基于遗传算法的供水管网爆管监控网络布置研究

根据供水管网压力信号的自然波动特性,确定了爆管监控压力波动报警阈值。在此基础上,提出了爆管强度概念,作为监测点优化布局中水力模型爆管模拟的参数之一。根据爆管水力模拟结果,以可监控最大爆管漏水量为目标函数,优化监测网络的布置。在此基础上,进一步提出了爆管监控覆盖率作为确定监测点个数的主要指标。最后,将该方法应用于两个案例,计算结果显示监测点分布均匀,符合常理,被监测到的管道清晰明确,确定监测点数量的依据科学,表明该方法可以应用于工程。     

面向爆管检测的供水管网水压监测点多目标优化

针对单目标优化算法在水压监测点优化布置模型求解过程中计算效率低、解集质量差的问题，提出了一种多目标非支配差分进化算法（NSDE）。首先，对各管段中间添加的节点赋予爆管流量并依次进行模拟，根据各节点压力变化值生成爆管事件判断矩阵；然后，以监测点个数最小化和爆管检测漏损量最大化为目标函数构建监测点优化布置数学模型，利用NSDE算法进行求解；最后对Pareto解集中监测点布局特征展开分析。以net3供水管网为例，采用单目标遗传算法、多目标非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）和NSDE算法分别对模型进行求解，结果表明多目标NSDE算法计算效率更高且优化解质量更好，其Pareto解集对应的多种布局方案可为实际工程中监测点布置提供灵活选择。     

面向故障诊断的供水管网水压监测点优化布置方法

为解决供水管网故障诊断中准确率不高、经济性不佳的问题,设计了一个基于改进的果蝇优化算法核极限学习机的供水管网故障诊断模型。经验证,该模型具有学习速度快、故障识别率高等优点。以该模型为核心提出了基于果蝇优化算法的供水管网水压监测点优化布置方法。该方法首先利用果蝇优化算法形成多组水压监测点方案,然后用供水管网故障诊断模型计算每种方案的诊断准确率,选择其中诊断准确率最高、经济性最好的方案作为候选最优方案,并以此方案为基础,使用果蝇优化算法不断循环迭代,最终找到故障诊断准确率高且经济性最好的水压监测点布置方案。利用Matlab语言代码对提出供水管网水压监测点优化布置方法进行了编码实现,使用实际管网数据进行了实验,结果表明,所提出的供水管网水压监测点优化布置方法是一个有效的水压监测点优化布置方法。     

基于Kmeans聚类法的供水管网水压监测点优化布置

为提高供水管网水压监测点优化布置效率,在Matlab中编写程序代码调用EPANET工具箱计算管网节点水压敏感度矩阵;以节点水压敏感度矩阵为基础,对敏感度矩阵的行向量进行聚类并选取离聚类中心最近的点作为水压监测点.利用举例管网阐明了所提出方法的实现步骤,结果表明,所提出的方法具有可行性,为供水管网水压监测点优化布置提供了新的思路.     

基于LM-BP的供水管网爆管研究

供水管网正常运行是人们生产生活的基本保障,针对供水管网爆管检测问题,采用Water GEMS对实例管网进行模拟仿真,并对管网进行压力监测点的优化布置。以监测点的压力数据作为输入,爆管程度作为输出,证明了经LM法优化的BP神经网络具有更好的收敛速度和稳定性,最后利用LM-BP对实例管网进行爆管检测,给出了实例管网中各管段可检测的最小爆管流量。     

基于LSSVM交互预测的供水管网爆管检测

随着我国越来越多的供水管网安装SCADA系统,基于数据预测的爆管检测方法越来越受到重视。传统基于数据预测的方法大多根据单点流量、压力的历史监测数据预测当前时刻监测值,当预测值与监测值的差值超过阈值时判定为爆管。然而,实践经验表明,监测数据的丢失与错误会严重影响单点预测结果,进而引起频繁误报与漏报。考虑到实际用水及监测数据的空间关联性（例如水压监测点布置距离越近其监测数据相关性越大）,开展了基于最小二乘支持向量机（LSSVM）交互预测的供水管网爆管检测研究。对管网中不同位置监测数据构建多输入单输出LSSVM交互预测模型,选取1倍标准差为阈值进行爆管检测,并与传统的卡尔曼滤波爆管检测结果相对比。结果表明,LSSVM交互预测模型能降低数据丢失、数据错误对预测结果的影响,且对较小的爆管响应更加灵敏,进而有效地提高了基于数据预测的爆管检测性能。     

论给水管网压力监测点的选择

现代大型城市给水管网的优化调度,需要管网中一定数量的水压信息,因之在管网中设置压力监测点是保证优化调度的基本条件。在满足调度所需信息量的前提下,使监测点数尽可能地少,具有经济意义和工程价值;同时,在一定点数的条件下,如何确定其在管网中的具体位置也具有重要作用。本文从给水管网基本状态方程式出发,在系统运行工况灵敏度分析的基础上,提出应用系统聚类分析的方法,将节点按水头变化规律分组;应用影响度与被影响度的概念,选择压力监测点等方法。实例计算表明,本文在技术上与经济上解决了给水管网运行的实时状态信息来源,为了实现计算机模拟管网在线优化调度创造条件。     

大规模供水管网爆管实时报警技术研究

供水管网爆管的报警方法一般是通过SCADA系统所采集的参数值是否突破下限来判断的。大模型供水管网比较复杂,且监测点数量较多,爆管经常出现误报的情况。采用对监测点进行分组,并剔除泵站的机组变化影响,同时加入突变报警的方式,建立了供水管网爆管报警系统,针对较大影响的爆管,能够实现准确的报警。     

基于极限学习机算法的供水管网爆管识别研究

供水管网爆管具有定位难、影响范围广的特点,长期困扰着供水企业。针对供水管网爆管区域识别问题,综合考虑多种影响因素下的爆管工况,利用爆管特征值矩阵构建爆管样本数据集,采用极限学习机算法（ELM）建立爆管区域识别模型;应用K-means聚类算法分析节点水力变化特征的相似性,并在此基础上对管网进行监测区域划分与监测点布设,形成多种监测方案;综合爆管识别率等参数,分析ELM在不同监测方案以及在噪声影响下的识别性能。采用实际管网算例进行了爆管区域识别分析,结果表明：该模型可以进行有效的爆管区域识别,同时结合不同分区方案可以提高爆管识别率;监测点的增加可以减小压力监测数据的噪声影响。     

供水管网爆管监测方法的探索

随着供水信息化的发展,供水管网大量的在线监测数据为爆管事故实现实时报警创造了条件。通过研究爆管对管网压力、水厂出厂压力和流量的影响,提出了区域联动报警的方法,将管网压力监测点进行分组,根据管网压力与水厂出厂流量的联动规律进行爆管判断,降低误报率和漏报率。爆管实例分析表明此方法具有可行性和实用性。     

城市供水管网的安全优化运行与污染控制

供水管网安全优化运行的目标,在于满足用户对水质、水量与水压的要求,并在此前提下最大限度地控制管道漏损、降低"爆管"风险、减少管网运行与维护费用.围绕上述目标,针对我国供水管网特点和供水企业管理特点,从输配过程水质安全保障、管网信息化建设、分级分区管理、漏损监测与控制、"爆管"预防、管道优化维护与更换等方面,系统讨论了供水管网安全优化运行与污染控制的技术策略,为我国城市供水管网的安全优化运行与污染控制提供了参考.     

给水管网水质监测点优化选址研究进展

介绍了给水管网水质监测点优化选址研究的发展历史、基本原理和基本算法,分析了两类监测点优化布点问题的差异,回顾了国内外在城市给水系统管网水质监测点优化布点方面的研究与实践进展,针对日益突出的饮用水安全问题,提出应尽快开展以确保管网水质安全为目标的应对突发外侵式管网水质事件的监测点优化选址研究.     

排水管网在线监测布点数量的确定

排水管网在线监测对城市排水智慧化管理、系统优化调度、在线预警报警等工作的开展起到重要的支撑作用，需要在一定的经济成本约束下，制定合理有效的排水管网在线监测方案。其中，在线监测布点数量的确定是制定方案的基础工作，但目前主要依赖于人为主观判断，缺少定量化的方法。提出了排水管网分级监测的思路，根据整体、分区和源头三个层级的监测思路，量化不同层级下最优监测布点的数量及不同监测点数量设置下可实现的最优监测效能，可指导排水管网在线监测布点数量的确定。将该方法分别在城市雨水系统和污水系统监测点数量确定中进行应用，能够支持监测方案的量化评价、监测方式和指标的筛选等。     

服务于水力模型的监测点优化布置技术应用

针对新昌县现有的供水管网系统,结合灵敏度分析方法和基于监测范围的分析方法,并根据实际工程情况,以最小化水力校核误差为目标,对新昌县供水管网的压力及流量监测点的优化布置方案进行研究,开发了服务于新昌县微观水力模型的监测点布置技术。同时,考察了监测点数量与位置对水力模型校核误差的影响,在充分利用原有监测点的原则下,最终确定了新昌县供水管网监测点布置方案。结果表明,校核误差随监测点数量的增加而减小,并在监测点数量达到一定值时不再降低,最终的流量、压力监测点布置方案实际应用效果良好,可满足工程需要。     

基于耦合统计及模型驱动的供水管网爆管定位

随着数据监测成本的不断下降、管网模型的普遍应用,基于数据与模型的爆管检测及定位技术受到广泛关注,但背景噪音往往导致上述方法无法准确定位爆管。针对该问题,提出基于耦合统计及模型驱动的供水管网爆管定位方法。首先利用加权最小二乘法计算延时状态下供水管网中各节点的爆管残差,然后采用耦合统计算法对爆管残差信号进行卡尔曼滤波与累积和运算进而定位爆管。采用简化管网阐明了耦合统计算法的基本原理与计算步骤,进一步利用某园区小型管网验证该算法的可行性。结果表明,该方法能从背景噪音中识别并放大爆管信号、降低爆管定位误报率,并能同时预警与定位爆管。     

供水管网爆管原因分析与预测研究

分析了供水管网产生爆管的原因,并对预测机制进行研究,确定管网中存在爆管隐患的管道.从各方面分析了管网产生爆管的原因,并以T市供水管网为例,通过建立爆管预测模型,分析计算管道组爆管率,进而计算联合爆管率,确定了存在隐患的管道.结果表明,管道P-9397的联合爆管率最大为63.166 9％,存在较大安全隐患,应锁定该管道在管网中的位置.爆管原因错综复杂,通过分析计算,确定可能产生爆管的管道,并进行修复,以提高供水管网的安全可靠性.     

基于风险评估的供水管网水质监测点优化模型研究

供水管网内源污染和外源污染协同监测下的水质监测点优化选址一直是供水领域的研究难点。为进一步提升监测点选址的科学合理性,采用模糊数学集法分析管网区域污染物、管道完整度以及管网低负压情况,量化确定管网的风险评估指数。将基于风险评估的节点监测用时期望值纳入监测点优化选址模型,结合监测失效率、水量覆盖度和监测点占比这3个优化目标,完善选址优化体系并建立多目标优化选址模型。使用MATLAB软件搭载基于参考向量的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)成功求解该多目标优化模型,得到帕累托(Pareto)前沿解集。最后,基于Modena算例管网进行研究,与传统复合监测目标优化模型选取的选址方案进行对比发现,基于风险评估的供水管网优化选址模型选取的方案能有效降低监测用时,提高了监测效率。     

多指标供水管网爆管快速定位

以城市供水管网的爆管定位为核心研究内容,进行了供水管网的爆管模拟试验,并建立了爆管检测定位的神经网络模型,运用神经网络对试验数据进行处理,并对虚拟爆管事件进行预测,以试验神经网络的正确性。     

基于灵敏度分析和蚁群算法的管网监测点优化选择

针对管网水力模型校正中监测点的优化计算不容易得到最优解、运算时间较长等问题，采用蚁群算法进行求解。由于管网节点的灵敏度矩阵与监测点最优解之间存在一定的对应关系，且充分利用探索信息可以明显提高蚁群算法的优化计算性能，因此考虑将蚁群算法中的探索信息与灵敏度值进行对应。算例结果表明，与穷举法和遗传算法相比，在参数相同的条件下该法可有效减少优化计算的运行时间。     

城市供水管网抗震可靠性评估的随机模拟方法

在进行管网抗震可靠性评估时,现有方法大多采用相同方式进行管道的渗漏与爆管水力模拟,这会导致管网水力模拟及可靠性评估结果的不准确。考虑到地震时管道破损具有很大的随机性,对城市供水管网抗震可靠性评估的随机模拟方法进行研究。应用蒙特卡洛模拟产生管网震损场景,用泊松随机数与均匀随机数判定管道工作状态,用正态随机数确定管道渗漏系数;利用EPANET软件中喷嘴及管道关闭功能实现管道渗漏及爆管等效模拟,提出将长管道分段并应用"分步迭代"法求解低压管网水力方程,提高震损管网水力模拟精度。以震损场景下节点流量统计平均值与正常时节点流量的比值作为可靠度指标,分别采用所提出算法及GIRAFFE软件对云南某古镇供水管网在VIII、IV烈度时抗震可靠性进行评估,评估结果证明了所提出算法的可行性。评估结果还表明,除地震烈度外,管网本身水力条件对供水可靠性影响较大,管网末端、支管服务区域及地势较高区域供水可靠性远低于干管服务区。