技术领域
[0001] 本
发明属于供水漏损监测领域，具体是一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法。技术背景
[0002] 随着大表远传技术的成熟以及小区二次供水监控平台的建立，逐步实现小区入水口考核表数据自动采集和传输，水司由此实行住宅小区DMA管理。鉴于目前夜间最小流量(MNF)是评估独立计量区域实际漏损水平的重要指标[1]。因此，水司管理人员常常采用MNF法进行漏损自动监测，同时利用这些流量数据进行小区漏损情况评估，及时安排巡检和检漏，减少水量损失，起到积极作用。
[0003] 实际应用中，夜间最小流量法对经验的要求比较高，各地夜间最小流量出现的时间存在差异，基准值(
阈值)的确定方法受客观条件限制，通用性较差[2]。文献[2]认为，相对而言，采用统计学确定夜间合法用水量进而得到夜间最小流量基准值的方法应用性较强。事实上，夜间合法用水量，按统计学抽样调查的话，要求样本量足够多且具有代表性，这给实际应用带来困难。
[0004] 除了通用性问题，确定夜间最小流量阈值的难点在于：(1)若阈值偏低，报警敏感度高，误报警增多；若阈值偏高，报警敏感度低，可减少误报，但可能出现漏报。(2)用水量随季节、气温、节假日等因素变化，会影响到夜间最小流量。夜间最小流量存在漂移、分层、趋势等不
稳定性，若采用单一阈值，在误报和漏报两方面恐顾此失彼。
[0005] 当前英国供水公司采用的报警方法是扁平线法，根据过去12个月的高低平均值，分别加减20％设置阈值[3]。此扁平线法确实能够敏感地检测出灾难性爆管事故，但是存在大量误报警问题。在不确定情况下，水司确定的MNF阈值较为保守。某水司在2018年累计接到系统报警4554次，经甄别真报警525次，误报警占报警总数的比例高达88.5％，严重困扰了水司管理人员。
[0006] 参考文献
[0007] [1]林朝阳.采用夜间最小流量法实现大区域供水系统产销差率控制[J].给水排水,2011,37(9):101-104.DOI:10.3969/j.issn.1002-8471.2011.09.026.
[0008] [2]李岚,吴珊,寇晓霞,等.基于独立计量区的夜间最小流量的研究进展[J].给水排水,2018,44(6):135-141.
[0009] [3]吴正易著，张清周译.降低供水漏损，中国建筑工业出版社，2017.11。
发明内容
[0010] 本发明针对MNF阈值确定难、单一阈值难兼顾不同季节情况等问题，借鉴统计过程控制SPC方法，通过历史
数据挖掘，提出了一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法，包括以下步骤：
[0012] 针对某小区，建立小区供水漏损监测数据库。其中的数据项包括：
采样时间、间隔期供水量、流量、漏损标志、修复标志等。将SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统、供水抢修系统采集到的相关数据，经过必要的匹配、格式转换，导入数据库。其中，历史数据超过12个月，采样间隔≤15分钟。
[0013] 进行数据预处理，对异常日数据进行整体剔除，对正常日少数缺漏数据进行插补,个别异常过滤。
[0014] 步骤2分析稳定期0:00-6:00夜间时段流量统计特性，确定MNF夜间时段，统计夜间最小流量值
[0015] 针对稳定期(至少1个月，至多12个月)，计算0:00-6:00夜间时段每个采样时刻流量的均值ut、标准差σt，从0:00-3:00、0:15-3:15、……3:00-6:00十三个选项中，选择均值和标准差最小的一个3小时时段，确定为MNF夜间时段。
[0016] 针对稳定期，每日从MNF夜间时段找出最小流量值，计算其平均值uMNF和标准差σMNF。其中的稳定期，是指小区用户数、用水习惯基本稳定的时期。
[0017] 步骤3初定标准差系数k和控制上限UCL
[0018] 根据该小区过去12个月的漏损抢修记录，计算发生漏损的概率Pα＝漏损次数/检测次数。漏损次数，根据抢修记录计算，同个漏损事件未修复之前，不重复计算漏损次数。
[0019] 根据中心极限定理，UCL＝uMNF+k*σMNF，这里k，满足Pα≈P观测值>UCL。如Pα<0.00135，则取k＝3。这里，UCL为控制上限，k为标准差系数。
[0020] 如该小区过去12个月没有发生漏损，可以参考同类小区情况(所谓同类小区，是指用水规模、管材、使用年份、住宅类型(高层、多层或混合)相近的小区)，也可以简单认定为Pα<0.00135情况。
[0021] 步骤4改进SPC方法，并检验其准确性
[0022] 统计过程控制SPC(如表1左侧)，可以检测突变和渐变异常。根据小区供水漏损监测的实际情况，改进SPC方法，如表1右侧，当2≤k<3时，选择Improved-SPC检测规则#1和#2；当1≤k<2时，选择Improved-SPC检测规则#1和#3。
[0023] 表1 统计过程控制SPC及改进
[0024]
[0025] 利用过去12个月历史数据，可检验改进SPC方法的准确性。如当前k，能检测出全部漏损事件，则微增k，搜索满足“全部检测出漏损事件”的最大k值。如当前k，不能检测出全部漏损事件，则微减k，搜索满足“全部检测出漏损事件”的最小k值。然后，修正控制上限UCL＝uMNF+k*σMNF。
[0026] 步骤5小区供水漏损监测预警
[0027] 获取SCADA实测数据，找到当日MNF夜间时段的最小流量值，利用改进SPC检测规则#1进行超限判断及预警；找到MNF夜间时段最近连续3整点(或5整点)流量数据，利用改进SPC检测规则#2(或#3)进行超限判断及预警。
[0028] 持续更新小区漏损监测数据库，如发现漏报，或误报率>5％，则需要回到步骤2，尽量利用新近的稳定期样本数据，重新确定阈值，保证监测预警准确性。
[0029] 本发明通过数据挖掘确定MNF阈值，并汲取常规SPC方法检测渐变异常的优点，完善了漏损监测手段，很好地解决MNF阈值确定难、单一阈值难兼顾不同季节情况等实际应用问题，提高了小区供水漏损自动监测预警的准确性。
附图说明
[0030] 图1：本发明方法流程示意图。
具体实施方式
[0031] 下面通过
实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0032] 实施例：本实施例的一种改进SPC的小区供水漏损监测预警方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0033] 步骤1建立小区供水漏损监测数据库
[0034] 针对某小区，建立小区供水漏损监测数据库。数据项包括：采样时间、间隔期供水量、流量、漏损标志、修复标志等。将SCADA系统、供水抢修系统采集到的相关数据，经过必要的匹配、格式转换，导入数据库。其中，历史数据自2018.3至2019.3，超过12个月，采样间隔为15分钟。历史数据中，偶有数据缺失或异常，按插值补缺、个别异常过滤、剔除异常日等常规方法进行数据预处理。
[0035] 步骤2分析稳定期0:00-6:00夜间时段流量统计特性，确定MNF夜间时段，统计夜间最小流量值
[0036] 针对2018.3-2019.2稳定期，计算0:00-6:00夜间时段每个采样时刻流量的均值ut、标准差σt，从0:00-3:00、0:15-3:15、……3:00-6:00十三个选项中，选择均值和标准差最小的2:00-5:00这个3小时时段，确定为MNF夜间时段。
[0037] 在2018.3-2019.2稳定期稳定期，每日从MNF夜间时段找出最小流量值，计算得到：其平均值uMNF＝3.194吨/小时，标准差σMNF＝1.091吨/小时。
[0038] 步骤3初定标准差系数k和控制上限UCL
[0039] 该小区2018.3-2019.2的12个月的漏损抢修记录，曾发生2次漏损事故，该小区发生漏损的概率Pα＝2/365＝0.55％。
[0040] 根据中心极限定理，UCL＝uMNF+k*σMNF，这里k＝2.55时，满足Pα＝0.55％≈P观测值>UCL。则UCL＝5.976吨/小时。
[0041] 步骤4改进SPC方法，并检验其准确性
[0042] 统计过程控制SPC(如表1左侧)，可以检测突变和渐变异常。根据小区供水漏损监测的实际情况，改进SPC，如表2，当2≤k<3时，选择SPC检测规则#1和#2。
[0043] 表2 改进统计过程控制
[0044]
[0045] 利用2018.3-2019.2的12个月历史数据，检验改进SPC方法的准确性。如当前k＝2.55，能检测出全部漏损事件，则微增k，搜索满足“全部检测出漏损事件”的最大k值为2.7，修正控制上限UCL＝uMNF+2.7*σMNF＝6.140吨/小时。
[0046] 如采用固定上限UCL＝u+3σ＝6.467吨/小时监测，误报率更低，但有一次漏报。
[0047] 步骤5小区供水漏损监测预警
[0048] 获取SCADA实测数据，找到当日MNF夜间时段的最小流量值，利用改进SPC检测规则#1进行超限判断及预警；找到MNF夜间时段最近连续3整点流量数据，利用改进SPC检测规则#2进行超限判断及预警。
[0049] 持续更新小区漏损监测数据库，利用2019.3数据，误报率<1％，没有漏报，表明本发明方法是有效的，提高了预测预警的准确性，极大地减轻了水司管理人员的工作压
力。
[0050] 如后续发现漏报，或误报率>5％，则需要回到步骤2，尽量利用新近的稳定期样本数据，重新确定阈值，保证监测预警准确性。
[0051] 本实例表明，本发明方法较扁平线方法或采用固定控制上限UCL＝u+2σ方法，减少了大量的误报；较采用固定控制上限UCL＝u+3σ方法，避免了漏报。因此，本发明方法既减少了误报，又保持了足够的敏感性检测出漏损异常。
[0052] 为了增强实时性，增加每天的检测次数。如利用2:00-5:00夜间时段，3个整点的流量数据，参与检测，可加快趋势性异常侦测。针对工业用水和居民用水混合的独立计量区域，如能掌握实时的工业用水量，同样可以应用本发明方法。
[0053] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附
权利要求书所定义的范围。
