物联网环境下市政给水管线压力监测点优化布置及运行系统研究

摘要

在日常生活中，用水问题直接影响到人们的生活品质和身体健康。作为市政服务设施的一部分，给水管线是连接水处理构筑物和居民住宅的重要纽带，保障了居民用水的安全性与可靠性。但是，当下市政给水管线系统依然存在漏损、爆管等事故发生率高，监控不到位、管理水平低下等问题。随着物联网技术与计算机科学的不断进步，通过对给水管线的在线监测，可以进一步掌握给水管线的运行状态。压力作为管线的重要参数之一，可以直接反映市政给水管线的运行状态。为了实时掌握给水管线的压力分布，需要在管线中布置压力监测点。然而，压力监测点数量过多，经济上会付出太大的代价；数量过少，无法最大程度反映管线的运行状态以及压力的实时变化情况。　　针对上述问题，本文首先研究了给水管线水力模型的建立过程。在给水管线相关理论的基础上，从管线数据的收集、给水管线拓扑结构的建立和简化、给水管线参数设置再到水力计算等几个步骤，基于EPANET软件完成水力模型的构建。然后，在建立给水管线水力模型的基础上，提出一种给水管线压力监测点的优化布置方法。本文将DBSCAN算法与节点的空间属性和非空间属性相结合，选取节点的坐标、影响度和压力的标准差作为构建节点特征矩阵的特征属性，并采用DBSCAN算法对节点空间特征矩阵进行聚类分析，根据聚类结果最终确定给水管线压力监测点的位置和数量。实验结果表明，与仅依据节点压力变化相似程度进行分析相比，本文提出的给水管线压力监测点优化布置方法计算得出压力监测点的位置和数量，确保聚类后归属同一类的节点构成了区域的节点集，有效地反映了管线压力的区域分布情况。该方法用于压力监测点布置合理可行，可以全面地监测整个管线的压力状态，在实际的给水管线中有较好的应用前景。最后，本文设计了一种基于物联网的给水管线运行系统，从应用层、数据层、传输层和感知层四个方面详细阐述了系统的架构和流程，并在EPANET仿真的基础上实现了对给水管线运行数据的采集和分析，能够满足对给水管线运行状态的监测要求，在实际应用中具有重要的意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1论文背景及研究意义

1.2 市政给水管线系统概述

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容与论文章节安排

第二章 基于EPANET的给水管线水力模型构建

2.1 EPANET软件

2.2 给水管线水力模型构建

2.3 给水管线水力模型参数设置

2.4 给水管线水力计算结果分析

2.5 小结

第三章 基于特征聚类的给水管线压力监测点优化布置研究

3.1 DBSCAN算法相关概念

3.2 给水管线压力监测点优化布置研究

3.3 实验过程与结果分析

3.4 小结

第四章 基于物联网的给水管线运行系统设计与仿真实现

4.1 系统的需求分析

4.2 系统的总体构架与开发平台

4.3 系统的模块设计

4.4基于EPANET仿真的给水管线运行系统实现

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果