(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111557514.3 (22)申请日 2021.12.19 (71)申请人 太原理工大 学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街79 号 (72)发明人 李红艳　史文韬　崔建国　马熠阳　 李尚明　张翀　 (74)专利代理 机构 北京恒创益佳知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11556 代理人 付金豹 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分 区的方法 (57)摘要 本发明公开了一种在极小降压空间下实施 供水管网DMA分区的方法， 该方法首先定义节点 间相似度计算公式， 接着通过MATLAB中的函数 gamultiobj优化相似度公式中的系数从而确定 分区边界管段。 然后设置不同的最小服务水压并 将它们分别作为约束条件， 以分区后节点平均水 龄和分区成本为目标， 运用函数gamu ltiobj得到 了多个边界管段上设备布置方案， 通过三个原则 从中筛选 出最优布置方案。 最后用模拟退火算法 找出最佳的管段更换方案， 使得分区后管网的水 压可以满足规定的最小服务水压的要求。 本发明 提供的DMA分区方法能在顺利完成分区的基础上 还不会对分区后管网的整体水质造成太大的影 响， 可为各地自来水公司加快 实施DMA分区、 降低 管网漏损率、 建设智慧供水系统提供一定理论依 据。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114239282 A 2022.03.25 CN 114239282 A 1.一种在极小降压空间下实施供 水管网DMA分区的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： A1： 在MATLAB中调用EPANET动态 链接库， 执 行水力分析后获取 管网基础数据； A2： 指定分区数目， 定义管网两节点间相似度的计算公式； A3： 以谱聚类算法进行分区后的边界管段的数量及其平均流量、 管径和长度为目标函 数， 通过函数g amultiobj优化相似度计算公式 中的参数并确定分区边界管 段； A4： 设置一系列不同的最小服务水压并将它们作为约束条件， 以分区后节点平均水龄 和分区成本为目标函数， 经gamultiobj优化计算得到Pareto最优解集， 然后根据三个原则 筛选出最优设备布置方案； A5： 以更换管段的成本最小为目标， 运用模拟退火算法找出最佳的管 段更换方案。 2.如权利要求1所述的一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分区的方法， 其特征在 于， 步骤A 2中， 供水管网中两节点间管 段的相似度值如式(1)所示： 式中： ωij、 Qij、 Dij、 Lij和分别为节点i、 j之间管段 的相似度值、 流量， m3/s、 管径， mm、 长 度， m； N是 管网中所有节点的集 合； α 、 β 、 γ是相似度计算公式 中的参数。 3.如权利要求2所述的一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分区的方法， 其特征在 于， 步骤A3中： 以谱聚类算法分区后边界管段的数量及其平均流量、 管径和长度最小为目 标， 通过MATLAB中的多目标优化函数gamultiobj确定相似度计算公式中的参数α、 β、 γ， 并 得到与之对应的分区边界管 段。 4.如权利要求3所述的一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分区的方法， 其特征在 于， 步骤A3中： 优化α 、 β 、 γ三个参数的目标函数为： 式中fn为边界管段的数量， 条； fq为边界管段的平均流量， L/s； fd为边界管段的平均管 径， mm； fl为边界管段的平均长度， m； nb为边界管段的数目； Qr、 Dr、 Lr分别为第r条边界管段的 流量， L/s、 管径， m m、 长度， m； 借助MATLAB中自带的求 解多目标优化问题的函数g amultiobj确定三个参数的值； 编码方式采用实数编码， 决策变量即为相似度计算公式中的三个参数， 在优化的过程 中将它们的范围限制在区间(0， c)内， 其中c可通过多 次试验确定： 具体是使得α、 β、 γ在该 区间， 由此得到的规范化Laplacian矩阵在MATLAB计算特征值和特征向量时不出现虚数； 管 网不同， c值的选取也不相同， 但对于同一管网的不同用水状态， c值的确定可参考上一用水权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114239282 A 2状态， 两者的差别很小或者保持不变。 5.如权利要求1所述的一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分区的方法， 其特征在 于， 步骤A4中： 边界管 段上优化设备布置的目标函数及约束条件为： 式中： M为管网中除水源外节点的总 数目； ti为管网中节点i的节点水龄， h； Tv是边界管 段上安装阀门的数量， 个； Cvalve,v是边界管段上第v个阀门的价格， 元； Tm是边界管段上安装 流量计的数量， 台； Cmeter,m是边界管段上第m台流量计的价格， 元。 A是管网的衔接矩阵； q是 管段流量的列向量； Q是节点流量的列向量； L是管网的回路矩阵； h是管段水头损失的列向 量； Hi为管网中节点i的实际水压， m； Hsmin为设置的管 网最小水压， m； Hi,max为管网中节点i允 许的最大 水压， m； 运用MATLAB中的函数g amultiobj得到设备的布置方案； 决策变量为在边界管段上安装阀门或者是安装流量计， 其维度等于边界管段的数量， 编码方式采用二进制编码， 其中 “0”代表在边界管段上安装流量计， “1”代表在边界管段上 安装阀门。 6.如权利要求5所述的一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分区的方法， 其特征在 于， 步骤A4中： 筛选最优布置方案的三个原则分别为1)单个DMA的进水口数量不得超过两 个； 2)布置 设备后的节点平均水龄不应高于 分区前的水龄； 3)在满足每个D MA入口数量要求 和节点平均水龄限制的基础上， 选择运行后能使低于管网规定最小服务水压的节点数量达 到最少的设备布置方案 。 7.如权利要求1所述的一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分区的方法， 其特征在 于， 步骤A5中： 更 换管段的目标函数及约束条件为： 式中： Di、 li分别为管段i的直径， mm、 长度， m； U是管网中需要更换管径的管段总数； a、 b、 σ 是管段造价公式中的统计参数， 取a＝112.9， b＝3135、 σ ＝ 1.5； 分别是更换完管 径后、 原始管网的节点平均压力， m； Hi,now是更换完管径后的节点 i的实际水压， m。 8.如权利要求5所述的一种在极小降压空间下实施供水管网DMA分区的方法， 其特征在权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114239282 A 3