校园供水系统智能管理模型建立研究

陈聪帅 杨公立

摘要：校园供水系统是公用设施的重要组成部分。随着学校的水利系统检测方面采用了智能水表的实时监测，可以合理使用大量准确的数据分析解决供水系统中存在问题。本文通过SPSS软件对智能水表实时数据和各个功能区每个时间段用水情况进行数据挖掘分析，以得出出校园用水情况，并利用智能水表提供的数据建立数学模型观察供水系统中存在的漏损情况以及维修策略，达到智能管理，节约用水的目的。

关键词： SPSS;漏损位置模型;数据挖掘

中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2021）-06-389

一、问题的背景分析

校园属于人口密集场所，学校为了保障供水系统的正常运作投入了大量的精力，随着技术的发展学校普遍采用了智能水表，这样可以获得大量的实时供水系统运行数据。提高校园生活的品质同时可以更好的管理校园。

依据智能水表返回的大量数据，利用校区水表层级关系，建立水表数据之间的关系模型，并利用已有的数据分析模型的误差。以良好的公共供水网络（平均失水在5%）为基准，利用已有智能水表提供的数据，建立数学模型，分析该校园供水管网的漏损情况。确定漏损点，达到及时有效的控制管理校园水系管网。

二、模型的的建立及求解

2.1模型假设

（1）校园智能水表数据服从正态分布，且数据可信度较高。

（2）假设所有的管道网都处在相同的环境下，排除恶劣气候和天气的影响。

（3）假设水龙头不出现滴漏现象。

2.2问题分析

针对问题一，依据用水层级关系对用户水表进行划分，对上层水表用水量和它的下级所有水表用水量汇总，求出两个季度的上下层级用水数据。通过MATLAB进行最小二乘拟合分析【1】，得出拟合曲线表达式y=1.0099x-9.23114*103。

针对问题二，对输水管漏水情況，定义一个漏损率l=1-y下层y上层，通过分析发现校园管网中漏损情况随着管网等级增加而变大。符合现实情况，并对校园用水系统维修提出一定数据支持。

2.3 问题解决

针对问题一、对水表数据分析发现：层级中有存在无记录的一级表问题也有没有耳机水表的一级表。对水表层级关系网研究：计算水表第一季度和第二季度水表用水总和建立 上级表对下级表数据的关系模型。通过MATLAB采用线性最小二乘法进行数据拟合，得出拟合函数【2】。

验证问题：通过查询三四季度，上级水表的用水量，来预测下级水表的用水量。并和实际数据作对比。得出数据方差。经检验，方差效果处于可接受范围内。

针对问题二、定义一个漏损率l， 表达式为：l=1-y下层y上层。通过对大量水表数据挖掘分析整理，结合层级表网络，得到以季度为基础，进行漏损率研究。

研究规则：上级分出来的所有下级水表数据都要统计。上级表对下级表是一对一或者一对多。通过excle数据统计分析得出：

从上述数据可以看出。校园中存在漏损严重的现象是在底级表网络中。所以对于水管

网络维修系统要着重留意底层部分。为我们下一步的校园水系的智能管理提供了可以参考的价值。

三、模型的评价与推广

本模型中对于校园供水系统的检测与管理，采用了判别函数的数学模型，通过智能水表的数据判断各个区域的用水情况，提高了用水质量。但是在涉及模型的缺陷是在数据拟合的表达方式上存在一些数据的漏洞，处理数据比较模糊。本模型运用了判别函数的方法，采用分布对用数据制作出的表格和图形进行分析，或者在模型中运用数据拟合方式对数据进行处理分析。使用本模型可以对校园供水系统中出现了漏损现象诊断位置具有良好的实际作用，更加智能的管理校园用水系统，达到节约用水的目的。

参考文献

[1]姜启源.数学模型（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]覃权，李慧民.利用管网叠压（无负压）供水设备改造供水系统[J].

作者简介：陈聪帅，男，专科，山东协和学院，工学院轨道交通机电技术专业。

指导教师：杨公立，男，山东协和学院，讲师，研究方向：数学建模。

山东协和学院