本公开涉及一种用于确定安装在管网中的流体流量计处的流体压力的方法和系统。特别地，管网是用于向多个用户家庭供应水的供水网络。每个家庭通常配备有至少一个这样的流体流量计，主要用于确定用户家庭的用水量以用于计费目的。
背景技术：
1、公用事业供应商通常运营用于向多个家庭供水的管网。为了确定每个家庭的用水量以用于计费目的，每个家庭通常配备有流体流量计。对于公用事业供应商来说，重要的是具有尽可能多的关于管网中的流体压力的信息。一方面，公用事业供应商必须确保所有连接的用户家庭的最小流体压力，即使对于处于最高海拔的那些用户也是如此。另一方面，过高的流体压力意味着用于泵送的不必要的高能量消耗、由于泄漏导致的更多水损失以及通常对部件的更多损坏。因此，管网可以在管网中的选定位置处配备有压力传感器。然而，在整个管网中安装和维护压力传感器是昂贵的。此外，从多个压力传感器收集压力数据需要复杂的数据采集系统，其需要被设置和维护。
2、因此，本发明的目的是提供一种方法和系统，其允许确定每个流体流量计处的流体压力，而无需在管网中安装和维护附加的压力传感器和/或数据采集系统。
技术实现思路
1、根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定安装在管网中的流体流量计处的流体压力的方法，该管网被以变化的和/或能变化的输入压力供应流体。本发明的方法包括以下步骤：
2、-记录输入压力信息，其中，输入压力信息允许确定至少一个第一考虑的时间窗口中的输入压力与至少一个第二考虑的时间窗口中的输入压力之间的差值；
3、-在流体流量计中至少在至少一个第一考虑的时间窗口期间和在至少一个第二考虑的时间窗口期间汇总多个流体流量事件和/或流体体积消耗事件的统计数据；
4、-以规律的间隔和/或按需将汇总的统计数据提供到能够访问输入压力信息的前端系统；以及
5、-由前端系统基于以下来确定流体流量计处的流体压力：
6、-至少一个第一考虑的时间窗口与至少一个第二考虑的时间窗口之间的汇总的统计数据的变化，以及
7、-至少一个第一考虑的时间窗口中的输入压力与至少一个第二考虑的时间窗口中的输入压力之间的差值。
8、流体在此优选地是水。本发明的构思利用了这样的事实：到管网的输入压力随时间不是恒定的。它可以由于变化的消耗需求而随时间变化，或者它可以根据优化供水网络的操作的目的而变化。不管输入压力的变化是故意启动的还是经历了管网的动态行为，公用设施供应商都具有关于这些变化的信息。例如，管网通常在管网中的选定位置处配备有一些压力传感器，使得公用事业供应商可以访问管网中的那些选定位置处的测量的流体压力值。但是，即使没有通过压力传感器进行任何测量，公用设施供应商也可以具有关于目标压力的启动的变化的信息，作为用于操作管网中的泵和/或阀的设定输入参数。可替代地或另外地，可以基于泵操作来估计输入压力。因此，输入压力信息可以是向管网供应的输入压力的任何设定值、估计值和/或测量值。输入压力信息对于管网中的哪个(哪些)位置实际上是有效的也是无关紧要的。输入压力信息简单地允许确定输入压力值在两个时间窗口之间的绝对变化。
9、输入压力信息可以包括定时信息，该定时信息允许确定至少一个第一考虑的时间窗口中的输入压力与至少一个第二考虑的时间窗口中的输入压力之间的差值。这样的定时信息可以是一天中的时间、日期、日历周或一年中的月份和/或时间戳。定时信息可以是粗略的，诸如一年中的月份或日历周，或者可以准确到小时、分钟或秒。输入压力信息可以包括与定时信息相关联的测量的、设定的或估计的绝对流体压力值，或者可以包括与定时信息相关联的测量的、设定的或估计的流体压力的绝对变化。可以任意定义和选择至少一个第一考虑的时间窗口和至少一个第二考虑的时间窗口。用于选择将哪些时间窗口视为第一时间窗口的标准可以是时间窗口之间的输入压力差是否合适，即，不太小也不太大。
10、例如，第一考虑的时间窗口可以是日历周，并且第二考虑的时间窗口可以是另一个日历周。另一个示例可以是第一考虑的时间窗口是日历月份的所有工作日的上午时间06.00-08:00时，并且第二考虑的时间窗口是同一日历月份的相同工作日的下午时间14.00-16:00时。
11、本发明构思进一步利用如下事实：用户通常具有独特的“消耗签名(consumptionsignature)”(例如，重复的流体流量事件和/或流体体积消耗事件)。例如，冲洗马桶总是在一定时间段内触发流体流量，直到马桶水箱再次注水。因此，马桶水箱的注水是特征流体体积消耗事件，例如6.5升。另一个示例是洗碗机或洗衣机通常以相同的操作模式使用，具有相同的水消耗。可替代地或另外地，消耗签名的一部分可以是当最大数量的用户同时消耗流体时在最大流量事件期间的流体流量。
12、在本文中，流体流量事件或流体体积消耗事件的“事件”在这里应意指在一定时间内以一定流体流量消耗流体。“事件”的开始可以由用户阀、水龙头或龙头的打开或关闭来限定。“事件”的结束可以类似地由阀的随后关闭或打开来限定。事件的结束可以是后续事件的开始。可选地，在事件之间逐渐上升或下降的流体流量的时段可以作为非事件被丢弃。事件可以通过流体流量、其持续时间及其时间戳(即，事件发生的日期和时间)来参数化。在事件期间的流体流量和事件的持续时间的乘积给出事件期间的流体体积消耗，其表征流体体积消耗事件。
13、现在的想法是使用安装在每个用户家庭处的流体流量计来汇总多个这样的流体流量事件和/或流体体积消耗事件的统计数据。统计数据可以看起来像下表，其中每一行表示一个事件：
14、
15、
16、前两个事件可以是在冲马桶之后马桶水箱再次注水。第三个事件可以是使用淋浴器。如果水龙头(例如厨房中的水龙头)在事件期间打开，则由流体流量计测量的流体流量上升。这可以作为短消耗尖峰而被忽略，或者可以停止事件并开始记录新事件。然而，与单个用户单元消耗流体的事件相比，多于一个用户单元消耗流体的事件可能在统计上差异较小，即，更难以识别。
17、如果输入压力没有变化，则假设统计数据也不变化。然而，如果输入压力变化，则这样的变化应在统计数据中显示。因此，前端系统从流体流量计收集汇总的统计数据，并及时地将其与可用输入压力信息相关联，其中前端系统可以方法可用输入压力信息。如果前端系统选择被认为是第一时间窗口和第二时间窗口的合适的时间窗口，在第一时间窗口与第二时间窗口之间输入压力已经改变，则能够确定流体流量计处的流体压力。例如，如果输入压力已经下降，则统计数据可以显示出消耗签名朝向较低流量的偏移，并且如果输入压力已经上升，则统计数据可以显示出消耗签名朝向较高流量的偏移。
18、如果输入压力已经改变了δp＝p-p1，则流体流量计处的流体压力p可以被确定为p＝δp·q22/(q12–q22)，其中，p1是第一时间窗口期间的输入压力。该输入压力变化引起汇总的统计数据的变化，汇总的统计数据显示从第一时间窗口期间的一个特征流体流量q1到第二时间窗口期间的另一个特征流体流量q2的偏移。所确定的流体流量计处的流体压力p是在第二考虑的时间窗口期间的流体压力。第一时间窗口期间的“历史”流体压力与所确定的流体压力p相差已知的输入压力变化δp。为了使所确定的流体压力p尽可能“最新”，应将最新的可能时间窗口视为第二时间窗口。选择考虑哪个(哪些)第一时间窗口原则上是任意的，并且如果管网本身没有改变，则不应影响结果。然而，要考虑的第一时间窗口的明智选择可以减小所确定的流体压力p的误差。
19、应当注意，所确定的流体流量计处的流体压力p可以是相对于环境大气压力p0的表压，即，p0：＝0.。如果考虑已知的环境大气压力p0，则流体压力p可以通过p＝p0+δp·q22/(q22–q12)而被确定为绝对压力。
20、可选地，汇总的统计数据的变化是事件直方图中的一个或多个特征流体流量峰值和/或流体体积消耗峰值从至少一个第一考虑的时间窗口到至少一个第二考虑的时间窗口的偏移。因此，统计数据可以是对流体流量事件和/或流体消耗事件进行计数的事件直方图。为了减少要发送到前端系统的数据量，可以通过将统计数据压缩为关于事件直方图中的峰值位置的信息来汇总统计数据。进一步的数据压缩可以通过拟合曲线、主成分分析或能够找到统计数据的最显著特征的其他技术来完成。
21、例如，第一考虑的时间窗口可以是日历周32，其中50个马桶冲洗事件显示为6-7升流体消耗的直方图直条处的峰值和195升/小时的流量。第二个考虑的时间窗口可以是日历周35，在此期间，我们知道与日历周32相比，管网被供应有更低的输入压力。日历周35中的53个马桶冲洗事件仍然显示为6-7升流体消耗的直方图直条处的峰值，但现在在170升/小时的较低流量处。如果所考虑的时间窗口之间的压降是已知的，则流体流量计处的流体压力可以根据25升/小时的峰值偏移来确定。在上述示例中，假定输入压力已经改变了-0.4巴并且特征直方图峰值已经从195升/小时偏移到170升/小时，则流体流量计处的流体压力p可以被确定为：p＝-0.4巴·1702/(1702–1952)＝1.27巴(高于大气压)。在第一考虑的时间窗口期间，流体流量计处的流体压力为1.67巴(高于大气压)。
22、如果汇总的统计数据包含关于事件直方图中的多于一个特征峰的(冗余)信息，则汇总的统计数据更可靠，因为如果所有特征峰是由输入压力的变化引起的，则预期所有特征峰偏移相同的量。因此，如果两个或更多个特征峰在所考虑的时间窗口之间偏移，则与输入压力变化的时间关联很有可能是正确的。
23、可选地，可以通过安装在管网中的多个流体流量计在相同的时间窗口期间执行统计数据的汇总的步骤。由于输入压力的变化应该显示为管网中所有用户(特别是相邻用户)的特征消耗签名中的类似的流量偏移，因此在相同时间窗口期间汇总的来自多个流体流量计的统计数据优选地由前端系统处理，以获得对汇总的统计数据的变化与输入压力的变化的时间关联的进一步信任，因为如果汇总的统计数据的变化是由输入压力的变化引起的，则对于管网中的所有或大多数流体流量计，汇总的统计数据的变化应该是相同或相似的。
24、可选地，流体流量计可以是电池供电的超声波流量计，并且可以通过将数据无线地传输到前端系统来提供汇总的统计数据。这样的流体流量计具有以下优点：可以定期和/或按需从管网中的许多流体流量计容易地自动收集关于流体流量和/或流体消耗的数字信息。该功能可以主要用于计费目的。然而，可以将汇总的统计数据添加到通常为了计费目的而传输到前端系统的数据中，以允许确定流体流量计处的流体压力的另外的创造性功能。可替代地或另外地，可以通过专用数据提交将汇总的统计数据无线地传输到前端系统。
25、可选地，汇总统计数据的步骤可以包括识别由一个或多个用户单元引起的重复特征流体流量事件，一个或多个用户单元具有恒定特征流体流量分布和/或恒定特征流体体积消耗分布和/或恒定特征液压阻力分布。如上所述，马桶冲洗可以开始具有特征流体体积消耗分布的事件。淋浴事件可以具有特征流体流量分布，但是具有变化的流体体积消耗。将阀打开到一定程度的重复事件具有特征液压阻力分布。
26、可选地，汇总统计数据的步骤可以包括识别最大流体流量事件。这样的最大流体流量事件可以由大量或最大数量的同时消耗流体的用户单元引起，例如，家庭的许多或所有水龙头同时打开。可以假设，只要输入压力是恒定的，这样的最大流体流量事件的流量是恒定的。反之亦然，如果输入压力改变，则可以预期最大流体流量事件的流量改变。
27、可选地，至少一个第一考虑的时间窗口和至少一个第二考虑的时间窗口可以被选择为输入压力通常在其间不同的时间窗口。例如，在高需求的数小时期间，输入压力通常较低。例如，与下午时间14:00时至08:00时(低需求)相比，预期输入压力在上午时间06:00时至08:00时(高需求)更低。因此，例如，第一考虑的时间窗口可以是日历月份的所有工作日的上午时间06.00-08:00时，并且第二考虑的时间窗口可以是相同日历月份的相同工作日的下午时间14.00-16:00时。
28、优选的是，通过考虑不同的合适的第一时间窗口(如果可用的话)来检查流体压力的确定，以便交叉检查所确定的流体压力。所确定的流体压力在理论上应当独立于考虑哪个(哪些)第二时间窗口。然而，相应确定的流体压力的误差可以取决于考虑哪些第一时间窗口。通常，不同时间窗口的汇总的统计数据可用得越多，通过选择要考虑的最合适的时间窗口可以越精确地确定流体压力。优选地，可以选择所考虑的时间窗口以最小化相应确定的流体压力的误差。
29、可选地，汇总统计数据的步骤可以包括通过过滤相关联的特征流体体积消耗事件来识别特征流体流量事件。例如，事件直方图可以具有由流量中的分直条和体积消耗中的分直条定义的二维直条。通过选择体积消耗直方图中的特定峰值直条，可以显著增加流量直方图中的信噪比。这可以有效地滤除由多个用户单元同时消耗的差异较小的事件。
30、可选地，汇总统计数据的步骤可以包括将数据量减少为指示特征流体流量事件和/或特征流体体积消耗事件的参数。这对于节省流体流量计的电池功率和上行链路预算特别有益。从流体流量计到前端系统的无线传输应尽可能有效。因此，如果统计数据的汇总包括对统计数据的本质的合成，则是有益的。这样的合成之后的汇总的统计数据可以是每天提交的滚动时间窗口期间(例如，在最近7天的早上时间06:00-08:00期间)的流体流量直方图中的一个或多个峰值位置。因此，要发送到前端系统的汇总的统计数据的量将大大减少。另外，完整的直方图数据可以更不频繁地(例如，每周一次或每月一次)传输到前端系统以进行离线数据分析。
31、可选地，输入压力信息还可以允许确定第一考虑的时间窗口与第二考虑的时间窗口之间的输入压力的相对变化。流体流量计处的流体压力可以仅在输入压力的相对变化在10％至25％的范围内的条件下由前端系统确定，特别是在为该目的启动输入压力的变化的情况下。该范围是特别有益的，因为它在看到汇总的统计数据的显著变化的期望与避免过低或过高压力的不良用户体验的期望之间取得平衡。用户甚至可能无法意识到在10％至25％的范围内的输入压力的相对变化。
32、可选地，在至少一个第一考虑的时间窗口与至少一个第二考虑的时间窗口之间存在时间距离，其中，输入压力在至少一个第一考虑的时间窗口与至少一个第二考虑的时间窗口之间的时间距离中逐渐地和/或逐步地改变或已经逐渐地和/或逐步地改变。特别是在为该目的启动输入压力的变化的情况下，输入压力的这样的“软”变化具有避免输入压力突然变化的不良用户体验的优点。
33、根据本发明的第二方面，提供了一种用于确定安装在管网中的流体流量计处的流体压力的系统，该管网被以变化的和/或能变化的输入压力供应流体，其中，该系统包括：
34、-前端系统，能够访问输入压力信息，其中，输入压力信息允许确定第一考虑的时间窗口中的输入压力与第二考虑的时间窗口中的输入压力之间的差值；
35、-至少一个流体流量计，被配置为至少在至少一个第一考虑的时间窗口期间和在至少一个第二考虑的时间窗口期间汇总多个流体流量事件和/或流体体积消耗事件的统计数据，并且以规律的间隔和/或按需将汇总的数据提供到前端系统，
36、其中，前端系统被配置为基于以下来确定流体流量计处的流体压力：
37、-至少一个第一考虑的时间窗口与至少一个第二考虑的时间窗口之间的汇总的统计数据的变化，以及
38、-至少一个第一考虑的时间窗口中的输入压力与至少一个第二考虑的时间窗口中的输入压力之间的差值。
39、优选地，该系统可以被配置为执行如上所述的方法。
40、本文公开的方法可以以编译或未编译的软件代码的形式实现，该软件代码存储在具有用于执行该方法的指令的计算机可读介质上。可替代地或另外地，该方法可以由基于云的系统和/或自动仪表读取(amr)系统和/或高级仪表基础设施(ami)系统中的软件执行。
41、替代的独立方法可以使用流体流量计本身用于确定所述流体流量计处的流体压力的步骤。流体流量计被安装在被以变化的和/或能变化的输入压力供应流体的管网中，并且该流体流量计另外配备有双向通信装置。替代方法包括以下步骤：
42、-在流体流量计中，在至少一个第一考虑的时间窗口期间和在至少一个第二考虑的时间窗口期间汇总多个流体流量事件和/或流体体积消耗事件的统计数据；
43、-由流体流量计接收输入压力信息，其中，输入压力信息允许确定至少一个第一考虑的时间窗口中的输入压力与至少一个第二考虑的时间窗口中的输入压力之间的差值；
44、-由流体流量计基于以下来确定所述流量计处的流体压力：
45、-至少一个第一考虑的时间窗口与至少一个第二考虑的时间窗口之间的汇总的统计数据的变化，以及
46、-至少一个第一考虑的时间窗口中的输入压力与至少一个第二考虑的时间窗口中的输入压力之间的差值。
1.一种用于确定安装在管网(1)中的流体流量计(5)处的流体压力(p)的方法，所述管网被以变化的和/或能变化的输入压力(pin)供应流体，其中，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述汇总的统计数据的变化是事件直方图中的一个或多个特征流体流量峰值和/或流体体积消耗峰值从所述至少一个第一考虑的时间窗口到所述至少一个第二考虑的时间窗口的偏移。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括启动在所述至少一个第一考虑的时间窗口与所述至少一个第二考虑的时间窗口之间的所述输入压力(pin)的已知变化(δp)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过安装在所述管网(1)中的多个流体流量计(5)在相同的时间窗口期间执行所述统计数据的汇总。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述流体流量计(5)是电池供电的超声波流量计，并且通过将所述数据无线地传输到所述前端系统(hes)来提供所述汇总的统计数据。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，汇总所述统计数据的步骤包括识别由一个或多个用户单元引起的重复的特征流体流量事件，所述一个或多个用户单元具有恒定特征流体流量分布和/或恒定特征流体体积消耗分布和/或恒定特征液压阻力分布。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，汇总所述统计数据的步骤包括识别最大流体流量事件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个第一考虑的时间窗口和所述至少一个第二考虑的时间窗口被选择为所述输入压力(pin)通常在其间不同的时间窗口。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，汇总所述统计数据的步骤包括通过过滤相关联的特征流体体积消耗事件来识别特征流体流量事件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，汇总所述统计数据的步骤包括将数据量减少为指示特征流体流量事件和/或特征流体体积消耗事件的参数。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述输入压力信息还允许确定所述至少一个第一考虑的时间窗口与所述至少一个第二考虑的时间窗口之间的所述输入压力(pin)的相对变化(δp/pin)，其中，如果所述输入压力(pin)的相对变化(δp/pin)在10％至25％的范围内，则仅由所述前端系统(hes)确定所述流体流量计(5)处的所述流体压力(p)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述至少一个第一考虑的时间窗口与所述至少一个第二考虑的时间窗口之间存在时间距离，其中，所述输入压力(pin)在所述第一考虑的时间窗口与所述第二考虑的时间窗口之间的所述时间距离中逐渐地和/或逐步地改变或已经逐渐地和/或逐步地改变。
14.一种用于确定安装在管网(1)中的流体流量计(5)处的流体压力(p)的系统，所述管网被以变化的和/或能变化的输入压力(pin)供应流体，其中，所述系统包括：
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述系统被配置为执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
