本发明属于城市供水管网领域，具体涉及一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法及系统。
背景技术：
1、在构建供水管网压力监测系统时，能够实时精确捕捉水压异常变化至关重要，以便能够在爆管、监测点故障等潜在问题发生时迅速作出反应。目前水司主要采用智能压力计对供水管网进行监测，以保障供水管网的正常运行。现有技术通常围绕单个测点的压力数据进行分析处理，譬如利用小波变换(wavelet transform，wt)方法，检测压力信号奇异点，通过分析压力信号的奇异点来识别压力监测信号中的异常事件。又如采用时频域联合分析方法，在时域常规检测基础上，结合频域小波奇异点检测方法，识别压力突变信号。这些方法局限在单个测点，不适合多测点融合分析处理。随着物联网技术的快速发展，供水管网将部署大量压力测点，形成压力计阵列。如果仍采用单测点逐个分析，不仅会增加时间成本，而且容易单点误报。
2、协方差矩阵和相关性系数可用来分析供水管网相邻测点的关联性。通过对协方差矩阵和相关性系数的分析，能够深入了解不同测点之间的水力特性，并从中获取有关管网状态的重要信息。协方差矩阵用于评估多个变量间的相互依赖性，它能够展示不同测点间水压变化的相关性。利用协方差矩阵，不仅可以有效捕捉到管网中的压力异常，还能够提高监测系统的实时性和准确性，为管网的健康运行提供强有力的支持。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法及系统。本发明利用协方差矩阵和相关性系数对压力阵列信号进行分析，实现供水管网压力阵列信号异常监测。
2、第一方面，本发明提供了一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，包括以下步骤：
3、步骤1，计算管网压力协方差矩阵；
4、步骤2，每经过一个采样时刻，计算当前时刻窗口内的压力协方差矩阵与前一采样时刻窗口内的压力协方差矩阵之间的f范数差值；
5、当f范数差值大于第一阈值时，则进入步骤3；
6、步骤3，分析测点间相关性系数来判断事件性质；
7、对于区域内事件，对测点变化幅度进行捕捉，当测点变化幅度大于第二阈值时，则确定为故障测点；否则进入步骤4进行二次判定；
8、步骤4，对初步筛选出的测点偏差数据进行分析，通过上下四分位数法识别出异常测点。
9、第二方面，本发明提供了一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测系统，包括：
10、协方差矩阵计算单元，用于计算管网压力协方差矩阵；
11、f范数的差异分析单元，用于每经过一个采样时刻，计算当前时刻窗口内的压力协方差矩阵与前一采样时刻窗口内的压力协方差矩阵之间的f范数差值；
12、当f范数差值大于第一阈值时，则进入压力异常事件初步判定单元；
13、压力异常事件初步判定单元，用于分析测点间相关性系数来判断事件性质；
14、对于区域内事件，对测点变化幅度进行捕捉，当测点变化幅度大于第二阈值时，则确定为故障测点；否则进入压力异常事件二次判定单元进行二次判定；
15、压力异常事件二次判定单元，对初步筛选出的测点偏差数据进行分析，通过上下四分位数法识别出异常测点。
16、第三方面，本发明提供了一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测的电子设备，包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令被所述处理器执行时，实现基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法。
17、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法。
18、本发明相较于传统技术方案，能够有效识别供水管网中的异常压力事件；通过计算协方差矩阵的f范数偏差来进行异常检测，本发明不仅能进行初步的异常定位，还能通过二次判定等策略从全局角度精准定位异常测点，并明确二次判定区域以及异常测点。本发明在面对大型管网时，可以大幅减少计算资源的消耗，提升计算效率。
1.基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，其特征在于：所述的第一阈值获取方式为：基于管网正常运行数据计算差值，计算其上四分位数，以上四分位数作为第一阈值。
3.根据权利要求1所述的基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，其特征在于：步骤3中所述的测点变化幅度由下式计算得到：
4.根据权利要求1所述的基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，其特征在于：对于步骤4所识别出的异常测点，及其连接的测点，界定出二次判定区域。
5.根据权利要求4所述的基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，其特征在于：还包括对于所述二次判定区域内的测点进行单测点异常值判定。
6.根据权利要求5所述的基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，其特征在于：所述的单测点异常值判定如下：
7.根据权利要求5所述的一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法，其特征在于：对l1(1)、l1(2)、l1(3)运用箱型法则进行异常判定。
8.一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测系统，其特征在于，包括：
9.一种基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测的电子设备，其特征在于，包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令被所述处理器执行时，实现如权利要求1至7任意一项所述的基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述的基于协方差矩阵的供水管网压力信号异常监测方法。
