校園供水系統(tǒng)智能管理模型建立研究

陳聰帥 楊公立

摘要：校園供水系統(tǒng)是公用設(shè)施的重要組成部分。隨著學(xué)校的水利系統(tǒng)檢測方面采用了智能水表的實(shí)時監(jiān)測，可以合理使用大量準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析解決供水系統(tǒng)中存在問題。本文通過SPSS軟件對智能水表實(shí)時數(shù)據(jù)和各個功能區(qū)每個時間段用水情況進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，以得出出校園用水情況，并利用智能水表提供的數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型觀察供水系統(tǒng)中存在的漏損情況以及維修策略，達(dá)到智能管理，節(jié)約用水的目的。

關(guān)鍵詞： SPSS;漏損位置模型;數(shù)據(jù)挖掘

中圖分類號：TU 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：（2021）-06-389

一、問題的背景分析

校園屬于人口密集場所，學(xué)校為了保障供水系統(tǒng)的正常運(yùn)作投入了大量的精力，隨著技術(shù)的發(fā)展學(xué)校普遍采用了智能水表，這樣可以獲得大量的實(shí)時供水系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。提高校園生活的品質(zhì)同時可以更好的管理校園。

依據(jù)智能水表返回的大量數(shù)據(jù)，利用校區(qū)水表層級關(guān)系，建立水表數(shù)據(jù)之間的關(guān)系模型，并利用已有的數(shù)據(jù)分析模型的誤差。以良好的公共供水網(wǎng)絡(luò)（平均失水在5%）為基準(zhǔn)，利用已有智能水表提供的數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，分析該校園供水管網(wǎng)的漏損情況。確定漏損點(diǎn)，達(dá)到及時有效的控制管理校園水系管網(wǎng)。

二、模型的的建立及求解

2.1模型假設(shè)

（1）校園智能水表數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，且數(shù)據(jù)可信度較高。

（2）假設(shè)所有的管道網(wǎng)都處在相同的環(huán)境下，排除惡劣氣候和天氣的影響。

（3）假設(shè)水龍頭不出現(xiàn)滴漏現(xiàn)象。

2.2問題分析

針對問題一，依據(jù)用水層級關(guān)系對用戶水表進(jìn)行劃分，對上層水表用水量和它的下級所有水表用水量匯總，求出兩個季度的上下層級用水?dāng)?shù)據(jù)。通過MATLAB進(jìn)行最小二乘擬合分析【1】，得出擬合曲線表達(dá)式y(tǒng)=1.0099x-9.23114*103。

針對問題二，對輸水管漏水情況，定義一個漏損率l=1-y下層y上層，通過分析發(fā)現(xiàn)校園管網(wǎng)中漏損情況隨著管網(wǎng)等級增加而變大。符合現(xiàn)實(shí)情況，并對校園用水系統(tǒng)維修提出一定數(shù)據(jù)支持。

2.3 問題解決

針對問題一、對水表數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：層級中有存在無記錄的一級表問題也有沒有耳機(jī)水表的一級表。對水表層級關(guān)系網(wǎng)研究：計(jì)算水表第一季度和第二季度水表用水總和建立 上級表對下級表數(shù)據(jù)的關(guān)系模型。通過MATLAB采用線性最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得出擬合函數(shù)【2】。

驗(yàn)證問題：通過查詢?nèi)募径?，上級水表的用水量，來預(yù)測下級水表的用水量。并和實(shí)際數(shù)據(jù)作對比。得出數(shù)據(jù)方差。經(jīng)檢驗(yàn)，方差效果處于可接受范圍內(nèi)。

針對問題二、定義一個漏損率l， 表達(dá)式為：l=1-y下層y上層。通過對大量水表數(shù)據(jù)挖掘分析整理，結(jié)合層級表網(wǎng)絡(luò)，得到以季度為基礎(chǔ)，進(jìn)行漏損率研究。

研究規(guī)則：上級分出來的所有下級水表數(shù)據(jù)都要統(tǒng)計(jì)。上級表對下級表是一對一或者一對多。通過excle數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出：

從上述數(shù)據(jù)可以看出。校園中存在漏損嚴(yán)重的現(xiàn)象是在底級表網(wǎng)絡(luò)中。所以對于水管

網(wǎng)絡(luò)維修系統(tǒng)要著重留意底層部分。為我們下一步的校園水系的智能管理提供了可以參考的價(jià)值。

三、模型的評價(jià)與推廣

本模型中對于校園供水系統(tǒng)的檢測與管理，采用了判別函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，通過智能水表的數(shù)據(jù)判斷各個區(qū)域的用水情況，提高了用水質(zhì)量。但是在涉及模型的缺陷是在數(shù)據(jù)擬合的表達(dá)方式上存在一些數(shù)據(jù)的漏洞，處理數(shù)據(jù)比較模糊。本模型運(yùn)用了判別函數(shù)的方法，采用分布對用數(shù)據(jù)制作出的表格和圖形進(jìn)行分析，或者在模型中運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。使用本模型可以對校園供水系統(tǒng)中出現(xiàn)了漏損現(xiàn)象診斷位置具有良好的實(shí)際作用，更加智能的管理校園用水系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)約用水的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]姜啟源.數(shù)學(xué)模型（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]覃權(quán)，李慧民.利用管網(wǎng)疊壓（無負(fù)壓）供水設(shè)備改造供水系統(tǒng)[J].

作者簡介：陳聰帥，男，?？?，山東協(xié)和學(xué)院，工學(xué)院軌道交通機(jī)電技術(shù)專業(yè)。

指導(dǎo)教師：楊公立，男，山東協(xié)和學(xué)院，講師，研究方向：數(shù)學(xué)建模。

山東協(xié)和學(xué)院