燃气管网拓扑结构的计算机生成方法及评价

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2015年21期 23
燃气管网拓扑结构的计算机生成方法及评价
宋会滨
大庆中石油昆仑燃气有限公司，黑龙江 大庆 163453
摘要：在各种管网的计算中,节点关联矩阵A 和环路矩阵B 的数据输入和生成是第一步工作。

因此,如何快速、方便、准确地输入和生成A 矩阵和B 矩阵,对于缩短整个平差计算过程的时间,减少原始数据的准备工作量和难度具有重要意义。

关键词：燃气管网；拓扑结构；方法；评价 中图分类号：TU996.62 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)21-0023-02
1 引言
燃气管网规划紧跟城市发展需要，联系着现状管网能力、规划管网布局和建设科学安排，对整个城市燃气管网安全运行和建设经济性起着至关重要的作用。

城市燃气管网的数量越来越多，规模也会越来越大。

城市燃气管网的水力计算和优化设计都是非常复杂繁琐的过程，尤其是大型和特大型管网的计算，一般是借助于计算机来完成这部分工作。

2 燃气管网拓扑结构的矩阵表示
燃气管网考虑燃气的流向，从图论的角度可以看作有向图，可用管段与节点的关联矩阵A 和环路矩阵B 表示。

以图1为例说明，关联矩阵A 的表示方法见表1，环路矩阵B 表示方法见表2。

图中:①～⑧为管网节点编号；(1)～(11)为管段编号。

图1
表1 关联矩阵A
表2 环路矩阵B
3 关联矩阵A 的形成 3.1 方法1 为了分析方便，把图1管段号与节点号的关系列于表3。

表3 方法1中的数组C
3.1.1 表3的形成
我们把每条管段两端的节点号按大小对应存放在表3的第三行和第二行，并且规定起点号为正，终点号为负，这样就可以得到表3。

3.1.2 算法介绍
A 矩阵表1中的元素是以表3的第二行某个值的绝对值为行号，以该值的列号为A 矩阵列号，该值大小为1，符号与该值的符号相同；以表3的第三行某个值的绝对值为行号，以该值的列号为A 矩阵列号，该值大小为1，符号与该值的符号相反，其余元素为0。

数学表达式为:
3.1.3 哑元说明
A(n ，b):整型二维数组，存放关联矩阵；C(2，b):整型二维数组，与表3相对应；n ，b:分别存放管网节点数和管段数
3.2 方法2
通过分析发现，图1中管段号与节点号的关系也可以用表4的方法表示。

表4 方法2中的数组C
通过观察表4和表1我们可以发现以下规律:A 矩阵表1中，以表4的第2行的某个值为行号，以该值的列号为A 矩阵列号的值为1(表示起点)；以表4的第三行的某个值为行号，以该值的列号为A 矩阵列号的值为-1(表示终点)，其余为0。

3.2.1 相应的算法为
3.2.2 哑元说明
A(n ，b):整型二维数组，存放关联矩阵A ；C(2，b):整型二维数组，与表2相对应；n ，b:分别存放管网节点数和管段数。

3.2.3 两种方法优缺点比较
就初始数据输入的量而言，方法1和方法2相差无几，都要输入2×b 个数据。

但是，方法1与本文提出的方法2相比，存在一个致命的缺点:在输入数组C 时，虽然都是规定起点为正，终点为负，但是方法1还规定第二行的节点号要大于第一行相应的节点号。

因此，在第1种方法中，C 数组的第一行和第二行既有起点号又有终点号，而方法2中无此特殊规定，起终节点号分别存在相同的行中。

所以，相比之下方法1的初始数据准备工作更加复杂，工作量也就更大，在编号和输入时就容易出错，目前大多数燃气管网采用此法输入原始数据。

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4 环路矩阵B 的生成 4.1 寻找树T
由图论知，关联矩阵A 中线性无关的n 列必然组成一枝树，而线性无关的n 列很容易从阶梯矩阵中得到。

因此，树的寻找过程就是通过关联矩阵的阶梯化，在阶梯矩阵中寻找线性无关的n 列的过程。

对于任何矩阵进行阶梯化，常用的方法有RE 算法。

4.2 直接形成环路矩阵B 4.2.1 方法a
表5 方法C 中的数组C
（1）表5的形成。

规定:对于每一条管段，沿着所设流动方向，在管段左边的环路号填入表5第二行相对应的位置，管段右边的环路号填入表5第三行相对应的位置。

（2）算法介绍。

通过观察表5和表2我们可以发现以下规律:B 矩阵表2中，以表5的第二行的某个值为行号，该值列号为B 矩阵列号的值为-1；以表5的第三行的某个值为行号，以该值的列号为B 矩阵列号的值为1，其余为0。

相应的数学表达式为:
（3）哑元说明。

C(2，b):整型二维数组，与表5相对应；B(b-n+1，b):整型二维数组，环路矩阵；n ，b:分别存放管网节点数和管段数。

4.2.2 方法b
把每条管段两边的环路号按大小对应存放在表6的第三行和第二行，并且规定与顺时针方向相同的为正，与顺时针方向相反为负，就可以得到表6。

表6 方法D 中的数组
（1）算法 B 矩阵表2中，以表6的第二行某个值的绝对值为行号，以该值的列号为B 矩阵列号的值大小为1，符号与该值的符号相同；当表6中第二行某个值大于0，相同列的第三行的值不等于0时，在表2中，以该值的绝对值为行号，以该值
的列号为B 矩阵列号的值大小为1，符号与该值的符号相同；当表6中第二行某个值小于0，相同列的第三行的值不等于0时，在表2中，以该值的绝对值为行号，以该值的列号为B 矩阵列号的值大小为1，符号与该值的符号相反；其余为0。

相应的算法为:
（2）哑元说明
C(2，b):整型二维数组，与表6相对应；B(b-n+1，b):整型二维数组，环路矩阵；n ，b:分别存放管网节点数和管段数。

4.3 方法a 和方法b 的优缺点比较
方法a 和方法b 在输入初始数据的量上相差不大，但是方法b 除了规定正负号的判定法外，还规定了同一枝线相邻环路号按大小分别存放在数组C 的不同行。

因此，与方法Ⅰ相比(2)哑元说明C(2，b):整型二维数组，与表6相对应；B(b-n+1，b):整型二维数组，环路矩阵；n ，b:分别存放管网节点数和管段数。

3.4方法a 和方法b 的优缺点比较方法a 和方法b 在输入初始数据的量上相差不大，但是方法b 除了规定正负号的判定法外，还规定了同一枝线相邻环路号按大小分别存放在数组C 的不同行。

因此，与方法Ⅰ相比方法Ⅱ在数据输入时增加了复杂程度，从而在同等条件下增加了数据输入错误的可能性。

而且，方法b 的算法比方法a 的算法更加复杂，因此程序也更难编写。

5 结论
总之，对燃气管网拓扑结构的关联矩阵A 和环路矩阵B 的计算机形成方法、特点进行了详细的分析。

在关联矩阵A 的输入方法中，提出了一种新方法，极大的简化了A 矩阵的原始数据准备工作和难度。

将本文提出的A 矩阵生成的新方法和与B 矩阵生成方法b 组合，是形成关联矩阵A 和环路矩阵B 的最优方法。

参考文献
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进来，这样供应商可以在原材料和零部件的性能和功能方面提供信息，为实施QFD （质量功能配置）的产品开发创造条件，把用户的价值需求及时地转化为供应商的原材料和零部件的质量与功能要求。

（3）供应商和企业经常互访-供应商与企业采购部门应经常性地互访，及时发现和解决各自在合作活动过程中出现的问题和困难，建立良好的合作气氛。

6 结论
企业的物资管理涉及的方面非常的繁杂，包括采购、运输、检验、供应、管护、发放、使用等等，在企业的长远发
展过程中能够起到非常重要的作用。

能否合理有效的解决好建筑施工企业的物资规范化管理，就显得尤为的重要。

参考文献
[1]吕广朋，陈强.供应商管理库存在建筑施工企业的适用性研究[J].合作经济与科技，2010(6).
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