阀方案库中存储着所有可能的爆管事件，包括单管段爆管和多管段爆管，存储有各个爆管事件对应的传感器设备测量数据的变化，以及各个爆管事件对应的关阀方案，涵盖范围广，如果发生爆管事件，根据爆管数量、爆管位置和水务管网中传感器设备测量数据的变化对比关阀方案库，在关阀方案库中找到最接近的爆管事件，并输出关阀方案，可以帮助工作人员快速指挥决策、辅助爆管事故处理、减少管网漏损率，减少了运营成本，提升了整个智慧水务管网的综合管理水平。

(3)以爆管位置为起点，找到距爆管位置最近的传感器设备，按照不同的步长降低该传感器设备的压力计数值，推演其他传感器设备的压力计数值，能够模拟爆管时传感器设备测量数据(压力、流量和流向)不同的变化，在真实爆管事件发生后，能够找到关阀方案库中与真实爆管事件的管网数据变化最接近的爆管事件，更精确的找到真实爆管事件的关阀方案。

附图说明

图1为智慧水务管网爆管关阀分析方法的流程图；

图2为RS局部地下管网影像拼接图例；

图3为局部地下管网GIS图例；

图4为水务管网GIS管网结构图例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

一种智慧水务管网爆管关阀分析方法，如图1所示，当水务管网中发生爆管事件时，基于最新的关阀方案库输出关阀方案，关阀方案库的构建包括以下步骤：

S1：基于水务管网规划数据建立管网拓扑结构图G；

S2：使用RS+GPS+GIS的3S技术实时校正管网拓扑结构图G；

S3：获取水务管网中传感器设备的属性和安装位置，将管网拓扑结构图G与传感器设备关联，得到包含压力、流量和流向信息的管网模型，压力、流量和流向信息的取值为传感器设备的常规数值；

S4：在管网模型中模拟不同的爆管事件，包括所有的1管段爆管事件、所有的2管段爆管事件、…、所有的K管段爆管事件，K(K≥1)为预设置的最大爆管数量，记录各个爆管事件发生时传感器设备测量数据的变化，分别推演各个爆管事件的关阀方案，每个爆管事件至少推演得到一个关阀方案，得到最新的关阀方案库，关阀方案库包括爆管事件、爆管事件对应的传感器设备测量数据变化和爆管事件的关阀方案；

S5：根据预设置的校正周期使用RS+GPS+GIS的3S技术实时校正管网拓扑结构图G，如果管网拓扑结构图G发生变化，则执行步骤S3-S5，否则，执行步骤S5。

一种智慧水务管网爆管关阀分析系统，包括：

管网模型建立模块，用于根据水务管网规划数据建立管网拓扑结构图G，根据预设置的校正周期使用3S技术对管网拓扑结构图G进行校正，将传感器设备与管网拓扑结构图G关联得到最新的管网模型，

方案库构建模块，用于在最新的管网模型中模拟不同的爆管事件，包括所有的1管段爆管事件、所有的2管段爆管事件、…、所有的K管段爆管事件，K(K≥1)为预设置的最大爆管数量，记录各个爆管事件发生时传感器设备测量数据的变化，分别推演各个爆管事件的关阀方案，每个爆管事件至少推演得到一个关阀方案，得到最新的关阀方案库，关阀方案库包括爆管事件、爆管事件对应的传感器设备测量数据变化和爆管事件的关阀方案；

关阀模块，当水务管网中发生爆管事件时，基于最新的关阀方案库输出关阀方案。

一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有可执行的计算机程序，计算机程序被执行时实现智慧水务管网爆管关阀分析方法。

步骤S1中，获取最新的水务管网规划数据，基于水务管网规划数据创建管网拓扑结构图G。将已规划的水务管网数据转换为统一标准管网数据格式，考虑多种软件创建的管网数据格式不同，如WaterGEMS、Arcgis等，首先进行格式转换，将多种不同格式的管网数据转换为统一的数据格式类型。

依据水务管网数据创建管网拓扑结构图G，在管网拓扑结构图G中为节点和管段设置了编号，并描述了节点与管段的拓扑关系，以及节点和管段的GIS位置信息和属性信息，在图论中，使用点集{V}＝{v

节点的属性用于表征节点的类型以及节点是否可关闭，可以将阀门、连接点、水泵、水表、消火栓、闷头、水库、高位水池等都看作节点，在节点的属性中注明节点的类型，以及是否为可关闭的阀门、机泵等。

步骤S2中，使用RS+GPS+GIS的3S技术实时校正管网拓扑结构图G。管网拓扑结构图G用于描述节点与管段的拓扑关系，以及节点和管段的GIS位置信息和属性信息，使用RS图像和GPS数据实时校正管网拓扑结构图G。

由于实际建设与规划数据有所差别，直接使用水务管网数据得到的管网拓扑结构图G与实际管网可能会存在误差，因此本申请使用3S技术对管网拓扑结构图G进行实时校正。RS局部地下管网影像如图2所示，局部地下管网GIS图例如图3所示，水务管网GIS管网结构图例如图4所示，结合北斗卫星和高清RS图像数据对GIS数据进行校正，以保证管网拓扑结构图G能够与实际管网相对应。为了保证精确性，根据北斗卫星和高清RS图像的采集周期来校正管网拓扑结构图G，每次校正后，如果管网拓扑结构图G发生变化，则重新构建关阀方案库，如果没有发生变化，则继续下一次校正。

步骤S3中，将传感器设备与管网拓扑结构图G相关联，得到最新的管网模型。传感器设备包括安装在水务管网中的多个传感器，传感器用于检测水务管网中的压力、流量和流向信息，也可以增加温度等测量信息，根据传感器的安装位置，将传感器设备与管网拓扑结构图G关联，得到包含压力、流量和流向信息的管网模型，压力、流量和流向信息的取值可以根据传感器设备的历史测量数据，或使用传感器设备的常规数值。

步骤S4中，在管网模型中模拟不同的爆管事件，构建关阀方案库，包括以下步骤：

S41：选择i(1≤i≤K)个管段，在管网模型中模拟这i个管段发生爆管，得到一个i管段爆管事件，记录该爆管事件的爆管数量和爆管位置，以及在管网模型中模拟爆管事件时传感器设备测量数据的变化；

步骤S41中，以爆管位置为起点，找到距爆管位置最近的传感器设备，按照不同的步长降低该传感器设备的压力计数值，推演其他传感器设备的压力计数值，以及管网模型中的流量和流向信息，得到爆管事件对应的传感器设备测量数据变化；

S42：推演该爆管事件的关阀方案，得到爆管事件的所有关阀方案，将爆管事件、爆管事件对应的传感器设备测量数据变化和爆管事件的关阀方案加入关阀方案库；

步骤S42中，以爆管位置为起点，遍历相邻的节点和管段，找到距爆管位置最近的多个阀门，输出形成闭环结构的多个阀门位置作为一个关阀方案；

S43：执行步骤S41-S42，直至关阀方案库中包含所有的i管段爆管事件；

S44：改变i的值，执行步骤S41-S43，直至关阀方案库中包含所有的1管段爆管事件、所有的2管段爆管事件、…、所有的K管段爆管事件。

在实际构建关阀方案库时，可以先构建所有的1管段爆管事件的关阀方案，再构建所有的2管段爆管事件的关阀方案，…，最后构建所有的K管段爆管事件的关阀方案，如果管段的数量为E，则1管段爆管事件共有

在构建1管段爆管事件的关阀方案时，先遍历管道模型，选择一个管段作为爆管管段，模拟该管段发生爆管，以爆管位置为起点，找到距爆管位置最近的传感器设备，按照不同的步长降低该传感器设备的压力计数值，推演其他传感器设备的压力计数值，以及管网模型中的流量和流向信息，得到爆管事件对应的传感器设备测量数据变化；以爆管位置为起点，遍历相邻的节点和管段，找到距爆管位置最近的多个阀门，输出形成闭环结构的多个阀门位置作为一个关阀方案。

在模拟传感器设备测量数据变化时，按照不同的步长降低压力计数值，推演其他传感器设备的压力计数值，由于不同的压力值改变，可能会导致流向、流量发生改变，再推演得到的关阀方案也可能会有所不同。因此，一个爆管事件可能对应多个关阀方案。

同理，继续其他1管段爆管事件的关阀方案，得到所有的1管段爆管事件的关阀方案以及传感器设备测量数据变化后，继续构建2管段爆管事件的关阀方案，并记录模拟的传感器设备测量数据变化，推演关阀方案，直至完成K管段爆管事件的关阀方案，得到关阀方案库。

在关阀方案库中，存储着不同的爆管事件，以及爆管事件发生时传感器设备的测量数据变化、以及爆管事件对应的关阀方案。当水务管网中发生爆管事件时，根据爆管数量、爆管位置和水务管网中传感器设备测量数据的变化对比关阀方案库，在关阀方案库中找到最接近的爆管事件，并输出关阀方案。

每经过一段时间就使用3S技术对管网拓扑结构图G进行一次校正，如果管网拓扑结构图G发生变化，则重新构建关阀方案库，在爆管事件发生时使用最新的关阀方案库寻找关阀方案。水务管网的变更直接影响关阀方案库，由于水务管网的常规变更周期不大，所以每隔一段时间进行关阀方案库重构是完全可行的。本申请提供的关阀分析方法可应用于所有流体管网体系，在特殊流体作业管网中如果管网变更周期短，则需要保证变更周期不小于关阀方案库构建时间。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。