校園供水系統智能管理模型建立研究

陳聰帥 楊公立

摘要：校園供水系統是公用設施的重要組成部分。隨著學校的水利系統檢測方面采用了智能水表的實時監測，可以合理使用大量準確的數據分析解決供水系統中存在問題。本文通過SPSS軟件對智能水表實時數據和各個功能區每個時間段用水情況進行數據挖掘分析，以得出出校園用水情況，并利用智能水表提供的數據建立數學模型觀察供水系統中存在的漏損情況以及維修策略，達到智能管理，節約用水的目的。

關鍵詞： SPSS;漏損位置模型;數據挖掘

中圖分類號：TU 文獻標識碼：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，學校為了保障供水系統的正常運作投入了大量的精力，隨著技術的發展學校普遍采用了智能水表，這樣可以獲得大量的實時供水系統運行數據。提高校園生活的品質同時可以更好的管理校園。

依據智能水表返回的大量數據，利用校區水表層級關系，建立水表數據之間的關系模型，并利用已有的數據分析模型的誤差。以良好的公共供水網絡（平均失水在5%）為基準，利用已有智能水表提供的數據，建立數學模型，分析該校園供水管網的漏損情況。確定漏損點，達到及時有效的控制管理校園水系管網。

二、模型的的建立及求解

2.1模型假設

（1）校園智能水表數據服從正態分布，且數據可信度較高。

（2）假設所有的管道網都處在相同的環境下，排除惡劣氣候和天氣的影響。

（3）假設水龍頭不出現滴漏現象。

2.2問題分析

針對問題一，依據用水層級關系對用戶水表進行劃分，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數據。通過MATLAB進行最小二乘擬合分析【1】，得出擬合曲線表達式y=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，通過分析發現校園管網中漏損情況隨著管網等級增加而變大。符合現實情況，并對校園用水系統維修提出一定數據支持。

2.3 問題解決

針對問題一、對水表數據分析發現：層級中有存在無記錄的一級表問題也有沒有耳機水表的一級表。對水表層級關系網研究：計算水表第一季度和第二季度水表用水總和建立 上級表對下級表數據的關系模型。通過MATLAB采用線性最小二乘法進行數據擬合，得出擬合函數【2】。

驗證問題：通過查詢三四季度，上級水表的用水量，來預測下級水表的用水量。并和實際數據作對比。得出數據方差。經檢驗，方差效果處于可接受范圍內。

針對問題二、定義一個漏損率l， 表達式為：l=1-y下層y上層。通過對大量水表數據挖掘分析整理，結合層級表網絡，得到以季度為基礎，進行漏損率研究。

研究規則：上級分出來的所有下級水表數據都要統計。上級表對下級表是一對一或者一對多。通過excle數據統計分析得出：

從上述數據可以看出。校園中存在漏損嚴重的現象是在底級表網絡中。所以對于水管

網絡維修系統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值。

三、模型的評價與推廣

本模型中對于校園供水系統的檢測與管理，采用了判別函數的數學模型，通過智能水表的數據判斷各個區域的用水情況，提高了用水質量。但是在涉及模型的缺陷是在數據擬合的表達方式上存在一些數據的漏洞，處理數據比較模糊。本模型運用了判別函數的方法，采用分布對用數據制作出的表格和圖形進行分析，或者在模型中運用數據擬合方式對數據進行處理分析。使用本模型可以對校園供水系統中出現了漏損現象診斷位置具有良好的實際作用，更加智能的管理校園用水系統，達到節約用水的目的。

參考文獻

[1]姜啟源.數學模型（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]覃權，李慧民.利用管網疊壓（無負壓）供水設備改造供水系統[J].

作者簡介：陳聰帥，男，專科，山東協和學院，工學院軌道交通機電技術專業。

指導教師：楊公立，男，山東協和學院，講師，研究方向：數學建模。

山東協和學院