基于gis的城市供水管网漏失监测优化布设网络分析

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1、基于GIS的城市供水管网漏失监测优化布设网络分析时间：2011-07-1516:12:31来源：网络分析作者：秩名论文导读:：针对庞大的城市供水管网漏失监测问题，建立了基于GIS的漏失监测优化布设模式，并应用在北京市城区。结果表明，应用该模式对以快速、高效地实现漏失监测仪的优化布设，通过安置最少数量的记录仪，达到最人的监控范围。还能够自动获取由于无法安置监测仪的漏失监控“盲区”。论文关键词：GIS,供水管网，漏失监测，网络分析城市供水管网是城市的“生命线”，是城市基础设施的重要组成部分。随着城市数量及规模的不断扩大，rfl于规划、设计、管理、技术

2、上的一些原因，管网漏失监测与控制成为国内外普遍面临的重大工程技术难题［12］o对城市供水管网进行系统、全面、高效的漏失监测是快速、准确的进行漏失查找、定位，即吋地进行抢修、维护的最直接、有效的措施。近年來，国内外开发了基于漏失声音信号检测的漏失记录仪冋。漏失检测相关仪（如Permalog）的工作原理是记录仪放置在被检测的管道上，通过定时采集管道上漏失噪声的带宽信号，分析噪声的强度在所采集强度信号上的正态分布，判断管道是否漏水。在适当的位置放置记录仪就可以监控相应管段的运行情况，而噪声的传播距离由于管材和管径有关。因此，漏失记录仪有一个特定的有效监

3、测范围，若超出此范围则难以做出正确的判断。但另一方面，対于庞大的城市供水管网系统，若漏失记录仪布设过密集，则所盅要的漏失记录仪数量庞大，将大大增加设备投资成本和人工操作成本。因此，在确保有效覆盖管网范圉的前提上网络分析，尽可能提高漏失记录仪利用效率、并减少记录仪数量，这对于大规模开展漏失检测具有重要意义，而对记录仪进行优化布设解决上述问题的重要途径。因此，本文的研究目标是利用地理信息系统（GIS）技术，以网络分析理论为基础，设计了基于GIS的漏失监测优化布设方法。采用该方法可以快速、有效地确定任一li标区域内最优的漏失检测仪布设方案。1网络优化原

4、理1.1网络可达性分析原理GIS技术发展迅速，其应用领域不断扩大。网络分析功能是GIS的一个重要功能，主要包括最短路径分析，可达性、连通性、追踪问题等［4'8其中，可达性分析是最基本的网络分析功能之一，也是应用非常广的。可达性计算的理论基础是连通矩阵。一个网络的可达性可以针对个别节点，也可针对整个网络来评估。其核心算法是，建立可达性矩阵，称为T矩阵.T矩阵是所有有意义的C矩阵（从一阶直到阶数等于网络直径）的总和。T矩阵被定义为：T=C1+C2+C3+?+CT矩阵中的一个元素是C1,C2,C3,?矩阵中相关行和列的值的总和核心期刊目录。行的总数表

5、示从一个结点（行）通过网络到其他结点的不同路径的总数。换句话说，此值表示一个结点的可达性。很明显，一个具有较高的行总和的结点对于网络的其他部分具有较大的可达性，其屮最大值所对应结点的可达性最好，最小值所对应结点的可达性最差。网络可达性代表了在一个网络中从一个结点移动到其他结点的难易程度。T矩阵中，所有元素的和代表了整个网络的可达性，该T矩阵所代表网络的对达性值越大，在系统中对选择的路线就越多，路径结点的连通性越好。在城市供水管网系统上应用网络分析方法实现漏失监测仪优化布设的基本思想是，根据漏失检测仪的有效监测范围，通过可达性分析，计算出一个漏失监

6、测记录仪沿着与它相连管网路径的最大监测范围，这个最大监测范围边缘位置就是布置下一个漏失监测仪的最佳位置。依此循环递进，通过对研究区域内的这种管网可达性计算，最后得到整个研究区域的最佳监测布设方案。1.2基于GIS的漏失监测优化布点设计流程和步骤（1）数据准备针对需要进行漏失监测的管网区域范围，在GIS平台上提取管网管线及其附属设施的矢量图（如shp格式）。其中，管网附屈设施包括检查井、消防栓、排气门、阀门、闸门等中的任意一种。（2）漏失记录仪的布设原则本项目中，采用了国际上先进的漏失监测系统网络分析，Permalogo其主要的工作原理是把记录仪放

7、置在被检测的管道上，通过定时釆集管道上漏失噪声的强度带宽信号，分析噪声的强度在所采集强度信号上的正态分布，判断管道是否漏水。当管道出现漏失时，发出的噪声会延管壁传播，因此在适当的位置放置记录仪就可以监控相应管段的运行情况，而噪声的传播距离由于管材、管径、压力、土壤情况有关。对于不同管材而言，通常情况噪声在普通铸铁管、球铁管、钢管等金属管材传播的距离大于在预应力管或塑料管传播的距离，而管径越小、压力越大、土壤质地越软噪声传播的距离越大，反之就越小。另外当漏失噪声经过管线上消防栓、排气门、闸门、测流井等设施时会有一定的衰减，因此还应当根据管线上消防栓

8、、排气门、闸门、测流井的位置合理设定记录仪放置的位置。根据这些影响因素，结合Permalog管网漏失监测记录仪在已有应用实践屮积累的经验