CN113532567A - 估算配送网中损失的流体的量 - Google Patents

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Abstract

一种估算在流体配送网(1)中损失的流体的量的方法，所述方法包括以下步骤：对于给定测量周期的每一时间区间，采集主流体计(CCQ)所进行的并代表在所述时间区间期间经由主管道(3)配送的流体的量的主测量，并且对于每一副流体计(CCi)，采集由所述副流体计进行的并代表在所述时间区间期间经由所述副流体计连接到的副管道(4)配送的流体的量的副测量；计算等于主测量和诸副测量总和之差的测量差；确定给定测量周期内诸测量差中的最小值；基于该最小值来估算在给定测量周期内损失的流体的量。

Description

估算配送网中损失的流体的量
技术领域
本发明涉及包括智能表的流体配送网的领域。
背景技术
现代水表，也称为“智能”水表，通常包括用于测量设施的水消耗的测量设备，并且它还包括处理器模块和通信模块。
处理器模块使得水表能够执行一定数量的功能，并且具体而言是分析各种数据，例如，与设施的水消耗、对消费者的计费、配水网的状态、或实际上水表本身的操作相关。
通信模块使得水表能够与管网管理员的信息***(IS)通信，可能经由数据集中器、网关或者实际上是另一水表(例如地区智能水表)。通信模块可以执行任何类型的通信，并且例如经由2G、3G、4G、Cat-M或NB-IoT类型的蜂窝网络的通信、使用远程(LoRa)协议的通信、使用以169兆赫(MHz)的频率操作的Wize标准的无线电通信，等等。
重要的是能够估算配水网中损失的水量，以便在所损失的这一水量异常高时能够检测和定位泄漏。
已经设想了若干方法来估算配水网中损失的水量，但没有一种方法能够完全满足要求。
这些方法之一包括依靠一个指标，该指标等于已配送的水体积与管网的各水表所测得的已消耗水体积之比。然而，该方法不能区分开归因于正当泄漏造成的水损失，以及公共服务部门(消防队、游泳池，等等)所汲取的合法未计量水消耗，或者甚至偷水(尽管它们可能有问题，但这不需要采取紧急行动来修复配水网的元件)。
发明目的
本发明的目的是精确地估算流体配送网中损失的流体的量。
发明内容
为了实现这一目的，提供了一种用于估算流体配送网中损失的流体的量的估算方法，所述流体配送网包括由主流体计所连接到的主管道和从属于所述主管道并由副流体计所连接到的副管道，该估算方法包括以下步骤，这些步骤在连贯的测量周期内重复，这些连贯的测量周期本身又细分为诸时间区间：
·对于给定测量周期的每一时间区间，采集主流体计所进行的并代表在所述时间区间期间经由主管道配送的流体的量的主测量，并且对于每一副流体计，采集由所述副流体计进行的并代表在所述时间区间期间经由所述副流体计连接到的副管道配送的流体的量的副测量；
·对于给定测量周期的每一时间区间，计算等于主测量与诸副测量总和之差的测量差；
·确定给定测量周期内诸测量差中的最小值；
·基于该最小值来估算在给定测量周期内损失的流体的量。
诸测量差中的最小值是对流体配送网中在等于一个时间区间的历时的历时期间损失的流体的量的非常精确的估计。本发明的方法使得该估计能够排除合法汲取的未计量流体消耗和被盗的流体消耗。
还提供了如上所述的方法，其中在给定测量周期内损失的流体的量被估算为等于该最小值乘以给定测量周期中包含的时间区间的数目。
还提供了如上所述的方法，其中对于每一副流体计，通过使用以下公式来估算代表在给定测量周期的第一时间区间内经由所述副流体计所连接到的副管道配送的流体的量的第一副测量：
Figure BDA0003020165100000021
其中：
j是给定测量周期；
K是每一测量周期中时间区间的数目；
Δij_0是第一副测量；
Cij是代表截至给定测量周期的开始，经由所述副流体计所连接到的副管道配送的流体的总量的总副测量；
Cij+1是代表截至给定测量周期之后的测量周期的开始，经由所述副流体计所连接到的副管道配送的流体的总量的总副测量；
Δij_k是给定测量周期的在第一时间区间之后的诸时间区间的诸副测量。
还提供了一种如上所述的方法，其中对于主流体计，通过使用以下公式来估算代表在给定测量周期的第一时间区间期间经由主管道配送的流体的量的第一主测量：
Figure BDA0003020165100000031
其中：
j是给定测量周期；
K是每一测量周期中时间区间的数目；
ΔCCQj_0是第一主测量；
CQj是代表截至给定测量周期的开始，经由主管道配送的流体的总量的总主测量；
CQj+1是代表截至给定测量周期之后的测量周期的开始，经由主管道配送的流体的总量的总主测量；
ΔCCQj_k是给定测量周期的在第一时间区间之后的诸时间区间的诸主测量。
还提供了如上所述的方法，其中每一测量周期具有一天的历时，并且其中每一时间区间具有一小时的历时。
还提供了如上所述的方法，主流体计和副流体计是水表。
本发明还提供了一种包括通信模块和处理器模块两者的设备，通信模块被布置成接收由主流体计进行的主测量和由副流体计进行的副测量，处理器模块被布置成执行上述方法。
还提供了如上所述的设备，该设备是信息***、或网关、或数据集中器、或地区智能流体表。
还提供了一种包括用于使上述设备执行上述方法的各步骤的指令的计算机程序。
还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有上述计算机程序。
本发明可以鉴于以下对本发明的特定非限定性实施例的描述而被更好地理解。
附图说明
对单个附图做出参考：
图1示出了在其中实现本发明的配水网。
具体实施方式
参考图1，在该示例中，本发明的用于估算流体配送网中损失的流体的量的方法被实现在用于向“地区”2，即向具有多个水设施的地理区域(每一水设施例如位于住宅、餐厅、商店等等中)供水的配水网1中。
配水网1具有主管道3和副管道4，每一管道连接到相应的不同水设施5。
配水网1还具有配水网管理员的信息***(IS)6、网关Gm和超声水表7。
IS 6具有应用服务器8、远程(LoRa)网络服务器(LNS)9和第一通信模块10。
应用服务器8包括第一处理器模块11，其至少包括第一处理器组件，该第一处理器组件被适配成执行用于执行下述估算方法的某些步骤的程序的指令。作为示例，第一处理器组件可以是处理器、微控制器、或事实上是可编程逻辑电路(诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))。
LNS服务器9尤其用于管理与所有网关Gm以及与LNS服务器9连接到的所有水表7的通信。LNS服务器9与网关Gm直接通信，并且经由网关Gm与水表7通信。为了与网关Gm通信，LNS服务器9使用第一通信模块10，在该示例中，第一通信模块10用于执行传输LoRa协议帧的无线电通信。
网关Gm是LoRa网关。变量m位于1到P的范围中。
每一网关Gm包括通信模块，使得其能够通过传输LoRa协议帧的无线电通信来与LNS服务器9通信，并且通过使用LoRa协议的无线电通信来与水表7通信。
IS 6和水表7之间的所有通信，无论是上行链路还是下行链路，都经由网关Gm。
水表7包括主水表CCQ(其为地区智能仪表)以及多个副水表CCi(其是消费者的相应智能仪表)。
主水表CCQ被连接至主管道3。相应的副水表CCi被连接到每一副管道4。变量i在范围1到N上变化，其中N是副管道4的数量并且因此是副水表CCi的数量。
副管道4从属于主管道3，即它们都在主水表CCQ的下游被连接至主管道3：从主水表CCQ下游，主管道3分为由副管道4形成的管束。
在该示例中，术语“上游”意指配水网的一侧上，而术语“下游”意指水设施5的一侧上。
每一水表7包括第二通信模块14，使其能够利用LoRa协议通过无线电通信来进行通信。每一水表7还包括第二处理器模块15，该第二处理器模块15包括适配成执行程序的指令的至少一个第二处理器组件。举例而言，第二处理器组件可以是处理器、微控制器，或者实际上是诸如FPGA或ASIC之类的可编程逻辑电路。
本发明的方法寻求估算在主水表CCQ和诸副水表CCi之间的配水网1中(即位于主水表CCQ下游和每一副水表CCi上游的配水网1的区域中)损失的水量。
该方法包括一定数量的步骤，这些步骤在连贯的测量周期内重复，每一测量周期被细分成诸时间区间。在该示例中，测量周期具有一天的历时(并且从午夜开始)，且每一时间区间具有一小时的历时。每一测量周期因而包括24个时间区间。
对于给定测量周期j的每一时间区间，即对于给定一天j的每一小时，以及对于每一副水表CCi，IS 6的应用服务器8的第一处理器模块11采集由所述副水表CCi进行的副测量，该副测量代表在所述时间区间内经由所述副水表CCi所连接到的副管道4配送的水量。副测量由副水表CCi的第二通信模块14经由网关Gm之一传送到IS 6的第一通信模块10。
这些副测量被包括在第一处理器模块11(每天一次、一天若干次)从每一副水表CCi接收的负载曲线(引用为Chi)中。负载曲线Chi由写成Cij的参考索引和连贯索引差(称为“增量”，Δij_1到Δij_23)组成。
每一索引增量Δij_k是副水表CCi在给定一天j内进行的副测量。这一副测量代表在第(k+1)时间区间内配送到连接到副管道4的副设施5的水量，如由连接到所述副管道4的所述副水表CCi所测得的。在这一示例中，诸副测量是水的体积(表示为xxx,xxx立方米(m3))。
因此，通过示例，在凌晨2时至3时之间，即在给定一天j的第三时间区间内，副水表CCi测得经由它所连接到的副管道4配送了等于Δij_2的水量。参考索引Cij是代表截至给定一天j的开始，经由副水表CCi所连接到的副管道4已配送的总水量的总副测量。
对于在给定一天j之后的一天j+1，以及对于每一副水表CCi，第一处理器模块11还采集截至给定一天j之后的一天j+1的开始，经由副水表CCi所连接到的副水管4配送的水量的总副测量。
对于给定一天j的每一时间区间，第一处理器模块11还采集由写成CQj的参考索引和写成ΔCCQj_1到ΔCCQj_23的连贯索引增量所构成的负载曲线ChQ。
每一索引增量ΔCCQj_k是主水表CCQ所进行的主测量。这一主测量代表经由主管道3在第(k+1)时间区间内配送的水量。主测量是水的体积(表示为xxx,xxx m3)。主测量由主水表CCQ的第二通信模块14经由网关Gm之一传送到IS 6的第一通信模块10。
参考索引CQj是代表截至给定一天j的开始，经由主管道3配送的水的总量的总主测量。
对于给定一天j之后的一天j+1，第一处理器模块11还采集代表截至给定一天j之后的一天j+1的开始，经由主管道3已配送的水量的总主测量CQj+1。
应当观察到，对于每一副水表CCi，第一处理器模块11没有直接接收代表在给定测量周期的第一时间区间期间(即，在给定一天j的午夜和凌晨1时之间)经由副水表CCi所连接到的副管道4配送的水量的第一副测量。
这一第一副测量Δij_0是使用以下公式来估算的：
Figure BDA0003020165100000061
其中：
K是每一测量周期中时间区间的数目(在这一示例中，K＝24)；
Δij_0是第一副测量；
Cij是代表截至给定测量周期(即给定的一天j)的开始，经由副水表CCi所连接到的副管道4配送的总水量的总副测量；
Cij+1是代表截至给定测量周期之后的测量周期的开始，经由所述副水表CCi所连接到的副管道4配送的总水量的总副测量；
Δij_k是给定测量周期的在第一时间区间之后的诸时间区间的诸副测量。
同样，第一处理器模块11没有直接接收代表在给定测量周期的第一时间区间期间经由主管道3配送的水量的第一主测量。
第一主测量是使用以下公式来估算的：
Figure BDA0003020165100000071
其中：
K是每一测量周期中时间区间的数目(在这一示例中，K＝24)；
ΔCCQj_0是第一主测量；
CQj是代表截至给定测量周期的开始，经由主管道配送的总水量的总主测量；
CQj+1是代表截至给定测量周期之后的测量周期的开始，经由主管道配送的总水量的总主测量；
ΔCCQj_k是给定测量周期的在第一时间区间之后的诸时间区间的诸主测量。
对于给定测量周期的每一时间区间，第一处理器模块11随后计算等于主测量(由主水表进行)与诸副测量(每一者由副水表之一进行)总和之差的测量差。
此后，第一处理器模块11确定该测量周期上诸测量差中的最小值。
对于给定一天j，诸测量差中的最小值因而等于：
Figure BDA0003020165100000072
应当记起，N是“连接到”主水表CCQ的副水表CCi的数目。
在泄漏的情况下，考虑水是持续损失的。基于该最小值，第一处理器模块11估算在给定测量周期内已经损失的水量，即每天损失的水体积。
在给定测量周期内损失的水量等于该最小值乘以给定测量周期中包含的时间区间的数目。
由此：
VQ＝K.VP，即对于K＝24，VQ＝24.VP
其中VQ是在给定测量周期内(即在给定一天j内)损失的水量，而其中VP是诸测量差中的最小值。
第一处理器模块11因而确定在主水表CCQ的地区2中每天损失的水体积。
诸测量差中的最小值通常是在夜间获得的，是对在等于一个时间区间的历时的历时内损失的水量的非常精确的估计。
具体而言，由于漏水是长期且持续的现象，并且由于流速是基本恒定的，因此已知的是，被检测为大于该最小值的水量与(通常由公共服务部门)合法汲取的未计量水消耗或被偷的水相对应。考虑诸测量差中的最小值因此使得从该估计中消除任何合法汲取或被偷的未计量的水消耗成为可能。
第一处理器模块11随后将每日损失的水体积与预定阈值VS进行比较。在这一示例中，预定阈值VS是可被设置的阈值。
有限的水量损失是在配水网中正常且常见的现象。一般而言，观察到配水网的“标称”水损失率在所配送的水的5％至10％的范围中。
然而，如果每天水损失的体积大于预定阈值，则第一处理器模块11检测到水损失是异常的并且这一水损失可能对应于很大且有问题的漏水。第一处理器模块11产生警报消息来安排用于修理管网的泄漏所源自的受损元件的动作。
自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖了落入如由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
本发明的方法可完全或部分地实现在IS以外的设备中，并且例如在网关中、在数据集中器中、在地区智能仪表中，等等。
测量周期不必一定是天，且时间区间不必一定是小时。
仪表、网关和IS之间的通信可以使用任何类型的通信技术和任何类型的协议来执行。
本发明可被实现在用于配送水以外的流体的管网中：气、油，等等。

Claims (10)

1.一种用于估算流体配送网(1)中损失的流体的量的估算方法，所述流体配送网(1)包括主流体计(CCQ)所连接到的主管道(3)和从属于所述主管道(3)并且副流体计(CCi)所连接到的副管道(4)，所述估算方法包括以下步骤，这些步骤在连贯的测量周期内重复，这些连贯的测量周期本身又细分为诸时间区间：
对于给定测量周期的每一时间区间，采集所述主流体计(CCQ)所进行的并代表在所述时间区间期间经由所述主管道(3)配送的流体的量的主测量，并且对于每一副流体计(CCi)，采集由所述副流体计进行的并代表在所述时间区间期间经由所述副流体计连接到的副管道(4)配送的流体的量的副测量；
对于所述给定测量周期的每一时间区间，计算等于所述主测量与诸副测量总和之差的测量差；
确定所述给定测量周期内诸测量差中的最小值；
基于所述最小值来估算在所述给定测量周期内损失的流体的量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述给定测量周期内损失的流体的量被估算为等于所述最小值乘以所述给定测量周期中包含的时间区间的数目。
3.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，对于每一副流体计(CCi)，通过使用以下公式来估算代表在所述给定测量周期的第一时间区间内经由所述副流体计(CCi)所连接到的副管道(4)配送的流体的量的第一副测量：
Figure FDA0003020165090000011
其中：
j是所述给定测量周期；
K是每一测量周期中时间区间的数目；
Δij_0是所述第一副测量；
Cij是代表截至所述给定测量周期的开始，经由所述副流体计所连接到的副管道(4)配送的流体的总量的总副测量；
Cij+1是代表截至所述给定测量周期之后的测量周期的开始，经由所述副流体计所连接到的副管道配送的流体的总量的总副测量；
Δij_k是所述给定测量周期的在所述第一时间区间之后的诸时间区间的诸副测量。
4.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，对于所述主流体计(CCQ)，通过使用以下公式来估算代表在所述给定测量周期的第一时间区间期间经由所述主管道(3)配送的流体的量的第一主测量：
Figure FDA0003020165090000021
其中：
j是所述给定测量周期；
K是每一测量周期中时间区间的数目；
ΔCCQj_0是所述第一主测量；
CQj是代表截至所述给定测量周期的开始，经由所述主管道配送的流体的总量的总主测量；
CQj+1是代表截至所述给定测量周期之后的测量周期的开始，经由所述主管道配送的流体的总量的总主测量；
ΔCCQj_k是所述给定测量周期的在所述第一时间区间之后的诸时间区间的诸主测量。
5.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，每一测量周期具有一天的历时，并且其中每一时间区间具有一小时的历时。
6.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述主流体计(CCQ)和所述副流体计(CCi)是水表。
7.一种包括通信模块(10)和处理器模块(11)两者的设备，所述通信模块被布置成接收由所述主流体计(CCQ)进行的主测量和由所述副流体计(CCi)进行的副测量，所述处理器模块被布置成执行如任一前述权利要求所述的方法。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备是信息***(6)、或网关(Gm)、或数据集中器、或地区智能流体计(CCQ)。
9.一种包括指令的计算机程序，所述指令用于使得如权利要求7或权利要求8所述的设备执行如权利要求1到6中的任一项所述的方法的诸步骤。
10.一种其上存储有如权利要求9所述的计算机程序的计算机可读存储介质。
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