1.一种基于动态过程的供水管网暗漏识别方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤1、求解供水管网压力监测点敏感度矩阵
(1)压力灵敏度矩阵
采用EPANET为供水管网建立水力模型,给节点n添加一个射流器系数的形式模拟漏损,得监测点i压力的变化值ΔHi和节点n自身压力变化值ΔHn,从而求得监测点的灵敏度系数λni,据此计算得到所有压力监测点的灵敏度系数矩阵M;
(2)极差标准化
对压力灵敏度系数矩阵M采取极差标准化处理,得到矩阵M′,经过极差标准化之后矩阵M′中任一元素取值范围在[0,1]之间;
步骤2、基于K-means++聚类将管网划为若干漏损分区,且每个分区中至少有一个压力监测点;
步骤3、设计暗漏过程仿真实验,生成暗漏样本
每组仿真实验试行10次单漏点漏损24小时延时模拟,逐次增加漏点的射流器系数,以形成反映暗漏发展趋势的样本数据,同时在每组10次仿真实验中令相邻两次实验的射流器系数变化的最小间隔为0.1;根据暗漏实验设计要求利用EPANET水力模拟软件随机生成超过10000组的暗漏事例,建立暗漏演化过程数据库;
步骤4、建立并训练基于随机森林的暗漏区域识别模型对每组10次实验监测点收集的数据进行优化降维处理,提取三种暗漏特征,从而来表征时序数据的特征;
建立基于随机森林的暗漏区域识别模型,其训练过程主要分为3个步骤
4-1、对N棵决策树组成的随机森林,对训练集做有放回的bagging随机抽样,其中每一个训练样本都代表着一组暗漏实验中的暗漏特征;生成N个训练样本集合,产生多个重复的样本集,避免决策树得到局部最优解;
4-2、对单个决策树从子训练集A个属性变量中选用a个,并对决策树进行训练;
4-3、对下一个决策树重复4-2的操作,直至训练完所有的决策树,则形成了随机森林暗漏区域识别模型;
步骤5、根据实际压力、流量数据识别暗漏区域
将训练得到的暗漏区域识别模型应用于实际管网中:
5-1、从SCADA中按日期顺序、按不等间隔抽取10次24小时管网监测点实测数据;
5-2、对采集到的实测数据做降维处理提取暗漏特征,形成一个暗漏演化特征数据集,输入到基于随机森林的暗漏识别分类模型;
5-3、若输入的压力流量数据符合暗漏特征,基于随机森林的暗漏区域分类模型输出漏损分区的编号。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态过程的供水管网暗漏识别方法,其特征在于:步骤2具体是
2-1、在目标数据中随机选取某一样本数据作为第一个初始聚类中心;
2-2、分别计算每个样本数据与已确定初始聚类中心之间的最短距离,计算每个样本数据被选为下一个聚类中心的概率,之后按照概率选择距离最大的样本作为聚类中心;
2-3、重复步骤2-2,最终可得到所有的聚类中心;
2-4、计算样本与各个聚类中心的相似度,以最小化欧式距离为度量标准,得到指定的多个漏损分区结果。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态过程的供水管网暗漏识别方法,其特征在于:步骤3中具体的暗漏过程仿真实验设计步骤如下:
3-1、随机选取一个管网节点,任意选择一组暗漏射流器系数;
3-2、在EPANET上设置暗漏射流系数组第一次的系数,同时添加指定的需水量噪声;模拟步长S,记录监测点的时序数据,其中5分钟
3-3、不改变节点,选择下一次的暗漏射流系数,同时添加指定的需水量噪声,记录监测点的时序数据;
3-4、重复步骤3-3直到第10次的暗漏24小时延时模拟结束;
经过上述步骤,采用10次24小时延时模拟代表暗漏演化过程的10个片段,形成一组暗漏样本。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态过程的供水管网暗漏识别方法,其特征在于:步骤4中的三种暗漏特征包括时序数据均值、模糊熵和傅里叶变换系数。