基于MATLAB的校园供水系统用水特征研究

陈溥 杨贶

摘要：本文根据2020年高教社杯全国大学生数学建模竞赛E题中提供的某校区用水数据，首先，对附件中用水量异常的数据进行了校正处理，其次，利用MATLAB对四季度用水数据进行筛选和统计，得到了各个水表每月的用水总量和各个水表在每天中各个时刻一年的用水总量，随后绘制对应的图像，發现了各个水表数据每月和每天中各个时刻的变化规律，最后，对上述得到的两个表中的数据进行分类（按功能区）汇总，并绘制对应的图像，发现了各个功能区每月和每天中各个时刻的用水特征。

关键词：MATLAB 变化规律 用水特征

一、前言

校园供水系统是校园公用设施的重要组成部分，学校为了保障校园供水系统的正常运行需要投入大量的人力、物力和财力。随着科学技术的发展，校园内已经普遍使用了智能水表，从而可以获得大量的实时供水系统运行数据[1]。后勤部门希望基于这些数据，通过数学建模和数据挖掘及时了解供水系统中各水表的变化规律和各功能区的用水特征，从而来提高校园服务和管理水平。

二、各个水表数据的变化规律

对附件中一、二、三、四季度的用水数据进行研究，发现存在用水量异常（即当前读数减去上次读数不等于用量）的数据，二季度异常总量较大，对这些数据进行校正得到新的用水数据，部分数据如下图所示：

之后对各季度用水数据进行研究，利用MATLAB[2，3]软件对数据进行筛选和统计，得到各个水表每月的用水总量表和每个水表在每天各个时刻一年的用水总

量表，最后利用MATLAB软件绘制相应的图像如下：

XXX第三学生宿舍每天各个时刻及每月用水情况如下图所示，观察图像可以发现，该宿舍早上6点开始出现一个用水小高峰，原因为学生起床洗漱用水，之后晚上8点后出现用水高峰，原因为学生晚上集中洗澡洗衣，用水量大;一年中该宿舍2月和7月用水量较少，原因为学生放寒暑假。

XXX教学大楼每天各个时刻及每月用水情况如下图所示，观察图像可以发现，该教学大楼用水主要集中在上午6点45分至12点和下午2点30分至6点，原因主要为学生上课期间卫生间用水;一年中该教学大楼1月和2月用水量较少，原因为学生放寒假。

XXX第二食堂每天各个时刻及每月用水情况如下图所示，观察图像可以发现，在早中晚就餐期间，食堂用水量较多，最高峰段在上午6点45至11点，原因主要为食堂为了准备中晚餐进行食材的清洗与制作;一年中该食堂2月用水量较少，原因为学生放寒假。

三、不同功能区的用水特征

对于得到的各个水表每月用水量和每天中各个时刻一年用水总量的数据，按照不同功能区进行分类汇总得到相应的数据并作图，得到各个功能区的用水特征如下：

宿舍每天各个时刻及每月用水情况如下图所示，观察图像可以发现，宿舍早上6点出现一个用水小高峰，原因为学生起床洗漱用水，之后晚上8点后出现用水高峰，原因为学生晚上集中洗澡洗衣，用水量大;一年中宿舍2月用水量较少，原因为学生放寒假。

食堂每天各个时刻及每月用水情况如下图所示，观察图像可以发现，在早中晚就餐期间，食堂用水量较多，最高峰段在上午6点45至9点45，原因主要为食堂为了准备中晚餐进行食材的清洗与制作;一年中该食堂2月用水量较少，原因为学生放寒假。

教学楼每天各个时刻及每月用水情况如下图所示，观察图像可以发现，教学楼用水高峰期为上午7点至12点，最高峰大约为7点45分，原因主要为学生上课前的卫生间用水;一年中该教学大楼2月用水量较少，原因为学生放寒假。

厕所每天各个时刻及每月用水情况如下图所示，观察图像可以发现，厕所用水主要集中在上午7点45分至12点和下午5点;一年中厕所2月和8、9月用水量较少，原因为学生放寒暑假。

结束语

本文利用MATLAB软件，通过数学建模和数据挖掘统计并分析了各个水表数据的变化规律，并给出校园内不同功能区的用水特征，有助于提高后勤部门的校园服务和管理水平。

参考文献

[1]中国工业与应用数学学会.2020年高教社杯全国大学生数学建模竞赛赛题E题[EB/OL].（2020-09-08）.

[2]李伯德，李振东等.MATLAB与数学建模[M].北京：科学出版社，2017.

[3]姜启源，谢金星，叶俊.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2011.

作者简介：陈溥 性别：男 出生年月：1988.12 籍贯：湖南岳阳 学历：硕士 职称：讲师 研究方向：应用数学

基金项目：柳州铁道职业技术学院校级项目（2021-JGB01）