供水系统爆管监测网布局优化与实时监控关键技术研究

The water distribution network is the urban critical lifeline systems which affectes a large number of people. Pipe bursting events will bring serious impact to the work and livelihood, lead to public security problems. The real-time pipe bursting monitor technology of water distribution system is a scientific problem which combines theories and practice. At first, this project study the resolution theory of water distribution system monitory network based on the general inversion theory. Through the resolution analysis method, it is applied to figure out whether the flow-pressure monitor system can recover the pipe bursting events and how to deploy the sensors in the water distribution system theatrically. Secondly, the pipe bursting monitor technology is carried based on the D-S evidence theory, including constructing the evidence system, the rule of evidence combination and decision. the theory and technology will be verified by numerical simulation ,field trial and prototype experiment. Through this project, it is hope to develop a complete theory about the monitor network of the water distribution system and a real-time pipe bursting diagnosis system, which can improve the advance of water distribution theory.

市政给水系统是城市的生命线工程，爆管事故给社会生产生活和公共安全带来严重影响，供水系统爆管实时监控是关系社会安全的重要科技问题。本项目将开展供水系统监测网分辨率理论研究，从理论上分析目前供水管网采用的压力-流量监测系统是否可以有效监控爆管，以及如何面向爆管监控进行监测网布局；其次结合供水管网监测网和水力模型，采用证据理论建立供水系统爆管证据体系、组合规则和融合结果的决策原则，形成多元信息融合的实时爆管监控系统。通过理论分析、数值模拟和原型试验等多种手段对监测网分辨率分析方法和实时爆管监控技术进行验证。拟通过本项目的研究,在爆管实时监控技术研究方面取得创新性研究成果，推动供水管网系统理论的发展。

城市供水管网担负着向企事业单位、小区居民、各部门提供安全优质的水资源的重任，是城市的生命线工程，爆管事故时有可能带来严重的水资源浪费和巨大的社会影响，因此开展爆管监测的研究具有重要的社会意义。根据项目的要求和在研究过程中探索，课题组在以下方面取得了重要进展：.（1）通过研究海量数据研究发现，经过差分处理后监测数据具有明显的规律，数据呈现明显的肥尾效应，拐点出现在2～3倍方差处，首次在供水行业内提出了管网监测系统的背景噪声（一般情况下城市压力背景噪声1～1.5m水头），管网最小爆管可监控管径，爆管强度三个基本概念。该部分工作属原创性，具有明确的物理意义、充分的实测数据作为支撑，可作为爆管监控基础理论，是本研究最核心的成果之一。.（2）以边际效应为参考，建立了给水管网压力监测点的分布优化模型，通过对典型供水管网实例的分析后发现，提出的管网优化布点方案显示：优化布点方案可以提高对管网压力的监测，提升经济性和有效性，能够根据模型确定监测点的个数，且优化后的监测点布点较为均匀。依据统计学原理和实际的大数据分析，同时提出了在一个监控区域，监测点不宜小于2～3个监测点。.（3）基于证据理论，开展了多个传感器分区的爆管监测研究；将压力、流量、水泵启闭观测信息等多个传感器冗余或互补信息依据准则进行组合，获取了管网的一致性解释或描述；根据SCADA系统的多源信息构建爆管信息特征模型，选择爆管的特征参数，建立识别框架，构造基本信任分配函数，获得爆管风险融合结果，根据以上理论，开发了实时在线爆管监测算法。.（4）在理论研究的基础上初步开发和在广州市进行了爆管监控系统实践研究，历史数据检验结果显示能够对重大爆管进行较好的监控。同时进行了实际应用，能够准确地对管网中发生的重要异常情况进行识别，效果良好。