CN116796473A - 基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法，属于燃气管网监测技术领域，解决了现有技术中监测点位分布不合理，以及人工巡检效率不高的问题。布设方法包括：对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合；根据原有传感器布设点位对燃气管线离散点总集合以及候选传感器点位集合进行更新；根据重点防护区域的点位集合对燃气管线离散点总集合和候选传感器点位集合进行更新；基于改进贪婪算法，依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，得到非重点防护区域传感器的布设点位。实现了监测点位的合理分布以及对燃气管网的自动化监测。

Description

基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法

技术领域

本发明涉及燃气管网监测技术领域，尤其涉及一种基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法。

背景技术

城市燃气的安全运行关乎着数千万城市居民的生命安危，是城市生活和社会发展的重要保障。新时期下城市燃气使用量不断增加，大大促进了城市燃气企业的发展，城市燃气管道规模持续增长，为越来越多的城市居民生活带来了便利，但相应的燃气管道安全事故发生概率也不断增加。由于燃气泄漏事故经常突然发生，泄漏的气体若没有及时排散，极易引起火灾、***等严重的安全事故。城市燃气管道往往分布在人口密集区域，因此一旦发生燃气泄漏，将会对城市公共安全构成威胁，并在严重情况下造成人员伤亡和财产损失，需及时采取措施来控制事态，尽可能减少由燃气泄漏事故造成的生命财产损失。

针对频发的燃气泄露***事件，如何及时有效的掌握城市燃气管网的实时状态，在燃气管网中甚至地下管网中进行快速准确地监测到燃气管网泄露并及时处置是当前保障燃气安全任务的重中之重。当前燃气泄露监测存在以下几个问题：

1、目前燃气运营企业多采用人工巡检进行燃气管网泄露监测。人工巡检法需要企业派出巡检人员利用手持可燃气体监测终端、可燃气体监测车辆等方式发现燃气管网泄露事件。人工监测频度主要依赖人工巡检周期，无法做到24小时的城市内大范围燃气管网泄露监测，及时性和有效性不佳，且对巡检人员素质和责任心依赖较重。

2、燃气泄露监测常用的的压力监测法主要通过在燃气管道上安装压力计，实时监测燃气管道各节点压力流量，当燃气管道发生泄漏后，燃气管道的压力会发生变化。但是，压力传感安装及日常维护成本较高且安装复杂，短期内很难实现在城市内大范围密集布设，泄露监测覆盖范围有限。

3、在目前的燃气泄露监测应用场景下，主要基于风险识别的结果，选择管线健康状况较差、危险性较高、管道使用年限较长、燃气管线及与燃气管线交叉的雨污水、电力管线检查井等高风险区域进行监测布点，但仅依据风险级别进行监测布点往往导致传感器分布不均，部分区域传感器分布数量过少，可能导致无法及时发现燃气泄露，甚至导致燃气***事件。

因此，亟需一种对燃气管网进行全面自动监测的技术方案。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法，用以解决现有技术中监测点位分布不均，以及人工巡检效率不高的问题。

本发明实施例提供了一种基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法，所述布设方法包括：

对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合；设定要布设的传感器总数量；

确定可放置传感器的点位，得到候选传感器点位集合；根据原有传感器的点位和传感器监测半径确定原有传感器布设点位对应的覆盖离散点；根据原有传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；并且根据原有传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；

根据重点防护区域的点位集合、候选传感器点位集合和传感器监测半径，确定重点防护区域传感器的布设点位以及重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点；根据重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；并且根据重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；

基于改进贪婪算法，依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，得到非重点防护区域传感器的布设点位。

基于上述方法的进一步改进，所述依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，包括：

步骤S41：确定候选传感器点位集合中每一个候选点位对应的覆盖离散点，将对应的覆盖离散点的数量最多的候选点位作为当前次迭代的非重点防护区域传感器的一个布设点位；

步骤S42：根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；

步骤S43：判断要布设的传感器是否布设完毕，如果没有布设完毕，则返回步骤S41，进行下一次迭代，若布设完毕则结束循环。

基于上述方法的进一步改进，所述确定候选传感器点位集合中每一个候选点位对应的覆盖离散点，包括：

以候选传感器点位集合中每一个候选点位的位置为圆心，以传感器监测半径的a倍为半径，得到每一个候选点位的圆形覆盖区域；a的范围为[0.75-1.25]；

将每一个候选点位的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为每一个候选点位对应的覆盖离散点。

基于上述方法的进一步改进，所述根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位删除；

所述根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点删除。

基于上述方法的进一步改进，所述对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合，包括：

针对燃气管网中的每一条管线段，当该管线段的长度小于或者等于预设长度时，将该管线段的两个管点作为该管线段对应的离散点；

当该管线段的长度大于预设长度时，从该管线段的两个管点中任意一个管点开始，每隔预设长度得到一个新增离散点，将该管线段所有的新增离散点以及该管线段的两个管点作为该管线段对应的离散点；

将燃气管网中所有管线段对应的离散点作为燃气管线离散点总集合。

基于上述方法的进一步改进，所述根据重点防护区域的点位集合、候选传感器点位集合和传感器监测半径，确定重点防护区域传感器的布设点位以及重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点，包括：

步骤S31：从重点防护区域的点位集合中选择一个区域点位，确定区域点位与候选传感器点位集合中每一个候选点位的距离，得到当前次迭代的区域点位对应的最短距离；

步骤S32：如果最短距离小于或者等于传感器检测半径，则将最短距离对应的候选点位作为重点防护区域传感器的布设点位，并确定该布设点位对应的覆盖离散点；

步骤S33：从重点防护区域的点位集合删除上述当前次迭代的区域点位；根据重点防护区域传感器的所述布设点位对候选传感器点位集合进行更新，并根据所述布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；

步骤S34：判断重点防护区域的点位集合中是否还存在区域点位，如果还存在点位，则返回步骤S31进行下一次迭代，直至重点防护区域的点位集合中不存在点位。

基于上述方法的进一步改进，所述确定该布设点位对应的覆盖离散点，包括：

以该布设点位的位置为圆心，以传感器监测半径为半径，得到该布设点位的圆形覆盖区域，将该布设点位的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为该布设点位对应的覆盖离散点。

基于上述方法的进一步改进，所述根据重点防护区域传感器的所述布设点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的所述布设点位删除；

所述根据所述布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的所述布设点位对应的覆盖离散点删除。

基于上述方法的进一步改进，所述根据原有传感器点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的原有传感器点位对应的覆盖离散点删除；

所述根据原有传感器的点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的原有传感器点位删除。

基于上述方法的进一步改进，所述布设方法还包括：

当要布设的传感器都布设完毕时，根据原有传感器布设点位对应的覆盖离散点、重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点以及非重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点确定覆盖总离散点；

根据覆盖总离散点的数量和燃气管线离散点总集合中的总离散点数量确定布设完毕时的监测覆盖率。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明通过对燃气管网进行离散化处理，根据原有传感器的点位和重点防护区域的点位集合对燃气管线离散点总集合和候选传感器点位集合进行更新，基于改进贪婪算法将要布设的传感器总数量全部布设，实现了监测点位的合理分布以及对燃气管网的自动化监测。

2、本发明通过布设的传感器在燃气管网的分布密度，对候选点位的圆形覆盖区域进行调整，可以控制传感器的分布疏密程度。

3、本发明通过传感器设置为浓度传感器，能够较好地解决压力监测法有效数据采集效率低且经济成本高、有效监测范围小的技术问题，实现对燃气管网的低成本和大范围的检测。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例提供的基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的离散化前的燃气管网的分布情况示意图；

图3为本发明实施例提供的离散化后的燃气管网的分布情况示意图；

图4为本发明实施例提供的基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法的步骤S3的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法的步骤S4的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法，如图1所示，所述布设方法包括：

步骤S1：对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合；设定要布设的传感器总数量；

步骤S2：确定可放置传感器的点位，得到候选传感器点位集合；根据原有传感器的点位和传感器监测半径确定原有传感器布设点位对应的覆盖离散点；根据原有传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；并且根据原有传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；

步骤S3：根据重点防护区域的点位集合、候选传感器点位集合和传感器监测半径，确定重点防护区域传感器的布设点位以及重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点；根据重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；并且根据重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；

步骤S4：基于改进贪婪算法，依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，得到非重点防护区域传感器的布设点位。

具体的，如图2所示，根据燃气管网的分布情况可以知道，在燃气管网中存在多个管线段，多个管线段相互连接形成燃气管网。在两个管线段连接的端点称为管点，管点可以为燃气管网的检查井，检查井可以用于放置传感器，用于检测传感器检测半径范围内的燃气泄露情况。

具体的，原有传感器点位为原本已经放置有传感器的位置，候选传感器点位为可以放置传感器的位置，其中候选传感器点位包括原有传感器点位。在燃气管网的范围内存在重点防护区域，将重点防护区域的中心点的位置作为重点防护区域的点位，比如重点防护区域包括学校、化工厂以及工业园区等等。按照国家相关规定，应当优先对燃气管网的范围内对重点防护区域进行监测，布设传感器。

具体的，在图2中，B1、B2和B3为原有传感器点位，A1、A2、A3、A4、A5和A6，以及B1、B2和B3为候选传感器点位，C1和C2为重点防护区域的点位。

具体的，在步骤S1中，对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合，如图3所示。

优选地，所述对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合，包括：

针对燃气管网中的每一条管线段，当该管线段的长度小于或者等于预设长度时，将该管线段的两个管点作为该管线段对应的离散点；

当该管线段的长度大于预设长度时，从该管线段的两个管点中任意一个管点开始，每隔预设长度得到一个新增离散点，将该管线段所有的新增离散点以及该管线段的两个管点作为该管线段对应的离散点；

将燃气管网中所有管线段对应的离散点作为燃气管线离散点总集合。

具体地，如图3所示，燃气管网中的每一条管线段的长度不同，根据每一条管线段的长度对管线段进行划分，当该管线段的长度小于或者等于预设长度时，将该管线段的两个管点作为该管线段对应的离散点。预设长度的范围可以设置为1米至5米的范围内；预设长度越小，划分出的燃气管线离散点总集合的数量越多，在处理时需要计算的数据量越多，同时，获取的监测覆盖率越准确；预设长度越大，划分出的燃气管线离散点总集合的数量越少，在处理时需要计算的数据量越少，同时，获取的监测覆盖率误差越大。因此，值得说明的是，在具体确定预设长度的值时，需要根据处理设备的计算资源合理设置，在此不再赘述。

在燃气管线离散点总集合中，每一个离散点均设置有离散点编号和离散点位置信息，离散点位置信息为离散点所在位置的地理坐标。

值得说明的是，在步骤S1中的燃气管线离散点总集合所包括的离散点数量为整个燃气管网的总离散点数量。

具体的，在步骤S1中设定要布设的传感器总数量，要布设的传感器为原有传感器的基础上进行新增的传感器，由于新增的传感器的放置未知，本发明需要给新增的传感器自动化确定位置，将新增的传感器和原有的传感器相互作用结合，以使得燃气管网的监测覆盖率最高。

可以理解的是，对于燃气管网来说，每个燃气管网的监测覆盖率＝燃气管网内布设的全部传感器的覆盖离散点/燃气管网的总离散点数量*100％。

具体地，要布设的传感器与原有传感器的传感器监测半径可以设置为相同，也可以设置为不同。可以根据每个传感器的具体性能进行设置。

本发明实施例要布设的传感器最好为浓度传感器，浓度传感器可定期采集可燃气体浓度，当燃气在空气中的浓度超过设定值，就会被触发报警，而且由于浓度传感器价格低廉，可运用于大范围城市燃气管网泄露监测，帮助燃气运营单位及时准确发现管线泄漏事件，为后续的事件处置提供数据和技术支撑，快速有效处置险情。

具体的，在步骤S2中，通过收集不同燃气管网的数据，确定在该燃气管网中的原有传感器点位和可放置传感器的点位，均作为候选传感器点位集合中的点位。比如图3中的点位A1、A2、A3、A4、A5和A6，以及B1、B2和B3。

具体地，根据原有传感器的点位和传感器监测半径确定原有传感器布设点位对应的覆盖离散点。原有传感器的各种监测参数可以通过收集燃气管网的历史监测数据进行确定，也可以通过历史的安装参数进行确定，在此不再进行赘述。如图3所示，以原有传感器B2为例，传感器B2的监测覆盖区域为半径为R的圆形区域,传感器B2的对应的覆盖离散点即为以传感器B2的位置为圆形，半径为R的圆形区域所覆盖的离散点。

在确定原有传感器的点位以及对应的覆盖离散点之后，根据原有传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的原有传感器的布设点位删除；所述根据原有传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的原有传感器布设点位对应的覆盖离散点删除。

值得说明的是，在步骤S2执行结束之后，燃气管线离散点总集合中已经不包括原有传感器布设点位对应的覆盖离散点，同时，在候选传感器点位集合中已经不包括原有传感器布设点位。即，在候选传感器点位中只包括点位A1、A2、A3、A4、A5和A6。

具体的，在步骤S3中，根据重点防护区域的点位集合、候选传感器点位集合和传感器监测半径，确定重点防护区域传感器的布设点位以及重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点；根据重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；并且根据重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新。

具体的，如图3所示，重点防护区域的点位包括点位C1和点位C2，候选传感器点位集合包括点位A1、A2、A3、A4、A5和A6，传感器监测半径根据要设置的传感器的参数确定，传感器监测半径r一般为500m左右。

优选地，如图4所示，所述根据重点防护区域的点位集合、候选传感器点位集合和传感器监测半径，确定重点防护区域传感器的布设点位以及重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点，包括：

步骤S31：从重点防护区域的点位集合中选择一个区域点位，确定区域点位与候选传感器点位集合中每一个候选点位的距离，得到当前次迭代的区域点位对应的最短距离；

步骤S32：如果最短距离小于或者等于传感器检测半径，则将最短距离对应的候选点位作为重点防护区域传感器的布设点位，并确定该布设点位对应的覆盖离散点；

步骤S33：从重点防护区域的点位集合删除上述当前次迭代的区域点位；根据重点防护区域传感器的所述布设点位对候选传感器点位集合进行更新，并根据所述布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；

步骤S34：判断重点防护区域的点位集合中是否还存在区域点位，如果还存在点位，则返回步骤S31进行下一次迭代，直至重点防护区域的点位集合中不存在点位。

具体的，如图3所示，重点防护区域的点位集合包括点位C1和点位C2，点位C1和点位C2表示重点防护区域的中心点所在的位置，此处以点位C2为例。

具体的，在步骤S31中，点位C2为重点防护区域的点位集合中选择一个区域点位，候选传感器点位集合包括点位A1、A2、A3、A4、A5和A6，分别通过计算确定区域点位C2与候选点位A1、A2、A3、A4、A5和A6的距离，表示为C2A1、C2A2、C2A3、C2A4、C2A5和C2A6,通过比较C2A1、C2A2、C2A3、C2A4、C2A5和C2A6之间的大小,可以确定一个最短距离，作为当前次迭代的区域点位对应的最短距离，从图3中提供的燃气管网可以得出区域点位C2对应的最短距离为C2A3。

具体的，在步骤S32中，比较最短距离C2A3与要布设的传感器的传感器检测半径r进行对比，如果最短距离C2A3小于或者等于传感器检测半径r，则将最短距离C2A3对应的候选点位A3作为重点防护区域传感器的布设点位，并确定该布设点位对应的覆盖离散点。

在步骤S32执行结束之后，此处以最短距离C2A3小于传感器检测半径r为例进行说明，此时将点位A3作为重点防护区域传感器的布设点位，重点防护区域传感器表示专门用于对重点防护区域进行监测的传感器。根据点位A3确定对应的覆盖离散点。

优选地，所述确定该布设点位对应的覆盖离散点，包括：

以该布设点位的位置为圆心，以传感器监测半径为半径，得到该布设点位的圆形覆盖区域，将该布设点位的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为该布设点位对应的覆盖离散点。

具体的，以布设点位A3所在的位置为圆形，以传感器监测半径r为半径，可以得到该布设点位A3的圆形覆盖区域，将该布设点位A3的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为该布设点位A3对应的覆盖离散点。

具体的，在步骤S33中，从重点防护区域的点位集合删除上述当前次迭代的区域点位，即从点位C1和点位C2组成的集合中删除当前次迭代的区域点位C2，则在重点防护区域的点位集合中只剩余点位C1。

本发明实施例中步骤S33中对燃气管线离散点总集合进行更新，更新前的燃气管线离散点总集合为本发明实施例提供的步骤S2执行结束后得到的燃气管线离散点总集合；本发明实施例中步骤S33中对候选传感器点位集合进行更新，更新前的候选传感器点位集合为本发明实施例提供的步骤S2执行结束后得到的候选传感器点位集合。

优选地，所述根据重点防护区域传感器的所述布设点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的所述布设点位删除；

所述根据所述布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的所述布设点位对应的覆盖离散点删除。

具体的，重点防护区域传感器的布设点位为点位A3，候选传感器点位集合为点位A1、A2、A3、A4、A5和A6，将点位A1、A2、A3、A4、A5和A6中的点位A3删除，将点位A1、A2、A4、A5和A6作为更新后的候选传感器点位集合。

具体的，在步骤S34中，判断重点防护区域的点位集合中是否还存在区域点位，此时还存在区域点位C1，则返回步骤S31进行下一次迭代，可以理解的是，在下一次迭代过程中，则以区域点位C1进行，确定区域点位C1与候选传感器点位集合点位A1、A2、A4、A5和A6的距离，C1A1、C1A2、C1A4、C1A5和C1A6，可以得到最短距离为C1A1，确定点位A1的覆盖离散点。在经过步骤S33的执行之后，重点防护区域的点位集合中不存在区域点位，此时技术步骤S3，进入步骤S4。

具体的，在步骤S4中，基于改进贪婪算法，依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，得到非重点防护区域传感器的布设点位。

此时，在步骤S3执行结束之后，假设候选传感器点位剩余点位A1、A2、A4、A5和A6，要布设的传感器数量还剩余3个，则需要从候选传感器点位集合中选择3个候选点位，作为要布设的传感器的布设点位。

可以理解的是，贪婪算法一般按如下步骤进行：

①建立数学模型来描述问题；

②把求解的问题分成若干个子问题；

③对每个子问题求解，得到子问题的局部最优解；

④把子问题的解局部最优解合成原来解问题的一个解。

贪婪算法是一种对某些求最优解问题的更简单、更迅速的设计技术。贪婪算法的特点是一步一步地进行，常以当前情况为基础根据某个优化测度作最优选择，而不考虑各种可能的整体情况，省去了为找最优解要穷尽所有可能而必须耗费的大量时间。贪婪算法采用自顶向下，以迭代的方法做出相继的贪婪选择，每做一次贪婪选择，就将所求问题简化为一个规模更小的子问题，通过每一步贪婪选择，可得到问题的一个最优解。虽然每一步上都要保证能获得局部最优解，但由此产生的全局解有时不一定是最优的，所以贪婪算法不要回溯。

具体的，在步骤S4中，通过改进贪婪算法，依次从候选传感器点位集合点位A1、A2、A4、A5和A6中选择一个布设点位，直至将3个传感器都布设完毕，由此可以得到3个非重点防护区域传感器的布设点位。

优选地，如图5所示，所述依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，包括：

步骤S41：确定候选传感器点位集合中每一个候选点位对应的覆盖离散点，将对应的覆盖离散点的数量最多的候选点位作为当前次迭代的非重点防护区域传感器的一个布设点位；

步骤S42：根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；

步骤S43：判断要布设的传感器是否布设完毕，如果没有布设完毕，则返回步骤S41，进行下一次迭代，若布设完毕则结束循环。

具体的，在步骤S4中，根据图3提供的燃气管网，在步骤S3执行结束之后，还剩余3个传感器需要进行布设，则需要对步骤S41、S42和S43执行3次，在每一次的执行过程中选择一个布设点位。

具体地，在步骤S41中，分别确定候选传感器点位集合A1、A2、A4、A5和A6中每一个候选点位所对应的覆盖离散点，记作A1’、A2’、A4’、A5’和A6’，比较A1’、A2’、A4’、A5’和A6’，将对应的覆盖离散点的数量最多的候选点位作为当前次迭代的非重点防护区域传感器的一个布设点位。可以理解的是A1’、A2’、A4’、A5’和A6’中的离散点均为步骤S3执行结束之后的燃气管线离散点总集合中的离散点。

优选地，所述确定候选传感器点位集合中每一个候选点位对应的覆盖离散点，包括：

以候选传感器点位集合中每一个候选点位的位置为圆心，以传感器监测半径的a倍为半径，得到每一个候选点位的圆形覆盖区域；a的范围为[0.75-1.25]；

将每一个候选点位的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为每一个候选点位对应的覆盖离散点。

具体的，分别以候选点位A1、A2、A4、A5和A6为圆心，以传感器监测半径r的a倍为半径，得到每一个候选点位的圆形覆盖区域，将每一个候选点位的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为每一个候选点位对应的覆盖离散点。

优选地，a的范围为[0.75-1.25]。需要强调的是，在将全部要布设的传感器全都布设完毕时，可以根据传感器的分布情况，来调整a的范围。比如，当用户认为要布设的传感器分布比较密集时，可以将a调大，以使得传感器之间的分布进行稀疏；当用户认为要布设的传感器分布比较分散时，可以将a调小，以使得传感器之间的分布进行密集。一般情况下，a设置为1。

优选地，所述根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位删除；

所述根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点删除。

具体的，在步骤S4中，在进行每一次迭代时，根据步骤S41均能确定当前次迭代的非重点防护区域传感器的一个布设点位。在步骤S42中，将候选传感器点位集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位删除，并且，将燃气管线离散点总集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点删除。

在步骤S4执行完成之后，将要布设的传感器都布设完毕，此时得到的重点防护区域传感器的布设点位和非重点防护区域传感器的布设点位即为要布设的传感器的布设点位。

优选地，所述布设方法还包括：

当要布设的传感器都布设完毕时，根据原有传感器布设点位对应的覆盖离散点、重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点以及非重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点确定覆盖总离散点；

根据覆盖总离散点的数量和燃气管线离散点总集合中的总离散点数量确定布设完毕时的监测覆盖率。

具体的，在步骤S4执行完成之后，将要布设的传感器都布设完毕，此时原有传感器布设点位对应的覆盖离散点、重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点以及非重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点加一起即为燃气管网的覆盖总离散点。

同时结合燃气管网步骤S1离散化后的燃气管线离散点总集合中的总离散点数量和燃气管网的覆盖总离散点可以确定改燃气管网布设完毕时的监测覆盖率，即该燃气管网的检测覆盖率＝燃气管网的覆盖总离散点/燃气管线离散点总集合中的总离散点数量。

与现有技术相比，本发明实施例提供的基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法，对燃气管网进行离散化处理，根据原有传感器的点位和重点防护区域的点位集合对燃气管线离散点总集合和候选传感器点位集合进行更新，基于改进贪婪算法将要布设的传感器总数量全部布设，实现了监测点位的合理分布以及对燃气管网的自动化监测；并且，通过布设的传感器在燃气管网的分布密度，对候选点位的圆形覆盖区域进行调整，可以控制传感器的分布疏密程度；同时，通过传感器设置为浓度传感器，能够较好地解决压力监测法有效数据采集效率低且经济成本高、有效监测范围小的技术问题，实现对燃气管网的低成本和大范围的检测。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于改进贪婪算法的燃气管网监测点位布设方法，其特征在于，所述布设方法包括：

对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合；设定要布设的传感器总数量；

确定可放置传感器的点位，得到候选传感器点位集合；根据原有传感器的点位和传感器监测半径确定原有传感器布设点位对应的覆盖离散点；根据原有传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；并且根据原有传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；

根据重点防护区域的点位集合、候选传感器点位集合和传感器监测半径，确定重点防护区域传感器的布设点位以及重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点；根据重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；并且根据重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；

基于改进贪婪算法，依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，得到非重点防护区域传感器的布设点位。

2.根据权利要求1所述的布设方法，其特征在于，所述依次从候选传感器点位集合中选取一个点位作为非重点防护区域传感器的一个布设点位，直至将所有要布设的传感器都布设完毕，包括：

步骤S41：确定候选传感器点位集合中每一个候选点位对应的覆盖离散点，将对应的覆盖离散点的数量最多的候选点位作为当前次迭代的非重点防护区域传感器的一个布设点位；

步骤S42：根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新；根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；

步骤S43：判断要布设的传感器是否布设完毕，如果没有布设完毕，则返回步骤S41，进行下一次迭代，若布设完毕则结束循环。

3.根据权利要求2所述的布设方法，其特征在于，所述确定候选传感器点位集合中每一个候选点位对应的覆盖离散点，包括：

以候选传感器点位集合中每一个候选点位的位置为圆心，以传感器监测半径的a倍为半径，得到每一个候选点位的圆形覆盖区域；a的范围为[0.75-1.25]；

将每一个候选点位的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为每一个候选点位对应的覆盖离散点。

4.根据权利要求3所述的布设方法，其特征在于，所述根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位删除；

所述根据当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的当前次迭代的非重点防护区域传感器的布设点位对应的覆盖离散点删除。

5.根据权利要求1所述的布设方法，其特征在于，所述对燃气管网进行离散化处理，得到对应的燃气管线离散点总集合，包括：

针对燃气管网中的每一条管线段，当该管线段的长度小于或者等于预设长度时，将该管线段的两个管点作为该管线段对应的离散点；

当该管线段的长度大于预设长度时，从该管线段的两个管点中任意一个管点开始，每隔预设长度得到一个新增离散点，将该管线段所有的新增离散点以及该管线段的两个管点作为该管线段对应的离散点；

将燃气管网中所有管线段对应的离散点作为燃气管线离散点总集合。

6.根据权利要求1所述的布设方法，其特征在于，所述根据重点防护区域的点位集合、候选传感器点位集合和传感器监测半径，确定重点防护区域传感器的布设点位以及重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点，包括：

步骤S31：从重点防护区域的点位集合中选择一个区域点位，确定区域点位与候选传感器点位集合中每一个候选点位的距离，得到当前次迭代的区域点位对应的最短距离；

步骤S32：如果最短距离小于或者等于传感器检测半径，则将最短距离对应的候选点位作为重点防护区域传感器的布设点位，并确定该布设点位对应的覆盖离散点；

步骤S33：从重点防护区域的点位集合删除上述当前次迭代的区域点位；根据重点防护区域传感器的所述布设点位对候选传感器点位集合进行更新，并根据所述布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新；

步骤S34：判断重点防护区域的点位集合中是否还存在区域点位，如果还存在点位，则返回步骤S31进行下一次迭代，直至重点防护区域的点位集合中不存在点位。

7.根据权利要求6所述的布设方法，其特征在于，所述确定该布设点位对应的覆盖离散点，包括：

以该布设点位的位置为圆心，以传感器监测半径为半径，得到该布设点位的圆形覆盖区域，将该布设点位的圆形覆盖区域所覆盖的离散点作为该布设点位对应的覆盖离散点。

8.根据权利要求7所述的布设方法，其特征在于，所述根据重点防护区域传感器的所述布设点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的所述布设点位删除；

所述根据所述布设点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的所述布设点位对应的覆盖离散点删除。

9.根据权利要求1所述的布设方法，其特征在于，所述根据原有传感器点位对应的覆盖离散点对燃气管线离散点总集合进行更新，包括：将燃气管线离散点总集合中的原有传感器点位对应的覆盖离散点删除；

所述根据原有传感器的点位对候选传感器点位集合进行更新，包括：将候选传感器点位集合中的原有传感器点位删除。

10.根据权利要求1-9任一项所述的布设方法，其特征在于，所述布设方法还包括：

当要布设的传感器都布设完毕时，根据原有传感器布设点位对应的覆盖离散点、重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点以及非重点防护区域传感器布设点位对应的覆盖离散点确定覆盖总离散点；

根据覆盖总离散点的数量和燃气管线离散点总集合中的总离散点数量确定布设完毕时的监测覆盖率。