專利名稱：基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于給水管網(wǎng)運(yùn)行的模擬與仿真，特別涉及到給水管網(wǎng)事 件模型的建模方法。
背景技術(shù)：
給水管網(wǎng)模型技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，并隨 著兩者的發(fā)展而發(fā)展，如今，計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于分析 各類流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)計(jì)算。
目前己有的給水管網(wǎng)模型建模方法為延時(shí)模型(Extend period simulation)方法，只能描述管網(wǎng)水流的恒定流動(dòng)，不能描述管網(wǎng)流 動(dòng)狀態(tài)的變化過程，不能描述水泵，閥門等管網(wǎng)狀態(tài)控制構(gòu)件的狀態(tài) 變化對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型 建模方法，該方法能夠表達(dá)管網(wǎng)構(gòu)件狀態(tài)變化(事件)引發(fā)的管網(wǎng)狀 態(tài)變化的特征描述，能夠表現(xiàn)水泵，閥門，或管網(wǎng)用水點(diǎn)突發(fā)用水等 情況時(shí)管網(wǎng)的瞬態(tài)水力特征。
本發(fā)明的特征在于.-1基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型建模方法，其特征在于，所
述方法依次含有以下步驟
(1 )按以下步驟建立一個(gè)基于瞬變流分析的包含經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 的遠(yuǎn)傳終端和控制中心在內(nèi)的給水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬控制系統(tǒng)(1.1) 在至少包括水廠，水箱，泵站，關(guān)鍵控制閥門，給水管 網(wǎng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的各處都建立一個(gè)遠(yuǎn)傳終端，用于測(cè)量包含管 網(wǎng)物理構(gòu)件水壓，流量在內(nèi)的水力參數(shù)，以及至少包含閥門開度， 水泵轉(zhuǎn)速，控制閥門開度，水泵調(diào)速參數(shù)在內(nèi)的各機(jī)械、電子設(shè) 備的狀態(tài)參數(shù)，所述遠(yuǎn)傳終端包括作為工業(yè)對(duì)象的水泵、閥門、 水箱中設(shè)立的各類傳感器，工業(yè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集設(shè)備，工業(yè)對(duì)象狀 態(tài)控制設(shè)備以及第一交換機(jī)，其中-
工業(yè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送采集工業(yè)對(duì)象的水力參數(shù)和狀態(tài) 參數(shù)的指令，工業(yè)對(duì)象狀態(tài)控制設(shè)備發(fā)送控制工業(yè)對(duì)象狀態(tài)的指 令，并依次通過所述第一交換機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)與所述控制中心的主 站通信；
(1.2) 在自來水公司或水廠的中央控制室建立控制中心，并通 過所述通信網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)采集指令，設(shè)備控制指令并接收所述的 釆集數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析后，模擬所述管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)過程并顯示結(jié)果， 所述控制中心設(shè)有第二交換機(jī)，上位機(jī)，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，客戶 端，第三交換機(jī)，大屏幕顯示用工控機(jī)以及大屏幕顯示器，其中
第二交換機(jī)，與所述通信網(wǎng)絡(luò)連接；
上位機(jī)，接收、處理所述第二交換機(jī)發(fā)送的所述采集數(shù)據(jù)， 并轉(zhuǎn)發(fā)到所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，并在本機(jī)上顯示；向所述第二交換 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令及狀態(tài)控制指令；通過所述第三交換機(jī)與所 述大屏幕顯示用的工控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示指令，控制大屏幕 顯示圖像；服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，包括如下數(shù)據(jù)庫及分析軟件 今基于地理信息系統(tǒng)GIS的給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與時(shí)程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫；令基于所述的GIS的恒定流水力學(xué)分析模型；以節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程與管線能量方程為基礎(chǔ)，采用梯度法求解管網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)水壓，各個(gè)管線流量，其中計(jì)算公式為 節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程管線能量方程:其中Hi， Hj為i， j點(diǎn)水頭，h,j， Q,j為管線ij水頭損失，流量， r為阻力系數(shù)，n為流量指數(shù)， m為局部水頭損失系數(shù)，D,為i節(jié)點(diǎn)需水量，節(jié)點(diǎn)入流為正，出流為負(fù)； 令給水管網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算算法，用于實(shí)時(shí)估計(jì)各節(jié)點(diǎn)當(dāng)前 的用水量，按下述計(jì)算目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化，估計(jì)當(dāng)前各節(jié)點(diǎn)的用水量向量《<formula>formula see original document page 10</formula>其中^'表示測(cè)壓點(diǎn)i重要性權(quán)重，設(shè)定，^表示測(cè)流點(diǎn)j重要性權(quán)重，設(shè)定，m表示測(cè)壓點(diǎn)數(shù)，n表示測(cè)流點(diǎn)數(shù)，H 表示測(cè)壓點(diǎn)i水壓測(cè)量值，實(shí)測(cè)，
Ac表示測(cè)壓點(diǎn)i水壓估計(jì)計(jì)算值，
A"表示測(cè)流點(diǎn)j流量測(cè)量值，實(shí)測(cè)，
"c表示測(cè)流點(diǎn)j流量估計(jì)計(jì)算值； 今基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件分析模型，其中建立了 瞬變流計(jì)算水力學(xué)模型，其中-
運(yùn)動(dòng)方程^為
連續(xù)性方程^為
丄2 =//,+if; = 0
其中^為壓頭沿程變化率， A為壓頭當(dāng)?shù)刈兓剩?br> ^為速度沿程變化率， ^為速度當(dāng)?shù)刈兓剩?br> 20為單位質(zhì)量水流所受的摩擦阻力，/為 Darcy-Weisbach摩擦系數(shù)，已知，D為管線管徑，已知，
^為水流流速，取前一時(shí)步值，已知，
fl(為水擊波波速，a =
!;^_，其中"H表示水壓
變化值，"^表示水體密度變化相對(duì)量，^表示管線截 面面積變化相對(duì)量，"值可根據(jù)水體的壓縮性及管道材料的彈性計(jì)算得出，已知， g為重力加速度，
所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫分別與上位機(jī)，客戶端，第三交換機(jī) 互聯(lián)，
所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫通過所述第三交換機(jī)與所述大屏幕 顯示用的工控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示指令，控制大屏幕顯
示圖像；
客戶端，設(shè)有圖形用戶接口，用于與所述第二交換機(jī)通信， 并通過通信網(wǎng)絡(luò)向工業(yè)對(duì)象發(fā)送所述的工業(yè)對(duì)象水力參數(shù)與狀態(tài) 參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和工業(yè)對(duì)象狀態(tài)控制指令；同時(shí)，還與所述服務(wù) 器數(shù)據(jù)庫通信，發(fā)送數(shù)據(jù)訪問指令，調(diào)用給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及所 述上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的給水管網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，并調(diào)用所需的各種給水管網(wǎng) 分析算法并分析計(jì)算，又通過所述第三交換機(jī)與所述大屏幕顯示 用的工控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示指令，控制大屏幕顯示圖像； (2)所述客戶端按以下步驟建立基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件 模型，該模型分析從即時(shí)時(shí)刻Tcu,t起，某一時(shí)間段內(nèi)的給水管網(wǎng)即 時(shí)狀態(tài)變化過程
(2.1) 啟動(dòng)客戶端計(jì)算機(jī)，按以下步驟進(jìn)行
(2丄1)建立所述工業(yè)對(duì)象的事件集，其中包括所有工業(yè)對(duì) 象單元根據(jù)客戶端發(fā)出的工業(yè)設(shè)備控制指令或采集的工業(yè)設(shè) 備的狀態(tài)數(shù)據(jù)而得出的各工業(yè)對(duì)象狀態(tài)變化的時(shí)序曲線，其中 包括狀態(tài)變化的起始時(shí)間；(2丄2)設(shè)定模型分析即時(shí)時(shí)刻To^nt為模型分析起始時(shí)刻 Tstart;
(2丄3)設(shè)定事件發(fā)生的標(biāo)識(shí)符值，若在所述To^nt時(shí)刻， 工業(yè)對(duì)象狀態(tài)發(fā)生變化，則設(shè)定該工業(yè)對(duì)象事件觸發(fā)，事件發(fā)
生標(biāo)識(shí)符為真，否則為假； (2丄4 )將各個(gè)時(shí)刻各工業(yè)對(duì)象狀態(tài)變化引發(fā)的所有事件組
成的事件集中所有事件的觸發(fā)時(shí)間TEvents^與模型分析即時(shí)時(shí) 間Tc咖nt逐個(gè)比較，若TEventStar^TCurrent，則該事件標(biāo)記為有效 事件，否則，標(biāo)記為無效事件，有效事件組成的事件集稱為有
效事件集，無效事件組成的事件集稱為無效事件集；
(2.2) 比較模型分析即時(shí)時(shí)間Tcu^t與模型分析停止時(shí)間 Tstop，若T
Current
^Tst。p，終止分析，停止程序運(yùn)行，否則，轉(zhuǎn)步驟
(2.3)執(zhí)行；
(2.3) 在時(shí)刻Tcu^nt，客戶端依次通過第二交換機(jī)，通信網(wǎng)絡(luò)
向工業(yè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送所述工業(yè)對(duì)象水力參數(shù)與狀態(tài)參
數(shù)的采集指令，采集To^nt時(shí)刻工業(yè)對(duì)象的所述參數(shù)，并把所采
集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到所述的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；
(2.4) 客戶端從所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫調(diào)用所述給水管網(wǎng)狀態(tài)估 計(jì)計(jì)算算法，分析步驟(2.3)得到的所述采集數(shù)據(jù)，估計(jì)給水
管網(wǎng)在To^nt時(shí)刻的狀態(tài)；
(2.5) 判定To^nt時(shí)刻事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符，若事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符為
真，轉(zhuǎn)步驟(2.7)執(zhí)行，否則，轉(zhuǎn)步驟(2.6)執(zhí)行；(2.6) 客戶端向所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫調(diào)用所述恒定流水力計(jì)算
模型，分析To^nt時(shí)刻給水管網(wǎng)恒定流動(dòng)水力狀態(tài)，轉(zhuǎn)步驟(2.8)
執(zhí)行；
(2.7) 客戶端向所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫調(diào)用所述的瞬變流水力計(jì) 算模型，根據(jù)步驟(2丄1)所述的工業(yè)對(duì)象單元所述的狀態(tài)變化 的時(shí)序曲線，應(yīng)用所述的連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程分析觸發(fā)時(shí)間為
Ta rent的管網(wǎng)事件引發(fā)的給水管網(wǎng)水力瞬態(tài)變化時(shí)序過程，若事
件分析結(jié)束，則將已分析事件標(biāo)記為無效事件，從有效事件集中
刪除，加入到無效事件集中，轉(zhuǎn)步驟(2.8)執(zhí)行；
(2.8) 客戶端在本機(jī)顯示器上或通過第三交換機(jī)與大屏幕顯 示器用的工控機(jī)在大屏幕上顯示管網(wǎng)狀態(tài)的時(shí)程變化情況；
(2.9) 根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的模型分析時(shí)間步長(zhǎng)AT，計(jì)算 Tc,nt=TCurrent+AT，將所得到的To^nt與有效事件集中的最早觸
發(fā)事件的觸發(fā)時(shí)間TMin-Eventstart相比較，如果Tc:urren^TMin
-EventStart ，
則TCurrent=TMin_EventStart，同時(shí)，將事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符設(shè)定為真，否則， 將事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符設(shè)定為假，重復(fù)步驟(2.2) ~步驟(2.8)。 本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，建立了監(jiān)測(cè)管網(wǎng)狀態(tài)的遠(yuǎn)傳 終端，并根據(jù)遠(yuǎn)傳終端的采集數(shù)據(jù)估計(jì)給水管網(wǎng)的狀態(tài)，再根據(jù)遠(yuǎn)傳 終端的采集數(shù)據(jù)或遠(yuǎn)傳終端中工業(yè)對(duì)象的狀態(tài)控制數(shù)據(jù)，應(yīng)用基于瞬 變流分析的給水管網(wǎng)事件模型算法，分析管網(wǎng)設(shè)備時(shí)程狀態(tài)變化引發(fā) 的事件對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)的影響，該建模方法不僅能夠描述管網(wǎng)的恒定流 動(dòng)，而且能夠描述管網(wǎng)事件，即管網(wǎng)構(gòu)件的狀態(tài)變化，對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)的影響，能夠更為精細(xì)(小時(shí)間尺度，考慮水體及管道材料的壓縮性及 彈性)的對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)變化過程進(jìn)行描述，可更好的應(yīng)用于管網(wǎng)的運(yùn)行 管理，顯著提高管網(wǎng)管理水平及服務(wù)質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型建模方法工 作的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型建模方法工 作的流程結(jié)構(gòu)示意圖1中
1，工業(yè)對(duì)象 2，采集設(shè)備 3，控制設(shè)備4-l，第一交換機(jī) 5，通訊網(wǎng)絡(luò)4-2，第二交換機(jī)6，上位機(jī) 7，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫 8，客戶端4_3，第三交換機(jī)9，工控機(jī) 10，大屏幕顯示器 A，遠(yuǎn)傳終端B，控制中心。 實(shí)施方式
基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型建模方法，由控制中心B， 若干個(gè)遠(yuǎn)傳終端A，以及通信網(wǎng)絡(luò)組成。其中，控制中心B—般設(shè)置 于自來水公司或主要水廠中央控制室，遠(yuǎn)傳終端A —般設(shè)置于水廠， 水箱，泵站，關(guān)鍵控制閥門及給水管網(wǎng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等處， 一般用于測(cè) 量所述管網(wǎng)工業(yè)對(duì)象的水壓，流量等水力參數(shù)及所述工業(yè)對(duì)象的狀態(tài) 參數(shù)(如閥門的開度，水泵的轉(zhuǎn)速等)以及控制閥門的開度變化，水 泵調(diào)速等機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)變化?？刂浦行目傉九c遠(yuǎn)傳終端之間由通信 網(wǎng)絡(luò)連接，用于傳送采集數(shù)據(jù)指令，設(shè)備控制指令以及所述采集數(shù)據(jù)；并由控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，管網(wǎng)狀態(tài)過程變化模擬，并對(duì)模擬結(jié)果
顯不等。
在圖1中，控制中心B由第二交換機(jī)，上位機(jī)，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫, 客戶端，第三交換機(jī)，工控機(jī)，大屏幕顯示器按圖l所示連接組成； 用于給水管網(wǎng)遠(yuǎn)傳終端設(shè)備狀態(tài)控制，控制給水管網(wǎng)的遠(yuǎn)傳終端采集 數(shù)據(jù)，接收遠(yuǎn)傳終端傳回的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析，估計(jì)管 網(wǎng)即時(shí)狀態(tài)，判定管網(wǎng)是否有事件發(fā)生，模擬管網(wǎng)的事件過程，并在 客戶端或大屏幕顯示器上顯示管網(wǎng)的狀態(tài)變化過程。上位機(jī)中設(shè)置有 工控軟件，用于接收第二交換機(jī)發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)處理并 轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，在本機(jī)上顯示所述采集數(shù)據(jù)；同時(shí)上位機(jī)可用 于發(fā)送采集工業(yè)對(duì)象狀態(tài)數(shù)據(jù)，控制工業(yè)對(duì)象狀態(tài)的指令。服務(wù)器數(shù) 據(jù)庫中設(shè)置有基于GIS的給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與時(shí)程(隨時(shí)間變化的管 網(wǎng)動(dòng)態(tài))數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，基于GIS的恒定流水力計(jì)算模型，給水管網(wǎng)狀 態(tài)估計(jì)計(jì)算算法，基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件分析模型；用于接 收上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的管網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)；用于接受客戶端的請(qǐng)求，運(yùn)行管網(wǎng)模 型分析計(jì)算。客戶端中設(shè)置有圖形用戶接口 (GUI)，用于與第二交 換機(jī)通信，發(fā)送所述工業(yè)對(duì)象水力參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)采集指令與工業(yè)對(duì) 象狀態(tài)控制指令；與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫通信，發(fā)送數(shù)據(jù)訪問指令，調(diào)用給 水管網(wǎng)模型分析算法；通過第三交換機(jī)與工控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示 命令，控制大屏幕顯示器圖像顯示。
遠(yuǎn)傳終端A設(shè)置于水廠，水箱，泵站，關(guān)鍵控制閥門及給水管 網(wǎng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等處，由工業(yè)對(duì)象，采集設(shè)備，控制設(shè)備，第一交換機(jī)按圖1所示連接組成；用于通過通信網(wǎng)絡(luò)接收控制中心的數(shù)據(jù)采集指 令與設(shè)備狀態(tài)控制指令，由控制設(shè)備控制工業(yè)對(duì)象狀態(tài)或采集設(shè)備采 集工業(yè)對(duì)象所述的水力參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)將工業(yè)對(duì)象 的所述參數(shù)傳回控制中心，也可直接在遠(yuǎn)傳終端設(shè)置控制指令或數(shù)據(jù) 采集指令，并直接將所述數(shù)據(jù)傳回控制中心。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案參見圖1、圖2，它結(jié)合了給水管網(wǎng)恒定 流動(dòng)分析與瞬變流分析方法，既可以用于表達(dá)給水管網(wǎng)的恒定流動(dòng)狀 態(tài)，又可用于表現(xiàn)事件發(fā)生之時(shí)管網(wǎng)的瞬態(tài)響應(yīng)，目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，
該技術(shù)方案具體包括有
1工業(yè)對(duì)象，包括水泵，閥門，水箱液位計(jì)，流量傳感器，水 壓傳感器，工業(yè)對(duì)象為數(shù)據(jù)采集對(duì)象及管網(wǎng)狀態(tài)控制對(duì)象，管網(wǎng)的狀 態(tài)變化是由于水泵，閥門的狀態(tài)變化及用水點(diǎn)的流量，水壓變化而引 發(fā)的；
2工業(yè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用于采集工業(yè)對(duì)象的狀態(tài)數(shù)據(jù)， 一般 包括PLC (可編程邏輯控制器)及數(shù)據(jù)采集的電子元件與機(jī)械結(jié)構(gòu)， 其中PLC包含(l)CPU，用于接受指令，或運(yùn)行已經(jīng)設(shè)定的指令， 采集/測(cè)量數(shù)據(jù)或控制工業(yè)對(duì)象狀態(tài)改變。(2)模擬量I/0模塊，與各 種檢測(cè)元件及執(zhí)行元件數(shù)據(jù)通信(3)通訊模塊，與交換機(jī)連接，用 于與控制中心通訊；
3工業(yè)對(duì)象狀態(tài)控制設(shè)備，用于控制工業(yè)對(duì)象的狀態(tài)， 一般包括 PLC及控制相關(guān)的電子元件與機(jī)械結(jié)構(gòu)；
4第一交換機(jī)，用于數(shù)據(jù)采集設(shè)備，控制設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)的連接，若一個(gè)測(cè)點(diǎn)只有單個(gè)設(shè)備，可以不用安設(shè)交換機(jī)；
以上1-4單元如圖1所示連接，組成了整個(gè)遠(yuǎn)傳終端(RTU， Remote Terminal Unit),用于管網(wǎng)構(gòu)件狀態(tài)采集及狀態(tài)控制；
5通信網(wǎng)絡(luò)，用于各個(gè)遠(yuǎn)傳終端與控制中心之間的通信聯(lián)系；
6第二交換機(jī)，用于控制中心中管理層各設(shè)備，包括上位機(jī)、 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫、客戶端，與通信網(wǎng)絡(luò)的連接；
7上位機(jī)，包括工控軟件，用于接收第二交換機(jī)發(fā)送的采集數(shù)據(jù)， 將相關(guān)數(shù)據(jù)處理并轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，在本機(jī)上顯示采集數(shù)據(jù)；同 時(shí)用于發(fā)送采集工業(yè)對(duì)象所述水力數(shù)據(jù)與狀態(tài)數(shù)據(jù)指令，以及發(fā)送控 制工業(yè)對(duì)象狀態(tài)的指令；
8服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，包括:基于GIS的給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與時(shí)程(隨 時(shí)間變化的管網(wǎng)動(dòng)態(tài))數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，基于GIS的恒定流水力計(jì)算模型， 給水管網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算算法，基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件分析模 型；用于接收上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的管網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)；用于接受客戶端的請(qǐng)求， 運(yùn)行管網(wǎng)模型分析計(jì)算；
9客戶端，包括圖形用戶接口 (GUI)，用于與第二交換機(jī)通信， 發(fā)送工業(yè)設(shè)備參數(shù)采集指令與控制指令；還與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫通信，發(fā) 送數(shù)據(jù)訪問指令，調(diào)用給水管網(wǎng)模型分析算法；通過第三交換機(jī)與工 控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示命令，控制大屏幕顯示器圖像顯示；
10 第三交換機(jī)，用于主站管理層設(shè)備，包括上位機(jī)、服務(wù) 器數(shù)據(jù)庫、客戶端，與大屏幕顯示器工控機(jī)的連接；
11 大屏幕顯示器工控機(jī)，用于大屏幕顯示器顯示控制；12 大屏幕顯示器，用于管網(wǎng)狀態(tài)變化過程的顯示及其它情況 的顯示；
以上6-12單元如圖1所示連接，部署于控制中心，通過通信網(wǎng) 絡(luò)與各個(gè)遠(yuǎn)傳終端通信，用于管網(wǎng)工業(yè)對(duì)象所述數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)控 制，給水管網(wǎng)狀態(tài)過程模擬，顯示；
基于以上技術(shù)方案的給水管網(wǎng)事件模型建模方法還包括以下建 模步驟，見圖2:
a啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，設(shè)定模型分析起始時(shí)間，并將模型分析起始時(shí)間 Tstw賦予模型分析即時(shí)時(shí)間TCurrent;
b判定即時(shí)時(shí)間To^nt是否大于等于模型分析終止時(shí)間Tst。p，若 為真，則終止模型分析，若為假，則繼續(xù)以下分析；
c客戶端發(fā)送指令采集各個(gè)工業(yè)對(duì)象在To^M時(shí)刻水力參數(shù)及 狀態(tài)參數(shù)，采集設(shè)備采集To^M時(shí)刻工業(yè)對(duì)象所述參數(shù)，并將所述采
集數(shù)據(jù)傳回服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；
d運(yùn)行服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的給水管網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算算法，分析 步驟c傳回的TCurrent時(shí)刻采集數(shù)據(jù)，估計(jì)給水管網(wǎng)TCurrent時(shí)刻狀態(tài)；
e檢測(cè)事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符，判定To^nt時(shí)刻是否有事件發(fā)生，若事
件發(fā)生標(biāo)識(shí)符為假，則轉(zhuǎn)到步驟f執(zhí)行，若為真，則轉(zhuǎn)到步驟g執(zhí)行；
f運(yùn)行服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的恒定流水力計(jì)算模型，分析To^w 時(shí)刻給水管網(wǎng)狀態(tài)，然后，轉(zhuǎn)到步驟h執(zhí)行；
g運(yùn)行服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件 分析模型，分析To^nt時(shí)刻給水管網(wǎng)狀態(tài)，然后，轉(zhuǎn)到步驟h執(zhí)行；h輸出Tcu^t時(shí)刻起，管網(wǎng)即時(shí)狀態(tài)變化過程，并在客戶端或大
屏幕顯示器上顯示管網(wǎng)的狀態(tài)變化過程；
i計(jì)算模型分析時(shí)間步長(zhǎng)AT，計(jì)算模型分析即時(shí)時(shí)間 TCurrent=TCurrent+AT，轉(zhuǎn)到步驟b執(zhí)行。
權(quán)利要求
1基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型建模方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步驟(1)按以下步驟建立一個(gè)基于瞬變流分析的包含經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的遠(yuǎn)傳終端和控制中心在內(nèi)的給水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬控制系統(tǒng)(1.1)在至少包括水廠，水箱，泵站，關(guān)鍵控制閥門，給水管網(wǎng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的各處都建立一個(gè)遠(yuǎn)傳終端，用于測(cè)量包含管網(wǎng)物理構(gòu)件水壓，流量在內(nèi)的水力參數(shù)，以及至少包含閥門開度，水泵轉(zhuǎn)速，控制閥門開度，水泵調(diào)速參數(shù)在內(nèi)的各機(jī)械、電子設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，所述遠(yuǎn)傳終端包括作為工業(yè)對(duì)象的水泵、閥門、水箱中設(shè)立的各類傳感器，工業(yè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集設(shè)備，工業(yè)對(duì)象狀態(tài)控制設(shè)備以及第一交換機(jī)，其中工業(yè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送采集工業(yè)對(duì)象的水力參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的指令，工業(yè)對(duì)象狀態(tài)控制設(shè)備發(fā)送控制工業(yè)對(duì)象狀態(tài)的指令，并依次通過所述第一交換機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)與所述控制中心的主站通信；(1.2)在自來水公司或水廠的中央控制室建立控制中心，并通過所述通信網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)采集指令，設(shè)備控制指令并接收所述的采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析后，模擬所述管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)過程并顯示結(jié)果，所述控制中心設(shè)有第二交換機(jī)，上位機(jī)，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，客戶端，第三交換機(jī)，大屏幕顯示用工控機(jī)以及大屏幕顯示器，其中第二交換機(jī)，與所述通信網(wǎng)絡(luò)連接；上位機(jī)，接收、處理所述第二交換機(jī)發(fā)送的所述采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，并在本機(jī)上顯示；向所述第二交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令及狀態(tài)控制指令；通過所述第三交換機(jī)與所述大屏幕顯示用的工控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示指令，控制大屏幕顯示圖像；服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，包括如下數(shù)據(jù)庫及分析軟件 id="icf0001" file="A2008101157130003C1.tif" wi="3" he="3" top= "84" left = "44" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>基于地理信息系統(tǒng)GIS的給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與時(shí)程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫； id="icf0002" file="A2008101157130003C2.tif" wi="3" he="3" top= "106" left = "44" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>基于所述的GIS的恒定流水力學(xué)分析模型； id="icf0003" file="A2008101157130003C3.tif" wi="3" he="3" top= "117" left = "44" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>給水管網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算算法，用于實(shí)時(shí)估計(jì)各節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的用水量，按下述計(jì)算目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化，估計(jì)當(dāng)前各節(jié)點(diǎn)的用水量向量 id="icf0004" file="A2008101157130003C4.tif" wi="4" he="6" top= "137" left = "71" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/><maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>MinJ</mi><mrow> <mo>(</mo> <mover><mi>q</mi><mo>&OverBar;</mo> </mover> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msub> <mi>W</mi> <mi>pi</mi></msub><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>im</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>ic</mi></msub> </mrow> <msub><mi>H</mi><mi>im</mi> </msub></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>W</mi> <mi>fj</mi></msub><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>Q</mi> <mi>jm</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Q</mi> <mi>jc</mi></msub> </mrow> <msub><mi>Q</mi><mi>jm</mi> </msub></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow>]]></math></maths>其中Wpi表示測(cè)壓點(diǎn)i重要性權(quán)重，設(shè)定，Wfj表示測(cè)流點(diǎn)j重要性權(quán)重，設(shè)定，m表示測(cè)壓點(diǎn)數(shù)，n表示測(cè)流點(diǎn)數(shù)，Him表示測(cè)壓點(diǎn)i水壓測(cè)量值，實(shí)測(cè)，Hic表示測(cè)壓點(diǎn)i水壓估計(jì)計(jì)算值，Qjm表示測(cè)流點(diǎn)j流量測(cè)量值，實(shí)測(cè)，Qjc表示測(cè)流點(diǎn)j流量估計(jì)計(jì)算值； id="icf0006" file="A2008101157130003C6.tif" wi="3" he="3" top= "243" left = "44" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件分析模型，其中建立了瞬變流計(jì)算水力學(xué)模型，其中運(yùn)動(dòng)方程L1為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>gH</mi> <mi>x</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>t</mi></msub><mo>+</mo><mfrac> <mi>f</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>D</mi> </mrow></mfrac><mi>V</mi><mo>|</mo><mi>V</mi><mo>|</mo><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow>]]></math></maths>連續(xù)性方程L2為<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>t</mi></msub><mo>+</mo><mfrac> <msup><mi>a</mi><mn>2</mn> </msup> <mi>g</mi></mfrac><msub> <mi>V</mi> <mi>x</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow>]]></math></maths>其中Hx為壓頭沿程變化率，Ht為壓頭當(dāng)?shù)刈兓?，Vx為速度沿程變化率，Vt為速度當(dāng)?shù)刈兓剩?id="icf0009" file="A2008101157130004C3.tif" wi="16" he="9" top= "111" left = "53" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>為單位質(zhì)量水流所受的摩擦阻力，f為Darcy-Weisbach摩擦系數(shù)，已知，D為管線管徑，已知，V為水流流速，取前一時(shí)步值，已知，a為水擊波波速，<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><mrow> <mi>g</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>dH</mi></mrow><mrow> <mi>d&rho;</mi> <mo>/</mo> <mi>&rho;</mi> <mo>+</mo> <mi>dA</mi> <mo>/</mo> <mi>A</mi></mrow> </mfrac></msqrt><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0010" file="A2008101157130004C4.tif" wi="33" he="15" top= "150" left = "87" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中dH表示水壓變化值，dρ/ρ表示水體密度變化相對(duì)量，dA/A表示管線截面面積變化相對(duì)量，a值可根據(jù)水體的壓縮性及管道材料的彈性計(jì)算得出，已知，g為重力加速度，所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫分別與上位機(jī)，客戶端，第三交換機(jī)互聯(lián)，所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫通過所述第三交換機(jī)與所述大屏幕顯示用的工控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示指令，控制大屏幕顯示圖像；客戶端，設(shè)有圖形用戶接口，用于與所述第二交換機(jī)通信，并通過通信網(wǎng)絡(luò)向工業(yè)對(duì)象發(fā)送所述的工業(yè)對(duì)象水力參數(shù)與狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和工業(yè)對(duì)象狀態(tài)控制指令；同時(shí)，還與所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫通信，發(fā)送數(shù)據(jù)訪問指令，調(diào)用給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及所述上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的給水管網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，并調(diào)用所需的各種給水管網(wǎng)分析算法并分析計(jì)算，又通過所述第三交換機(jī)與所述大屏幕顯示用的工控機(jī)連接，發(fā)送圖象顯示指令，控制大屏幕顯示圖像；(2)所述客戶端按以下步驟建立基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型，該模型分析從即時(shí)時(shí)刻TCurrent起，某一時(shí)間段內(nèi)的給水管網(wǎng)即時(shí)狀態(tài)變化過程(2.1)啟動(dòng)客戶端計(jì)算機(jī)，按以下步驟進(jìn)行(2.1.1)建立所述工業(yè)對(duì)象的事件集，其中包括所有工業(yè)對(duì)象單元根據(jù)客戶端發(fā)出的工業(yè)設(shè)備控制指令或采集的工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)而得出的各工業(yè)對(duì)象狀態(tài)變化的時(shí)序曲線，其中包括狀態(tài)變化的起始時(shí)間；(2.1.2)設(shè)定模型分析即時(shí)時(shí)刻TCurrent為模型分析起始時(shí)刻TStart；(2.1.3)設(shè)定事件發(fā)生的標(biāo)識(shí)符值，若在所述TCurrent時(shí)刻，工業(yè)對(duì)象狀態(tài)發(fā)生變化，則設(shè)定該工業(yè)對(duì)象事件觸發(fā)，事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符為真，否則為假；(2.1.4)將各個(gè)時(shí)刻各工業(yè)對(duì)象狀態(tài)變化引發(fā)的所有事件組成的事件集中所有事件的觸發(fā)時(shí)間TEventStart與模型分析即時(shí)時(shí)間TCurrent逐個(gè)比較，若TEventStart≥TCurrent，則該事件標(biāo)記為有效事件，否則，標(biāo)記為無效事件，有效事件組成的事件集稱為有效事件集，無效事件組成的事件集稱為無效事件集；(2.2)比較模型分析即時(shí)時(shí)間TCurrent與模型分析停止時(shí)間TStop，若TCurrent≥TStop，終止分析，停止程序運(yùn)行，否則，轉(zhuǎn)步驟(2.3)執(zhí)行；(2.3)在時(shí)刻TCurrent，客戶端依次通過第二交換機(jī)，通信網(wǎng)絡(luò)向工業(yè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送所述工業(yè)對(duì)象水力參數(shù)與狀態(tài)參數(shù)的采集指令，采集TCurrent時(shí)刻工業(yè)對(duì)象的所述參數(shù)，并把所采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到所述的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；(2.4)客戶端從所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫調(diào)用所述給水管網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算算法，分析步驟(2.3)得到的所述采集數(shù)據(jù)，估計(jì)給水管網(wǎng)在TCurrent時(shí)刻的狀態(tài)；(2.5)判定TCurrent時(shí)刻事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符，若事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符為真，轉(zhuǎn)步驟(2.7)執(zhí)行，否則，轉(zhuǎn)步驟(2.6)執(zhí)行；(2.6)客戶端向所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫調(diào)用所述恒定流水力計(jì)算模型，分析TCurrent時(shí)刻給水管網(wǎng)恒定流動(dòng)水力狀態(tài)，轉(zhuǎn)步驟(2.8)執(zhí)行；(2.7)客戶端向所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫調(diào)用所述的瞬變流水力計(jì)算模型，根據(jù)步驟(2.1.1)所述的工業(yè)對(duì)象單元所述的狀態(tài)變化的時(shí)序曲線，應(yīng)用所述的連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程分析觸發(fā)時(shí)間為TCurrent的管網(wǎng)事件引發(fā)的給水管網(wǎng)水力瞬態(tài)變化時(shí)序過程，若事件分析結(jié)束，則將已分析事件標(biāo)記為無效事件，從有效事件集中刪除，加入到無效事件集中，轉(zhuǎn)步驟(2.8)執(zhí)行；(2.8)客戶端在本機(jī)顯示器上或通過第三交換機(jī)與大屏幕顯示器用的工控機(jī)在大屏幕上顯示管網(wǎng)狀態(tài)的時(shí)程變化情況；(2.9)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的模型分析時(shí)間步長(zhǎng)ΔT，計(jì)算TCurrent＝TCurrent+ΔT，將所得到的TCurrent與有效事件集中的最早觸發(fā)事件的觸發(fā)時(shí)間TMin-EventStart相比較，如果TCurrent≥TMin-EventStart，則TCurrent＝TMin-EventStart，同時(shí)，將事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符設(shè)定為真，否則，將事件發(fā)生標(biāo)識(shí)符設(shè)定為假，重復(fù)步驟(2.2)～步驟(2.8)。
全文摘要
基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件模型建模方法屬于給水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬領(lǐng)域，其特征在于，硬件包括部署于現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)對(duì)象及其狀態(tài)采集與控制設(shè)備，通訊網(wǎng)絡(luò)，部署于控制中心的上位機(jī)，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，客戶端，大屏幕顯示單元；軟件包括部署于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的基于GIS的給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與時(shí)程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，恒定流水力計(jì)算模型，給水管網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算算法，基于瞬變流分析的給水管網(wǎng)事件分析模型，及部署于客戶端的GUI接口。通過測(cè)點(diǎn)水壓，流量數(shù)據(jù)，工業(yè)對(duì)象狀態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)用所述管網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)算法估計(jì)管網(wǎng)狀態(tài)，應(yīng)用所述管網(wǎng)事件分析模型分析管網(wǎng)水力瞬態(tài)變化過程，將管網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)變化過程在客戶端或大屏幕顯示設(shè)備上表現(xiàn)，反應(yīng)管網(wǎng)狀態(tài)變化過程。
文檔編號(hào)G05B17/02GK101308364SQ20081011571
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者劉江濤, 周玉文, 汪明明, 謝善斌, 邢麗云 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)