CN109688020A - 基于色相显示管网多种动态参数的全实时数据可视化分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种：基于色相显示管网多种动态参数的全实时数据可视化分析方法摘要：本发明公开了一种基于色相显示管网多种动态参数的全实时数据可视化分析方法，包括：建立统一标准的数据采集***时钟，以及管网运行参数的时间标签；构建开尔文色温图谱与管网内运行参数压力、温度、流量、流速等参数数值的对应关系；在《线性***理论》、《管网基本定理》及其数学模型基础上，以管网水力计算模型为工具，推算监测点参数数值对应涵盖管网区域范围；以相应色相显示对应管网范围的示意图，以不同的时间周期获取示意图，并按时间顺序进行播放，即可获得这个时间周期内管网运行的整体变化趋势,此种方法使用户对管网中运行参数情况一目了然，避免对海量复杂数据的解析，全面准确及时分析管网运行核心问题。

Description

基于色相显示管网多种动态参数的全实时数据可视化分析 方法

技术领域

本发明涉及公共管网***运行分析技术领域，特别是涉及燃气、供水、供热管网、电力网络、通讯网络等内运行参数分布变化趋势以及流态分析。

背景技术

目前大多数的管网已经建立了SCADA***，在管网关键节点安装、温度传感器，对管网节点进行压力、温度、流量、流速等重要参数进行数据采集，并将这些管网运行参数通过有线或者无线的方式，传输到对应的调度中心进行对管网运行状况的监控与管理。

管理人员对于管网内单一的监控点情况可以非常直观地读取运行数据，并且可以通过曲线图、柱状图等各种形式，展现某个监控点在某个时间周期范围内的数据变化趋势。

但是管理人员却无法同时读取与展现管网内数百个甚至上千个监控点的运行数据，也无同时法展现整个管网在时间周期内的变化趋势，在面对不同工况参数、不同时间周期、不同特定区域内等复杂情况下，对管网运行形态与流态变化趋势更加无法准确直观的展现。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于色相显示管网多种动态参数的全实时数据可视化分析方法。

本发明所采用的技术方案是：

通过构建开尔文图谱在不同色温的颜色与管网运行参数数值的线性数学关系，采用直观的色温颜色展现管网内运行参数的对应数值，以不同色温颜色标识对应管网参数数值范围，并可按分、秒、时、日等时间周期获取整体管网参数数值对应的不同色温颜色分布情况，将同周期的图片按顺序播放，即可形成管网流态全实时的变化趋势，从而全面展现整体管网运行数据随时间变化的过程。

此种方法可使用户对当前管网中的监测点运行参数的情况一目了然，形成整体概念后再进一步观察管网局部数据，借助于图形化手段，清晰有效地传达与沟通信息，减少管理人员对复杂的数据集的理解和分析。不仅全面直观获取该在该时间段内的管网运行参数的变化情况，将运行人员从海量的数据分析中解放出来，从而能够充分发挥专业技术，更加准确及时地分析管网运行问题核心所在。

附图说明

图1是压力参数与色温色阶对应关系图；①是管网压力数值范围；②是不同色温下对应的色阶；③是开尔文色温。

图2是二十四色相图。

图3是统一时间标签的压力曲线与色温、色阶关系图；①是开尔文色温；②是色阶；③是色温近似白光部分同过对应色阶表现；④是压力数值曲线；⑤是色温值；⑥是压力值；⑦是***时间标签。图4是不同时间段通过色相展现管网不同区域压力参数变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

建立***时钟与数据时间标签

制定管网运行参数的采集标准；目前大多数SCADA***对于数据采集的要求集中在数据精度、数据采集频率、以及监测点的空间信息；在实际运行过程对***时钟与数据的时间属性没有精确定义；目前***时钟有数据采集设备的时钟为标准，还有后台***时间为标配准在周期范围内各个监控点的轮询更新，这样必然会造成各个前端设备之间存在***时钟上的误差，且这种时间误差是非线性，且伴随数据采集设备的数量增加而成倍累积的。

数据采集过程包含了多个时间节点，其中包括采集时间、发送时间、后台***写入时间；而对于管网形态分析而言，数据采集时间的高精度统一，是实现整体管网实时同步分析核心依据。

***时钟

本发明需要采用精度的的***时钟，目前有三种方式可以保证***时钟高精度同步，北斗授时、GPS授时、无线电波授时；本发明中采用的数据采集终端均具备GPS定位及授时功能，能够确保数千台数据采集设备***时钟误差小于1秒。

数据时间标签

所有管网监测点根据数据采集终端的时钟将数据采集瞬间时间刻度标注到每一个管网运行参数属性内，后台***可以根据这个时间对参数进行排序与管理。

构建开尔文图谱与管网内运行、温度、流速等参数数值的对应关系

图1是色温与压力参数数值对应关系图；以城镇燃气市政管网为例，燃气管网运行压力的下限与上限范围约为80kPa～400kPa，位图1中的第①部分；超出此范围均可视为异常情况，根据这个范围将开尔文图谱进行线性等分，并与燃气市政管网运行下限与上限范围对应；图1第①部分与第③部分将网内值同过开尔文图谱用不同色温的颜色进行展现。

由于色温值在5000°K～6000°K时其色相近似白光图3第③部分，不利于色彩展现，为了更清晰直观地展现管网运行状态，图2是二十四色相环图；通过二十四基本色相将参数数值进行线性等分，以不同色彩展现对应的参数数值图1第②部分。

推算监测点数据对应涵盖管网区域范围；

市政管网是复杂管网，每个独立的监测点所采集的数值在理论上应该涵盖的对应管网区域是需要通过计算进行推断；

根据《线性***理论》、《管网基本定理》及其数学模型基础上，以管网水力计算模型为工具，对复杂管网进行计算分析，这里所说的复杂是指有多环、多水源、多出流口的管网，对于这种管网可以用与一般管道同样形式的矩阵公式来表示。

记：

H＝[H₁ H₂……H_n]^T

q＝[q₁ q₂……q_n]^T

式中：H为管段的节点水头矢量；q为管网的管段流量；n为管网中的管段数量。

在实际中采用复杂管网模型作为计算的依据。根据管网选择适当的节点采集参数，对多个节点的参数进行计算、分析，利用***辨识的方法模拟出某个区域内的管网结构图中各管段的参数，在此基础上可以将整个管网纳入推算范围，根据监测点数量与管网区域进行计算分析，则可以整体推算管网区域范围各个监控点值所涵盖管网大致区域范围。该方法计算的精确度与管网复杂程度有直接关系，制定管网区域范围监测点的数量越多，其涵盖管网区域也会越精细，而各个区域范围的***计算精度也高，同过多批次划分不同管网区域进行分布计算其结果逐步提高，并成线性地逼近管网实际运行参数。

建立数据时间轴形成管网运行数据可视化，全面分析管网运营状态；

以实际管网分布形态，结合管网地理信息***构建涵盖管网区域与行政区域的监控图层，通过开尔文图谱与管网内运行、温度、流速、流量等参数数值的对应关系，以对应颜色显示到同过推算监测点数据涵盖管网区域范围，这就形成了整个管网某个运行参数(压力、温度、流量、等)在指定时间节点的，以相应色相显示的管网参数对应数值的示意图图4。以固定时间周期获取这样的示意图，并按时间顺序进行播放，即可获得这个时间周期内管网运营的整体变化趋势。

在此基础上可以设置不同工况参数、不同时段(0～24H)、不同季节(气候对管网运营影响)、多种组合状态下全面***地对管网进行数据可视化的详细分析，通过对管网运行状态实施静态和动态的计算分析，以直观的图表表现管网运营现状，及时发现异常，辅助管网优化和改扩建。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.基于色相显示管网多种动态参数的全实时数据可视化分析方法，其特征如下：建立管网数据采集平台内部高精度统一的***时钟；即管网内各个数据采集终端设备时钟误差小于1秒，基于这个***时钟对管网内所有运行参数采集瞬间进行时间记录，并将此采集时间点与所采集的管网运行参数进行时间标签的绑定。

2.构建开尔文图谱与管网各种运行压力、温度、流速、流量等参数数值的对应线性数学关系图1第①部分与第③部分；鉴于色温值在色温值在5000°K～6000°K时其色相近似白光，不利于色彩的展现，因此采用二十四色相环将参数数值进行线性等分，以不同色彩展现对应的参数数值图3第③部分。

3.推算监测点管网运行参数数值对应涵盖管网区域范围，根据《线性***理论》、《管网基本定理》及其数学模型基础上，以管网水力计算模型为工具，对复杂管网进行计算分析，并根据监测点实际数量与管网区域进行计算分析，可以整体推算管网区域范围各个监控点值所涵盖管网大致区域范围。

4.基于权利要求1可以在统一的时间点获取管网内所有监控点所采集的参数数值，通过权利要求2的方式将管网参数数值转换为对应色相，通过权利要求3的计算得出的监测点对应函盖范围，以对应色相进行覆盖，即可得出在指定时间内对应管网所有监测点运行参数数值的色相示意图图4；以固定时间周期获取色相示意图，并按时间顺序进行播放，即可获得这个时间周期内管网运营的整体变化趋势，从而实现管网动态参数的全实时数据可视化分析，在此基础上可以划分不同管段、管网片区、不同运行工况、进行多批次多种组合进行管网各类参数色相示意图的获取，从而达到多元化的管网分析方法。

5.根据权利要求1所述的基于色相显示管网多种动态参数的全实时数据可视化分析方法，其特征在于：在SCADA***中针对所有数据采集设备建立统一***时钟，即在该SCADA***中的所有数据采集设备内置时钟误差小于1秒，每一台数据采集终端将以自身内置时钟为基准，对每一次数据采集瞬间进行时间标注；基于这个高精度统一的***时钟，可以精确获取管网某一时间点的所有管网某个运行数据。

6.根据权利要求2所述；建立色温范围与管网参数运行范围的等分线性关系；将数值转化为色温。

7.根据权利要求2所述；鉴于色温值在色温值在5000°K～6000°K时其色相近似白光图3第③部分，不利于色彩的展现，在此基础上引入24基准色相图2并对应进行线性等分，实现以色相展示数值，初步实现管网数据可视化。

8.根据权利要求3所述；在《线性***理论》、《管网基本定理》基础上建立管网水力学模型；对管网中某监控点采集参数数值所覆盖的最大与最小范围进行推算，并采取分区域、分管段、不同工况下的现场数据采集数据的多次比对，最终优选其对应覆盖范围；逐步建立管网内理论计算值与实际测量值得比对分析方法，为实现管网数学模型与实际管网运行状态的逐步弥合奠定基础。

9.根据权利要求4所述在高精度***时钟的基础上，可以获取具备时间标签的管网各个监控点的压力曲线图3第④部分；以某个时间点作为压力参数获取条件，即可得到整个管网某时间点的管网压力分布情况，实现了全管网实时压力参数获取模式。

10.根据权利要求4所述；在获取全管网某时间点压力分布数据后，通过权利要求2的方式，与权利要求3的计算结果，将相应的压力值通过对应色相进行替换，可以获得一幅以不同色相覆盖不同管网片区的示意图图4所示，展现全管网参数静态可视化展现。

11.根据权利要求4所述；在获取某时间周期的管网参数色相示意图后，按照获取的时间顺序进行不同时间的图4，并按照对应频率进行动态播放，从而实现管网动态参数全实时可视化。

12.根据权利要求4所述；通过不同时间周期，多种工况与不同管段以及特定管网区域，结合基于在《线性***理论》、《管网基本定理》基础上建立管网水力学模型，进行多批次计算，将其理论计算结果与实际测量值进行比对，逐步优化管网数学模型使之与实际管网线性逼近。