基于不確定性分析的城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測點布局優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著城市人口不斷攀升，水資源短缺問題日益突出，供水管網(wǎng)漏失率居高不下。為有效降低城市供水管網(wǎng)漏失程度并保障終端用戶的穩(wěn)定用水，水務(wù)公司亟待建立完善的城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測系統(tǒng)以對管網(wǎng)漏失事件進(jìn)行持續(xù)高效監(jiān)測。考慮到城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測節(jié)點的鋪設(shè)與維護(hù)耗費(fèi)不菲，因此亟需在工程成本預(yù)算內(nèi)配置一個能夠加速漏失檢測過程并具有較高診斷能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)城市供水管網(wǎng)高效穩(wěn)定供水。
　　鑒于以上考量，本文重點圍繞城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測傳感器網(wǎng)

2、絡(luò)的布局優(yōu)化問題展開研究，主要工作以及創(chuàng)新點如下:
　　(1)本文將拉丁超立方體采樣方法運(yùn)用于管網(wǎng)水力學(xué)模型不確定性分析中，以解決現(xiàn)有漏失檢測方法診斷效果易受模型不確定性影響的問題。該章節(jié)詳細(xì)分析了各類不確定性的來源及影響，并重點針對管網(wǎng)各節(jié)點壓力輸出值受模型參數(shù)不確定的影響程度進(jìn)行量化分析，進(jìn)而識別出易受管網(wǎng)工況不確定性影響的節(jié)點以指導(dǎo)漏失監(jiān)測點布局工作。本研究結(jié)合真實管網(wǎng)系統(tǒng)實例就各節(jié)點用水波動對系統(tǒng)水壓分布的影響展開研究，驗

3、證了所提出方法的可行性與實用性。
　　(2)本文設(shè)計了一套基于不確定性分析的管網(wǎng)漏失監(jiān)測點優(yōu)化布局方法，以提升監(jiān)測系統(tǒng)對于管網(wǎng)系統(tǒng)不確定波動的魯棒性。該方法運(yùn)用拉丁超立方體采樣方法模擬復(fù)雜工況下的管網(wǎng)運(yùn)行特征。隨后本文提出以能夠表征漏失可識別性能的多種評價指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)而將布局優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為組合優(yōu)化問題。本文使用基于啟發(fā)機(jī)制的多目標(biāo)進(jìn)化算法(NSGA-Ⅱ)求解最優(yōu)解集。為降低人工選優(yōu)所帶來的不確定性干擾，特地在布局方法中引入模

4、糊集合理論以確定最優(yōu)布局方案。本研究結(jié)合某市管網(wǎng)實例分別就多目標(biāo)優(yōu)化策略在復(fù)雜工況下的可行性、有效性進(jìn)行了驗證。本文還就不同時間窗口尺度下算法性能的變化進(jìn)行了討論。
　　(3)本文設(shè)計了一套供水管網(wǎng)新增漏失監(jiān)測點布局優(yōu)化策略以指導(dǎo)水司科學(xué)合理擴(kuò)建管網(wǎng)漏失監(jiān)測系統(tǒng)。在優(yōu)化策略的基礎(chǔ)上，本文還建立了一套布局策略成本效益綜合評價指標(biāo)體系，從漏失檢測效率與經(jīng)濟(jì)效益兩方面對監(jiān)測點布局進(jìn)行成本效益評價。本文開展了不同模型不確定性下的新增節(jié)點布

5、局優(yōu)化工作，并結(jié)合實際供水系統(tǒng)案例驗證了所提出的布局方法的科學(xué)性以及成本效益評價體系的可行性。文中通過研究布局方案隨模型不確定性變化的趨勢以及對應(yīng)漏失識別性能變化，驗證了布局方法和成本效益函數(shù)在復(fù)雜工況下的魯棒性。
　　總的來說，本文所提出的城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測點布局優(yōu)化策略，能夠較好地降低管網(wǎng)動態(tài)工況波動對漏失監(jiān)測的影響。在此基礎(chǔ)上結(jié)合管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)擴(kuò)建策略與成本效益評價體系，不僅可為城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供方法支持