【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于城市供水管网设计，涉及管网布点监测，尤其涉及一种基于密度峰值聚类改进围绕中心点划分算法的供水管网压力监测点布置方法。
技术介绍
1、市政供水管网由管道、配件和附属设施组成，是保证一个城市经济发展和生活水平的重要基础设施，是城市生存和发展的生命线。但是由于城市用水量的不断增加和管网使用年限的增长，市政供水管网逐渐暴露出较大范围的漏损情况，如不及时处理，会出现爆管等安全事故，造成水资源的浪费和经济损失。
2、为了保障给水管网安全运行，实现给水管网优化调度，首先需要一定数量的监测点对整个给水系统的运行信息进行采集，通过处理、分析由优化后的监测点采集到的管道数据，能有效全面地反映管道运行状态。采集的数据必须既具有准确性又具有代表性，采集的数据的代表性，即监测点数量及位置问题，给水管网监测点布置方案直接影响到监测点监测数据的质量。所以，在建立给水管网模型之前必须先确定给水管网监测点优化布置方案，以最少监测节点覆盖整个监测区域。
3、压力监测点布置方法发展至今，按其发展过程可分为人工经验法和理论分析法两大类，具体介绍如下：人工经验法，是管理者基于对供水管网的熟悉掌握进行手动布置压力监测点，经验布置法的对象大多为简单的小型供水管网且布置较为主观，运用经验法选取的监测点布置方案往往会因为监测点的位置和数量之间的数学关系不匹配，其布置方案往往缺乏相应的合理性，只能提供供水管网大概的调度信息和基本的水力运行信息。并且对于结构复杂的大型环状管网由于依靠经验并无法完全熟知全部管网的运行状况，所以经验布置法已不能满足
4、申请号为202010053680.9的专利技术专利公开了一种基于cfsfdp聚类算法的给水管网压力监测点布置方法。使用模拟软件构建管网模型，在管网模型上密集布设压力监测点，记录所有压力监测点的坐标；分别为管网模型配置正常工况和漏损工况，获取所有压力监测点在不同工况下的压力数据，计算每个压力监测点的压力影响度和差异系数；利用压力监测点的坐标、压力影响度和差异系数构建原始数据集，将原始数据集输入cfsfdp算法，得到聚类结果；以所有的聚类中心作为压力监测点的布置位置。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于密度峰值聚类改进围绕中心点划分算法的供水管网压力监测点布置方法，基于dpc算法可以避免pam算法中选出的初始聚类中心过于相近而导致聚类结果的不稳定，同时也避免了在同一簇中选择多个初始聚类中心而忽略数据对象较少的簇，进而确认当前聚类中心数目下的最优压力监测点布置方案，在更贴近真实供水管网特性的同时提高了后续压力监测点布置的可靠性。
2、第一方面，本专利技术提出了一种基于密度峰值聚类改进围绕中心点划分算法的供水管网压力监测点布置方法，所述方法通过密度峰值聚类dpc算法改进围绕中心点划分pam算法进行供水管网压力监测点布置以用于供水管网压力监测，所述方法包括：
3、建立供水管网水力模型，并执行水力分析后获取基于管网结构和运行状况的模型参数信息；
4、基于所述模型参数信息生成供水管网的节点特征矩阵；
5、将所述节点特征矩阵通过dpc算法执行供水管网的划分和处理生成初始聚类中心c′；
6、基于所述pam算法对所述初始聚类中心c′进行处理后生成聚类中心p，根据所述聚类中心p完成所述供水管网压力监测点布置以用于供水管网压力监测。
7、进一步的，建立供水管网水力模型，并执行水力分析后获取基于管网结构和运行状况的模型参数信息的步骤具体包括：
8、根据实际供水管网的拓扑关系和管件运行参数建立供水管网水力模型，在所述供水管网水力模型中设定n个节点和m条管段；
9、基于所述供水管网水力模型执行水力分析，生成基于管网结构和运行状况的模型参数信息，所述模型参数信息包括各节点的位置坐标需水量q＝[q1,q2,...,qi]和压力值h＝[h1,h2,...,hi]，其中，i＝1,2,...,n。
10、进一步的，基于所述模型参数信息生成供水管网的节点特征矩阵的步骤具体包括：
11、在供水管网中通过逐个节点增加需水量来模拟泄漏，在第j个节点处设置喷射系数α与泄漏流量指数β，利用公式计算出该节点泄漏流量值qj，并执行水力分析，获取供水管网模拟各节点泄漏工况下管网所有节点的压力值h′：
12、
13、其中，hji表示当第j个节点发生泄漏时第i个节点的压力值，j＝1,2,...,n；
14、根据所述压力值h和压力值h′计算出节点j对节点i的影响系数x(i,j)并构建影响系数矩阵x：
15、
16、式中：hi、hj为供水管网无泄漏工况下节点i和节点j的压力值；hji、hjj为供水管网在节点j在泄漏工况下节点i的压力值；
17、
18、对所述影响系数矩阵x进行处理后得到矩阵x″和矩阵x″(i,j)：
19、
20、式中：x′jmax为x′第j列的最大值，x′jmin为x′第j列的最小值，的最小值，表示影响系数矩阵x的各列元素平均值，sj表示影响系数矩阵x的各列元素标准差；
21、基于所述矩阵x″(i,j)计算供水管网的节点j与供水管网n个节点中除节点j之外其他节点之间的平均欧式距离差矩阵r：
22、
23、通过以下公式计算节点j与供水管网n个节点中除节点j之外其他节点之间平均欧氏距离差的均值：
24、
25、将平均欧氏距离差的均值定义为供水管网n个节点的泄漏点灵敏度，构建供水管网各节点的泄漏点灵敏度矩阵
26、根据各节点的位置坐标与泄漏点灵敏度矩阵构成节点特征矩阵
27、进一步的，将所述节点特征矩阵通过dpc算法执行供水管网的划分和处理生成初始聚类中心c′的步骤具体包括：
28、将节点特征矩阵w定义为样本点集合：
29、w＝{y1,y2,…,yn}t
30、其中：
31、
32、输入数据集w＝{y1,y2,…,yn}t，设定簇的数量为t；
33、计算样本点yi和yj之间的欧式距离，公式如下；
34、
35、式中：表示样本点yi的第k个元素值；表示样本点yj的第k个元素值，k为数据集w的维数；
36、将样本点yi和yj之间的欧式距离矩阵定义为以下形式：
37、d＝{d1,d2,…,dn}t
38、其中：
39、d1＝{d11 d1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于密度峰值聚类改进围绕中心点划分算法的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，所述方法通过密度峰值聚类DPC算法改进围绕中心点划分PAM算法进行供水管网压力监测点布置以用于供水管网压力监测，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，建立供水管网水力模型，并执行水力分析后获取基于管网结构和运行状况的模型参数信息的步骤具体包括：
3.根据权利要求2所述的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，基于所述模型参数信息生成供水管网的节点特征矩阵的步骤具体包括：
4.根据权利要求1所述的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，将所述节点特征矩阵通过DPC算法执行供水管网的划分和处理生成初始聚类中心C′的步骤具体包括：
5.根据权利要求1所述的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，基于所述PAM算法对所述初始聚类中心C′进行处理后生成聚类中心P，根据所述聚类中心P完成所述供水管网压力监测点布置以用于供水管网压力监测的步骤具体包括：
6.根据权利要求5所述的供水管网压力监测点布置方法，其特征
...【技术特征摘要】
1.基于密度峰值聚类改进围绕中心点划分算法的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，所述方法通过密度峰值聚类dpc算法改进围绕中心点划分pam算法进行供水管网压力监测点布置以用于供水管网压力监测，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，建立供水管网水力模型，并执行水力分析后获取基于管网结构和运行状况的模型参数信息的步骤具体包括：
3.根据权利要求2所述的供水管网压力监测点布置方法，其特征在于，基于所述模型参数信息生成供水管网的节点特征矩阵的步骤具体包括：
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢陈磊，冯择优，吴一尘，陈涛，方潜生，杨亚龙，李善寿，朱徐来，王介，徐宇航，沈焰，张致远，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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