城市明渠引排水系统的智能控制技术研究

作     者：欧阳宇轩 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨秦敏

授予年度：2017年

学科分类：083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 081403[工学-市政工程] 0838[工学-公安技术] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：城市明渠 远程监控 动态规划 自适应动态规划 

摘      要：水资源是重要的战略性资源,而明渠是城市引排水系统中的重要组成部分,对水资源的科学管理、调度和利用有着深远的意义。所以,对明渠引排水系统进行合理的建设和控制,以保证城市的供排水需求就显得尤为重要。在硬件设施方面,我国的明渠引排水系统建设比较落后,大多数明渠泵站仍以人工值守的方式进行控制。在研究方面,国内外对明渠的相关研究多集中于水位、流量和容积上的控制,而忽略了与能耗相关的控制代价。另外,由于难以获取精确的数据,且存在降水等不确定性因素,大多数基于模型的控制算法难以在实际工程当中应用。本文针对这些问题进行了相关研究。1.针对控制方式落后的人工值守泵站,本文设计了一个明渠引排水系统的远程监控自动化改造方案,阐述了设计方案中监控系统的组织架构,具体介绍了中央监控服务器中组态平台、中转数据库平台和ODBC数据链接的设计和建立流程。该方案最终在实际工程项目当中得到了成功应用,并达到了预期的效果。2.针对已知明渠模型和降水预测的情况,本文提出了一种改进的单明渠在线动态规划控制算法,控制目标是跟踪目标水位和减小与能耗相关的控制代价。改进动态规划算法通过引入状态反馈和滚动更新等机制,减小降水预测误差对系统带来的影响。本文对改进动态规划算法进行了仿真,并设置了传统动态规划方法作为对照,结果显示改进的动态规划算法在水位跟踪和节能降耗方面有着更佳的表现。3.针对明渠模型未知和存在降水、城市排水等干扰的的情况,本文提出了一种在线运行的多明渠自适应动态规划控制算法,目的同样是在跟踪明渠目标水位的同时减小与能耗相关的控制代价。本文设计的自适应动态规划算法为一个闭环结构,包含执行神经网络和评判神经网络两个RBF神经网络。本文对自适应动态规划算法进行了仿真,并与传统的PID算法进行对比,结果表明自适应动态规划在水位跟踪和减小控制代价方面优于传统PID控制算法。