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独立计量分区在南京水司降低产销差中的应用

中国给水排水 2012年第19期28卷 63-65页

作者：单国平丁宏进张俊杰南京市自来水总公司江苏南京210002 北京沃尔斯特新技术有限公司北京100097

南京市自来水总公司采用独立计量分区(DMA)进行漏损控制,提出了检、修一体化漏损控制策略,制定和完善了漏损控制流程,并出台了配套的激励机制和措施,最终实现了降低产销差的目的。通过对100个DMA区域积极主动的查漏,共检测出漏点483处,... 详细信息

南京市自来水总公司采用独立计量分区(DMA)进行漏损控制,提出了检、修一体化漏损控制策略,制定和完善了漏损控制流程,并出台了配套的激励机制和措施,最终实现了降低产销差的目的。通过对100个DMA区域积极主动的查漏,共检测出漏点483处,节水量达到了960m3/h,使产销差降低了1.92%、DMA的平均漏失率下降了27.4%。

关键词：独立计量分区产销差夜间最小流量检修一体化

供水管网独立计量分区漏损控制系统开源架构研究

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中国给水排水 2018年第17期34卷 1-8页

作者：马金锋陈求稳徐强饶凯锋安伟中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 南京水利科学研究院江苏南京210029 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

独立计量分区(DMA)管理是目前供水管网漏损监测与控制的主要技术手段之一,越来越多的供水企业开展DMA建设工作。由于缺乏系统的DMA数据管理、分析和应用软件支撑,导致基于DMA技术的漏损控制难以达到预期效果。为此,提出一种适用于DMA数... 详细信息

独立计量分区(DMA)管理是目前供水管网漏损监测与控制的主要技术手段之一,越来越多的供水企业开展DMA建设工作。由于缺乏系统的DMA数据管理、分析和应用软件支撑,导致基于DMA技术的漏损控制难以达到预期效果。为此,提出一种适用于DMA数据采集、存储、分析和报表输出全流程管理的开源软件系统实现架构,利用ETL、Guzz、BI等多种开源软件设计了一种高效低成本的DMA漏损控制系统。实例证明该方案具有可用性、可扩展性和可靠性,最后指明了未来发展方向。

关键词：供水管网漏损控制独立计量分区 ETL Guzz Pentaho

基于水量平衡的供水管网独立计量分区漏损检测与定位方法研究

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基于水量平衡的供水管网独立计量分区漏损检测与定位方法研究

作者：陈进玉浙江大学

学位级别：硕士

近年来,日益突出的城市供水管网漏损问题引起了国家的高度重视与全社会的广泛关注。探索有效的管网漏损检测方法,对减轻漏损带来的经济损失与社会危害具有重要意义。目前传统的漏损检测方法主要根据漏损事件引起的单一时刻流量或压力异... 详细信息

近年来,日益突出的城市供水管网漏损问题引起了国家的高度重视与全社会的广泛关注。探索有效的管网漏损检测方法,对减轻漏损带来的经济损失与社会危害具有重要意义。目前传统的漏损检测方法主要根据漏损事件引起的单一时刻流量或压力异常波动对突发性漏损事件进行检测,存在误报率高、且难以对平稳小流量漏损等非突发性漏损事件进行检测的问题。针对这些问题,本文研究了基于水量平衡的供水管网独立计量分区（District Metering Area,DMA）漏损事件检测与定位方法。全文的主要工作和创新点如下:（1）针对现有基于压力的突发性漏损事件（即爆管）检测方法易受工况变化影响,存在较多误报的问题,研究了基于压力流量信息融合的DMA分区爆管检测方法。论文引入未计量水量信息,通过自回归模型预测基于流量的异常概率,并进一步利用逻辑回归模型将基于压力的异常概率与基于流量的异常概率融合,得到最终的异常概率,通过压力流量两维度信息的互补减少误报并提高对管网爆管事件的检测效果。实验结果表明该方法可以有效地降低管网调度等工况变化带来的误报,并一定程度上提升对爆管事件的检出率。（2）针对现有漏损检测方法漏损检测下限高、难以对非突发性漏损事件进行检测的问题,论文研究了基于水量平衡模型特征的DMA分区漏损检测方法,通过一段时间内漏损引起的漏失水量对平稳小流量漏损等非突发性漏损事件进行检测。该方法根据水量平衡中不同水量组分的特性进行建模,构建供水管网的水量平衡模型,而后根据管网运行数据,估计当前水量平衡模型的参数作为特征向量,然后通过支持向量机分类器对漏损事件进行判别。通过对比主成分分析法和水量平衡模型提取的特征对漏损事件的检测效果,证明了基于水量平衡模型的特征提取方法可以更有效地提取漏损事件的特征,从而有效地提升对供水管网漏损事件的正确识别率并降低漏损事件的检测下限。（3）针对现有基于水力学模型的漏损区域定位方法严重依赖于压力传感器精度与水力学模型精度,难以在复杂管网中应用的问题,本文研究了基于管网压力分布的DMA漏损区域定位方法。该方法利用相同大小的管道破损在不同压力区域下产生不同漏失流量的特性,对管网中的漏损区域进行定位。首先通过聚类算法,将供水压力相近的用水节点进行聚合,从而将供水管网划分为多个漏损识别区域;然后使用梯度提升决策树模型对各区域的平均压力进行预测;最后基于水量平衡模型,计算各区域平均压力对水量监测数据的拟合优度,并将拟合效果最好的区域识别为漏损区域。案例管网实验分析表明,在合适的漏损识别区域数量K下,该方法能实现对漏损区域的有效识别,且受压力表测量精度的影响较小;同时,采用多步法,可以在缩小漏损定位区域的同时,一定程度上保证漏损区域定位准确度。（4）调研了供水管网漏损在线监测平台的需求及主要技术选型,利用Java Web技术中的SSM框架以及MySQL数据库搭建了供水管网漏损在线监测平台,完成了数据库模块、算法模块、后台管理模块、交互界面等模块的设计开发工作。最后以我国东部某DMA的监测数据作为应用案例,验证了本文所研究的漏损检测方法的有效性。

关键词：独立计量分区漏损检测数据融合水量平衡漏损区域定位

基于时空特征的供水管网独立计量分区漏损检测与定位方法研究

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基于时空特征的供水管网独立计量分区漏损检测与定位方法研究

作者：肖耀浙江大学

学位级别：硕士

近年来,随着管网服役年限的增加,城市供水管网的漏损问题日益突出,对管控供水管网漏损已经成为各政府部门和供水公司现阶段的迫切任务。管网漏损带来经济损失,也会造成管网二次污染等次生灾害,因此研究实用有效的供水管网漏损检测方法... 详细信息

近年来,随着管网服役年限的增加,城市供水管网的漏损问题日益突出,对管控供水管网漏损已经成为各政府部门和供水公司现阶段的迫切任务。管网漏损带来经济损失,也会造成管网二次污染等次生灾害,因此研究实用有效的供水管网漏损检测方法具有重要意义。现有的漏损检测方法易受管网用户用水模式的影响存在较高的误报率,并且对于漏损量较小的管网暗漏事件难以实现有效地检出并定位。针对上述问题,本文研究了基于时空特征的供水管网独立计量分区（District Metering Area,DMA）漏损检测与定位方法,论文的主要工作内容以及创新点如下:（1）针对供水管网爆管事件易受用户用水模式随机影响而存在较高误报率的问题,研究了基于高斯过程回归的独立计量分区爆管检测方法。首先分析了独立计量分区中流量波动的特点,阐述了用水模式随机波动导致的现有方法误报率较高的问题。在分区计量体系的水平衡（Water Balance）特性基础上,利用主成分分析提取独立计量分区内的主要波动模式,采用高斯过程回归的方法对分区入口流量进行概率预测,在获得预测值的同时,也获得预测值的概率分布,以对流量的随机波动进行建模,最后以“3σ”准则对爆管事件进行检出。实验结果表明该方法可以较有效应降低流量随机波动带来误报问题,同时对爆管事件有着较好的检出效果。（2）针对小流量的管网暗漏事件现有漏损检测方法检漏下限高,难以对暗漏事件进行检出的问题,论文研究了基于时空特征信息的独立计量分区暗漏检测方法。首先从管网水力学模型角度出发,分析了管网漏损发生时会引起多监测站点压力异常波动的特点,利用波动相似性分析提取了管网的时空特征矩阵,并结合卷积长短时记忆网络对时空特征进行预测,最后利用支持向量机对暗漏事件进行分类判别。基准管网实验表明,相比于传统的水力学模型和主成分分析方法,本文方法对管网暗漏事件具有更好的鲁棒性和实用性,并且有着较低的检漏下限。（3）针对在有限监测点布局的情况下,现有方法难以对管网漏损进行定位的问题,本文研究了基于特征相似度的独立计量分区漏损区域定位方法。采用聚类的思想,将管网中压力波动类似的节点聚合成漏损识别区域,分别对每一个识别区域训练时空特征的预测模型,利用余弦距离对预测特征和实际特征进行比较,将其中相似性较低的区域判别为可能的漏损区域。仿真和实际管网案例分析表明,在合适选取划分区域数量后,本文方法能进一步缩小漏损区域定位范围,提高查漏、探漏工作的效率。（4）在调研并分析了水务公司实际漏损监测需求的基础之上,设计并开发了城市供水管网漏损监测平台,利用Java Web技术和MySQL数据库等技术搭建了平台框架,着重介绍了数据库模块、算法模块、后台模块、可视化用户交互界面等设计开发工作,并利用Python和Java混编技术将漏损检测方法与平台相集成。最后以我国南方某市的独立计量分区管网作为案例,采用消防栓放水模拟漏损的方式,初步验证了漏损监测平台的有效性和实用性。

关键词：独立计量分区漏损检测时空特征漏损区域定位聚类分析

基于多融合神经网络的供水管网独立计量分区漏损检测系统的研究

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基于多融合神经网络的供水管网独立计量分区漏损检测系统的研究

作者：卞俊杰浙江大学

学位级别：硕士

我国用水资源相对短缺,并且存在大量的城市供水管网漏损现象,这不仅给社会带来了经济损失,也严重影响了居民的正常生活。而对供水管网进行漏损预测,可提前感知漏损事件,有效控制漏失的水量,对我国水资源工作具有重大意义。本论文结合独... 详细信息

我国用水资源相对短缺,并且存在大量的城市供水管网漏损现象,这不仅给社会带来了经济损失,也严重影响了居民的正常生活。而对供水管网进行漏损预测,可提前感知漏损事件,有效控制漏失的水量,对我国水资源工作具有重大意义。本论文结合独立计量分区(District Metering Area,DMA)对供水管网的漏损检测进行研究,具体工作如下:(1)本论文对目前常用的城市供水管网漏损预测方法进行了总结。并通过实验对比发现,大部分直接通过单一拟合的神经网络预测模型都无法很好地满足预测精度要求。进而本论文提出了一种基于残差修正的多融合神经网络供水管网预测模型,通过对用水流量数据进行预测来判定漏损事件是否发生,提高了单一预测模型的准确度。(2)通过深入研究,本论文发现不同的预测模型在不同的数据上具有各自的优势,但相应的劣势也很明显。因此本论文在残差修正融合预测模型的基础上,提出了一种基于残差修正-权重分配的多融合神经网络供水管网预测模型。在建立权重分配网络前,先对各个模型的预测值进行残差修正,通过BP神经网络进行权重参数学习,最终预测结果为残差修正值与权重系数的融合。从而融合了多模型的优点,进一步提高了模型预测精准度,提高了工程可用性。(3)最后,本论文设计并实现了基于本论文设计的多融合神经网络预测算法的智能管网漏损监测系统,其能很好地将本论文设计的算法进行实际应用,实现了供水管网状态的实时监测,漏损事件发现与及时通知,以及各种平台业务基本功能。

关键词：独立计量分区漏损预测神经网络多融合预测模型残差修正权重分配

基于数据驱动的供水管网独立计量分区漏损检测和定位方法研究

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基于数据驱动的供水管网独立计量分区漏损检测和定位方法研究

作者：朱乃富浙江大学

学位级别：硕士

城市供水管网漏损检测和定位已经成为国内外供水行业重点关注的一个难题。对于检测漏损事故和寻找漏损位置的问题,我国供水公司主要还是根据地面是否有水溢出（用户报告或专业人工巡检）进行判别。虽然一些在线监测系统具有报警功能,但... 详细信息

城市供水管网漏损检测和定位已经成为国内外供水行业重点关注的一个难题。对于检测漏损事故和寻找漏损位置的问题,我国供水公司主要还是根据地面是否有水溢出（用户报告或专业人工巡检）进行判别。虽然一些在线监测系统具有报警功能,但大多尚难以对漏损事故进行快速准确的检测和定位。针对这一现状,本文结合国家自然科学基金和实际工程需求,开展了基于数据驱动的供水管网独立计量分区（District Metering Area,DMA）漏损检测和定位方法研究,并应用实验管网数据和实测数据进行了方法验证。论文主要工作和创新点如下.:（1）围绕具有用水不确定度的单入口和多入口供水管网独立计量分区较大漏损事件,研究了基于概率分布的DMA分区漏损检测方法。该方法分析了以居民用水为主的DMA入口流量数据的波动特点,利用正常流量数据建立了非线性自回归（Nonlinear Auto Regressive,NAR）预测模型,而后计算实际监测值与预测值之间的偏差,并引入高斯分布密度函数来定义流量异常的概率,通过异常概率来判定漏损事故。研究了不同程度的管网漏损事件,分别对单入口的DMA分区和多入口的DMA分区进行方法验证,结果表明所研究方法对于较大的漏损事故具有较好的检测性能。（2）针对单一时刻的流量所含信息有限导致误报率较高以及较小漏损时容易漏判等问题,研究了基于用水模式学习的DMA分区漏损在线检测方法。通过动态时间规整距离计算用水模式之间的相似度,剥离了历史数据中的非正常模式,同时对正常的用水模式进行了区分。采用基于用水模式结合随机森林分类的有监督学习方法,在正常的用水模式中叠加漏损量来模拟漏损事故,进而得到漏损模式,利用正常的用水模式和漏损模式的训练集,输入到随机森林分类模型中,建立较高精度的漏损识别模型。本研究结合SCADA实际数据及模拟漏损事件,通过与其他一些方法的对比结果表明所研究方法在保持较低误报率的条件下,也能够有效地检出较小的漏损事故。（3）为了尽快找出DMA分区中发生漏损的位置,研究了基于聚类分析和特征相似度的DMA分区漏损区域定位方法。利用DMA分区内的压力监测点数据,通过聚类算法将发生漏损时引起的压力波动特性相似的管网节点聚合成为一个漏损区域,再从各个漏损区域中提取出漏损特征向量。当监测到管网中产生压力异常波动时,计算异常波动向量与各个漏损区域的漏损特征向量的相似度,相似度最大的视为可疑度最高的漏损区域。案例管网分析表明,该方法可以大致定位DMA分区内发生漏损的可疑区域。（4）本文基于供水管网综合实验平台,分析了供水管网实验平台的需求及主要技术选择,主要利用Java语言和MySQL数据库等技术搭建了平台的总体框架,完成了功能模块、数据库、界面等设计与开发工作。基于物理实验平台和基于实际管网拓扑结构的EPANET仿真实验,分别验证了漏损区域定位方法的有效性。综上所述,本文重点研究了数据驱动的DMA分区漏损检测和定位技术,设计开发了原型系统,开展了漏损事故检测和可疑区域定位实验分析与验证。所研究方法适用于供水管网独立计量分区漏损在线监测,对保障城市供水管网安全具有较大价值。

关键词：独立计量分区概率分布用水模式聚类分析漏损检测漏损定位

考虑压力均匀性的供水管网独立计量区域(DMA)分区优化研究

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科技通报 2024年第2期40卷 30-37页

作者：张鹏刘嘉邵煜浙江大学建筑工程学院杭州310058 淄博市水务集团有限责任公司山东淄博255020

独立计量区域(district meteredareas,DMAs)是实现城市供水管网压力管理与漏损控制的重要手段。现有的DMA分区算法无法在分区时保障分区内部的压力均衡。为解决这一问题,本文提出一种基于迭代求解DMA分区方法,在保证分区均匀性的同时,... 详细信息

独立计量区域(district meteredareas,DMAs)是实现城市供水管网压力管理与漏损控制的重要手段。现有的DMA分区算法无法在分区时保障分区内部的压力均衡。为解决这一问题,本文提出一种基于迭代求解DMA分区方法,在保证分区均匀性的同时,实现分区内部压力均衡。该方法提出融合节点压力分布的节点相似矩阵,建立分区合理性评价指标,用于确定独立计量区域划分方案;在隔离阶段采用改进的多目标遗传算法,对边界管段开展隔离阀与流量计的优化布置;最后通过对上述2个过程进行循环迭代,确保最终分区方案的压力均衡。通过对实例管网的分区研究,验证改进方法的有效性和可行性。

关键词：供水管网独立计量分区谱聚类算法 NSGA-Ⅱ遗传算法压力迭代

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供水管网DMA分区与压力控制

给水排水 2023年第7期49卷 119-124页

作者：刘子叶姜灿鹏许丽达吴烨璇鲁立明王利明朱琦李树平同济大学环境科学与工程学院上海200092 杭州余杭良渚供排水有限公司杭州311100

在供水管网中建立“临时分区”,仅在最小夜间流量时段关闭阀门,其余时段保持阀门开启,可提高分区供水安全性;可在区域边界安装较多阀门、较少流量计,可保证流量计量的准确性。在“临时分区”的基础上进一步改进,通过设计分区边界阀门的... 详细信息

在供水管网中建立“临时分区”,仅在最小夜间流量时段关闭阀门,其余时段保持阀门开启,可提高分区供水安全性;可在区域边界安装较多阀门、较少流量计,可保证流量计量的准确性。在“临时分区”的基础上进一步改进,通过设计分区边界阀门的开度,控制区域压力,具体操作为:结合遗传算法和水力模拟,以管网节点平均富余水头最低为优化目标,优化设计边界阀门开度;对所有优化后的方案,从压力控制效果、水力安全性、水质安全性3个角度评价方案的优劣,结合优劣解距离法辅助选择最终方案。将该方法应用于YX市某区供水管网分区,得到了水力安全性高、爆管风险低、水质条件优的分区布置方案。

关键词：独立计量分区图划分算法优劣解距离法遗传算法压力控制

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耦合模块度优化与谱聚类的供水管网分区算法

同济大学学报（自然科学版） 2021年第11期49卷 1614-1620页

作者：杨之江周煜岷扈震曾文周扬李晓丽冯丽中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430078 武汉众智鸿图科技有限公司湖北武汉430074

为降低供水管网漏损,实现供水管网快速准确分区,提出一种耦合模块度优化与谱聚类的供水管网分区算法。该算法采用快速模块度优化算法对供水管网进行社区划分,以每个社区为节点、社区间连接关系为边,结合各社区内的水力特征和空间区位特... 详细信息

为降低供水管网漏损,实现供水管网快速准确分区,提出一种耦合模块度优化与谱聚类的供水管网分区算法。该算法采用快速模块度优化算法对供水管网进行社区划分,以每个社区为节点、社区间连接关系为边,结合各社区内的水力特征和空间区位特征计算差异性作为边权重,构建对偶图。利用谱聚类算法完成供水管网分区。结果表明,该算法求解的管网分区结果相比快速模块度优化和谱聚类算法,将空间上更邻近的管段划分在同一分区,不会产生狭长型无效分区,且在模块度及边界管道数量上表现较为均衡,管网分区方案不仅模块度高,而且边界管道数量少。

关键词：供水管网独立计量分区模块度谱聚类