[发明专利]用于检测配水系统中的异常的方法

说明书

本发明涉及用于检测配水系统中的异常的方法。其在对网络的控制变量的迭代修改的基础上通过确定缩小的一组应当对其上的控制变量进行迭代修改的配水网实体而改进了检测方法。本发明改善了计算成本并且提高了这样的检测配水系统中的异常的方法的可靠性。

技术领域

本发明涉及配水系统中的异常检测。更具体而言，本发明涉及借助于统计信息和配水系统的水力模型的结合使用检测异常。

背景技术

用于配送可饮用水的系统尤其由水头与消费者之间的管道连同诸如阀门和泵的控制装置构成。这样的系统可能遭受很多异常。这些异常属于多种类型。水力异常包括泄露、压力的异常变化、蓄水池的水位的快速下降、蓄水的不连贯的质量平衡。运行异常表明系统中的元件处于不正确的状态，例如，阀门处于与信息系统中存储的不同的打开状态。这些异常，尤其是泄露可能急剧降低配水系统的性能。例如，管道中的泄露是水头和消费者之间的水的显著部分遭受损失的原因。因此，对配水系统中的异常的检测和校正永远都是此类系统的运营商的关注内容，以达到缓解水流失的经济成本和损害的目的。此外，配水系统中的泄露检测的一个关键目的是限制全球的水资源消耗和浪费，在缺水地区，考虑到要促进可持续的发展，泄露检测尤其受关注。

配水系统中的泄露检测在历史上是通过人工检查执行的。人工检查一般包括派操作员检查系统的管道，并识别出泄露和其他异常。例如，可以使用检测因泄露引起的噪声的音频传感器来自辅助这种检测。然而，配水系统的通常很大的尺寸使得对泄露和异常的人工检测非常困难。例如，大城市的配水系统包括数千千米的管道。因此，不可能以合理的成本频繁地检查所有管道。

一个或多个传感器的使用为检测配水系统中的异常的解决方案起到了促进作用。尤其可以使用传感器自动检测系统行为的异常变化，从而向该系统的那些检测到了异常行为的节点/弧段派遣操作员。然而，基于传感器的异常检测方法也存在缺陷。它们可能生成很多假阳性判断(对实际并非异常的事件发出警报)，从而导致很多无用而又耗费成本的人工干预。由于典型配水系统的大规模的原因，这些方法还可能正确地检测到异常但无法精确定位。另外，在系统中部署高密度的传感器虽然能够有助于对异常进行更加精确的定位，但是其成本过高。

申请人与本申请的申请人为同一申请人的欧洲专利申请No.EP15306029.8公开了用于检测配水系统中的异常的方法。这一在先申请中公开的方法使用了根据配水系统的水力模型而预测的被模型化为网络的配水系统的实体的参数(例如，不同时间上的水速和水压)的一组值以及网络的控制参数(例如，管道的长度、管道的粗糙度、网络用户的消耗预测等)的值。所述方法包括执行对预测值计算的逐次迭代，将这些值与来自传感器的观察结果进行比较，并根据预测和观察之间的差来调整参数值，从而使用方法根据所述参数的值检测异常。这种方法允许准确地确定最佳地匹配来自传感器的观察结果的网络控制参数的值。控制参数的某些值表示网络中的异常。例如，预测到水的过度消耗可以表示配水系统中的泄露。因而，基于水网中的异常的示例而受到了训练的机器学习算法能够通过迭代过程根据在发生了几次预测值的计算之后获得的控制参数的值识别出异常。

这种方法具有很多优点。其提供了一种自动化的快速并且可靠的方法来检测配水系统中的异常，从而与使用传统的人工检查相比以快得多的速度解决系统中的异常。通过逐次的迭代，越来越准确地识别出将给控制参数带来的修改。这种方法在逐次迭代之后能够高效地对配水系统中的异常进行识别和定位。此外，配水系统的水力模型的使用允许网络的操作者甚至能够对未配备传感器的网络实体中的异常进行定位。

但是，对于大型配水系统而言，对水力模型存在影响的大量参数以及获得令人满意的解决方案所需的大量迭代可能使所述方法很复杂。其削弱了配水系统的操作者快速地识别并解决配水系统中的异常的能力。

因此，需要一种用于缩短被报告给操作者的检测之前的时间并提高结果在识别和定位方面的相关性的方法。例如，通过对实现对配水系统中的异常的可靠检测所需的配水系统网络控制参数的计算的迭代次数进行优化而缩短检测前时间。

发明内容