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一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-07-31
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-01-07
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-08-03
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-07-31
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910699653.6 申请日 2019-07-31
公开/公告号 CN110569248B 公开/公告日 2021-08-03
授权日 2021-08-03 预估到期日 2039-07-31
申请年 2019年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 G06F16/23G06F16/2458G06Q10/04G06Q50/06 主分类号 G06F16/23
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、CN 102354116 A,2012.02.15CN 109388904 A,2019.02.26CN 107422679 A,2017.12.01CN 106090626 A,2016.11.09CN 109344708 A,2019.02.15JP 2005024375 A,2005.01.27郝志萍等“.计量小区(DMA)夜间最小流量解析方法探讨与案例研究”《.南水北调与水利科技》.2013,第11卷(第4期),Jaber Alkasseh等“.Applying MinimumNight Flow to Estimate Water Loss UsingStatistical Modeling: A Case Study inKinta Valley,Malaysia”《.Water ResourcesManagement》.2013,第27卷(第5期),;
引用专利 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 徐哲、陈晖、何必仕 第一发明人 徐哲
地址 浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明公开了一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法。本发明通过数据挖掘确定MNF阈值,并汲取常规SPC方法检测渐变异常的优点,完善了漏损监测手段,很好地解决MNF阈值确定难、单一阈值难兼顾不同季节情况等实际应用问题,提高了小区供水漏损自动监测预警的准确性。
  • 摘要附图
    一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法
  • 说明书附图:图1
    一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-08-03 授权
2 2020-01-07 实质审查的生效 IPC(主分类): G06F 16/23 专利申请号: 201910699653.6 申请日: 2019.07.31
3 2019-12-13 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤
1.建立小区供水漏损监测数据库
针对某小区,建立小区供水漏损监测数据库;其中的数据项包括:采样时间、间隔期供水量、流量、漏损标志、修复标志;
将SCADA系统、供水抢修系统采集到的数据,经过必要的匹配、格式转换,导入数据库;
其中,历史数据超过12个月,采样间隔≤15分钟;
进行数据预处理,对异常日数据进行整体剔除,对正常日少数缺漏数据进行插补, 个别异常过滤;
步骤
2.分析稳定期0:00‑6:00夜间时段流量统计特性,确定MNF夜间时段,统计夜间最小流量值
针对稳定期,计算0:00‑6:00夜间时段每个采样时刻流量的均值ut、标准差σt,从0:00‑
3:00、0:15‑3:15、……3:00‑6:00十三个选项中,选择均值和标准差最小的一个3小时时段,确定为MNF夜间时段;
针对稳定期,每日从MNF夜间时段找出最小流量值,计算其平均值uMNF和标准差σMNF;
步骤
3.确定标准差系数k和控制上限UCL
根据该小区过去12个月的漏损抢修记录,计算发生漏损的概率Pα=漏损次数/检测次数;
根据中心极限定理,控制上限UCL=uMNF +k*σMNF,这里k为标准差系数,满足Pα≈P观测值>UCL;
步骤
4.改进统计过程控制SPC,具体是:
当2≤k<3时,选择改进统计过程控制SPC检测规则#1和#2;
当1≤k<2时,选择改进统计过程控制SPC检测规则#1和#3;
其中规则#1为观测值≥u+k*σ;检测要求为单点检测,异常类型为明显异常;规则#2为观测值≥u+2*σ;检测要求为连续3点中的其中2点检测,异常类型为暗漏;规则#3为观测值≥u+σ;检测要求为连续5点中的其中4点检测,异常类型为微漏或漂移;
步骤
5.小区供水漏损监测预警
获取SCADA实测数据,找到当日MNF夜间时段的最小流量值,利用改进SPC检测规则#1进行超限判断及预警;找到MNF夜间时段最近连续3整点或5整点流量数据,利用改进SPC检测规则#2或#3进行超限判断及预警;
持续更新小区漏损监测数据库,如发现漏报,或误报率>5%,则利用新近的稳定期样本数据,回到步骤2,重新确定控制上限UCL,保证监测预警准确性。

2.根据权利要求1所述的一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法,其特征在于:利用过去12个月历史数据,检验改进统计过程控制SPC的准确性;如当前k,能检测出全部漏损事件,则微增k,搜索满足“全部检测出漏损事件”的最大k值;如当前k,不能检测出全部漏损事件,则微减k,搜索满足“全部检测出漏损事件”的最小k值;然后,修正控制上限UCL。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于供水漏损监测领域,具体是一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法。技术背景
[0002] 随着大表远传技术的成熟以及小区二次供水监控平台的建立,逐步实现小区入水口考核表数据自动采集和传输,水司由此实行住宅小区DMA管理。鉴于目前夜间最小流量[1](MNF)是评估独立计量区域实际漏损水平的重要指标 。因此,水司管理人员常常采用MNF法进行漏损自动监测,同时利用这些流量数据进行小区漏损情况评估,及时安排巡检和检漏,减少水量损失,起到积极作用。
[0003] 实际应用中,夜间最小流量法对经验的要求比较高,各地夜间最小流量出现的时[2]间存在差异,基准值(阈值)的确定方法受客观条件限制,通用性较差 。文献[2]认为,相对而言,采用统计学确定夜间合法用水量进而得到夜间最小流量基准值的方法应用性较强。
事实上,夜间合法用水量,按统计学抽样调查的话,要求样本量足够多且具有代表性,这给实际应用带来困难。
[0004] 除了通用性问题,确定夜间最小流量阈值的难点在于:(1)若阈值偏低,报警敏感度高,误报警增多;若阈值偏高,报警敏感度低,可减少误报,但可能出现漏报。(2)用水量随季节、气温、节假日等因素变化,会影响到夜间最小流量。夜间最小流量存在漂移、分层、趋势等不稳定性,若采用单一阈值,在误报和漏报两方面恐顾此失彼。
[0005] 当前英国供水公司采用的报警方法是扁平线法,根据过去12个月的高低平均值,[3]分别加减20%设置阈值 。此扁平线法确实能够敏感地检测出灾难性爆管事故,但是存在大量误报警问题。在不确定情况下,水司确定的MNF阈值较为保守。某水司在2018年累计接到系统报警4554次,经甄别真报警525次,误报警占报警总数的比例高达88.5%,严重困扰了水司管理人员。
[0006] 参考文献
[0007] [1]林朝阳.采用夜间最小流量法实现大区域供水系统产销差率控制[J].给水排水,2011,37(9):101‑104.DOI:10.3969/j.issn.1002‑8471.2011.09.026.
[0008] [2]李岚,吴珊,寇晓霞,等.基于独立计量区的夜间最小流量的研究进展[J].给水排水,2018,44(6):135‑141.
[0009] [3]吴正易著,张清周译.降低供水漏损,中国建筑工业出版社,2017.11。

发明内容

[0010] 本发明针对MNF阈值确定难、单一阈值难兼顾不同季节情况等问题,借鉴统计过程控制SPC方法,通过历史数据挖掘,提出了一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法,包括以下步骤:
[0011] 步骤1建立小区供水漏损监测数据库
[0012] 针对某小区,建立小区供水漏损监测数据库。其中的数据项包括:采样时间、间隔期供水量、流量、漏损标志、修复标志等。将SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统、供水抢修系统采集到的相关数据,经过必要的匹配、格式转换,导入数据库。其中,历史数据超过12个月,采样间隔≤15分钟。
[0013] 进行数据预处理,对异常日数据进行整体剔除,对正常日少数缺漏数据进行插补,个别异常过滤。
[0014] 步骤2分析稳定期0:00‑6:00夜间时段流量统计特性,确定MNF夜间时段,统计夜间最小流量值
[0015] 针对稳定期(至少1个月,至多12个月),计算0:00‑6:00夜间时段每个采样时刻流量的均值ut、标准差σt,从0:00‑3:00、0:15‑3:15、……3:00‑6:00十三个选项中,选择均值和标准差最小的一个3小时时段,确定为MNF夜间时段。
[0016] 针对稳定期,每日从MNF夜间时段找出最小流量值,计算其平均值uMNF和标准差σMNF。其中的稳定期,是指小区用户数、用水习惯基本稳定的时期。
[0017] 步骤3初定标准差系数k和控制上限UCL
[0018] 根据该小区过去12个月的漏损抢修记录,计算发生漏损的概率Pα=漏损次数/检测次数。漏损次数,根据抢修记录计算,同个漏损事件未修复之前,不重复计算漏损次数。
[0019] 根据中心极限定理,UCL=uMNF+k*σMNF,这里k,满足Pα≈P观测值>UCL。如Pα<0.00135,则取k=3。这里,UCL为控制上限,k为标准差系数。
[0020] 如该小区过去12个月没有发生漏损,可以参考同类小区情况(所谓同类小区,是指用水规模、管材、使用年份、住宅类型(高层、多层或混合)相近的小区),也可以简单认定为Pα<0.00135情况。
[0021] 步骤4改进SPC方法,并检验其准确性
[0022] 统计过程控制SPC(如表1左侧),可以检测突变和渐变异常。根据小区供水漏损监测的实际情况,改进SPC方法,如表1右侧,当2≤k<3时,选择Improved‑SPC检测规则#1和#2;当1≤k<2时,选择Improved‑SPC检测规则#1和#3。
[0023] 表1 统计过程控制SPC及改进
[0024]
[0025] 利用过去12个月历史数据,可检验改进SPC方法的准确性。如当前k,能检测出全部漏损事件,则微增k,搜索满足“全部检测出漏损事件”的最大k值。如当前k,不能检测出全部漏损事件,则微减k,搜索满足“全部检测出漏损事件”的最小k值。然后,修正控制上限UCL=uMNF+k*σMNF。
[0026] 步骤5小区供水漏损监测预警
[0027] 获取SCADA实测数据,找到当日MNF夜间时段的最小流量值,利用改进SPC检测规则#1进行超限判断及预警;找到MNF夜间时段最近连续3整点(或5整点)流量数据,利用改进SPC检测规则#2(或#3)进行超限判断及预警。
[0028] 持续更新小区漏损监测数据库,如发现漏报,或误报率>5%,则需要回到步骤2,尽量利用新近的稳定期样本数据,重新确定阈值,保证监测预警准确性。
[0029] 本发明通过数据挖掘确定MNF阈值,并汲取常规SPC方法检测渐变异常的优点,完善了漏损监测手段,很好地解决MNF阈值确定难、单一阈值难兼顾不同季节情况等实际应用问题,提高了小区供水漏损自动监测预警的准确性。

实施方案

[0031] 下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0032] 实施例:本实施例的一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法,如图1所示,包括以下步骤:
[0033] 步骤1建立小区供水漏损监测数据库
[0034] 针对某小区,建立小区供水漏损监测数据库。数据项包括:采样时间、间隔期供水量、流量、漏损标志、修复标志等。将SCADA系统、供水抢修系统采集到的相关数据,经过必要的匹配、格式转换,导入数据库。其中,历史数据自2018.3至2019.3,超过12个月,采样间隔为15分钟。历史数据中,偶有数据缺失或异常,按插值补缺、个别异常过滤、剔除异常日等常规方法进行数据预处理。
[0035] 步骤2分析稳定期0:00‑6:00夜间时段流量统计特性,确定MNF夜间时段,统计夜间最小流量值
[0036] 针对2018.3‑2019.2稳定期,计算0:00‑6:00夜间时段每个采样时刻流量的均值ut、标准差σt,从0:00‑3:00、0:15‑3:15、……3:00‑6:00十三个选项中,选择均值和标准差最小的2:00‑5:00这个3小时时段,确定为MNF夜间时段。
[0037] 在2018.3‑2019.2稳定期稳定期,每日从MNF夜间时段找出最小流量值,计算得到:其平均值uMNF=3.194吨/小时,标准差σMNF=1.091吨/小时。
[0038] 步骤3初定标准差系数k和控制上限UCL
[0039] 该小区2018.3‑2019.2的12个月的漏损抢修记录,曾发生2次漏损事故,该小区发生漏损的概率Pα=2/365=0.55%。
[0040] 根据中心极限定理,UCL=uMNF+k*σMNF,这里k=2.55时,满足Pα=0.55%≈P观测值>UCL。则UCL=5.976吨/小时。
[0041] 步骤4改进SPC方法,并检验其准确性
[0042] 统计过程控制SPC(如表1左侧),可以检测突变和渐变异常。根据小区供水漏损监测的实际情况,改进SPC,如表2,当2≤k<3时,选择SPC检测规则#1和#2。
[0043] 表2 改进统计过程控制
[0044]
[0045] 利用2018.3‑2019.2的12个月历史数据,检验改进SPC方法的准确性。如当前k=2.55,能检测出全部漏损事件,则微增k,搜索满足“全部检测出漏损事件”的最大k值为2.7,修正控制上限UCL=uMNF+2.7*σMNF=6.140吨/小时。
[0046] 如采用固定上限UCL=u+3σ=6.467吨/小时监测,误报率更低,但有一次漏报。
[0047] 步骤5小区供水漏损监测预警
[0048] 获取SCADA实测数据,找到当日MNF夜间时段的最小流量值,利用改进SPC检测规则#1进行超限判断及预警;找到MNF夜间时段最近连续3整点流量数据,利用改进SPC检测规则#2进行超限判断及预警。
[0049] 持续更新小区漏损监测数据库,利用2019.3数据,误报率<1%,没有漏报,表明本发明方法是有效的,提高了预测预警的准确性,极大地减轻了水司管理人员的工作压力。
[0050] 如后续发现漏报,或误报率>5%,则需要回到步骤2,尽量利用新近的稳定期样本数据,重新确定阈值,保证监测预警准确性。
[0051] 本实例表明,本发明方法较扁平线方法或采用固定控制上限UCL=u+2σ方法,减少了大量的误报;较采用固定控制上限UCL=u+3σ方法,避免了漏报。因此,本发明方法既减少了误报,又保持了足够的敏感性检测出漏损异常。
[0052] 为了增强实时性,增加每天的检测次数。如利用2:00‑5:00夜间时段,3个整点的流量数据,参与检测,可加快趋势性异常侦测。针对工业用水和居民用水混合的独立计量区域,如能掌握实时的工业用水量,同样可以应用本发明方法。
[0053] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

附图说明

[0030] 图1:本发明方法流程示意图。
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