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城市供水管网水压监测点多目标优化布局方法
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2021-04-13
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城市供水管网水压监测点多目标优化布局方法
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基金项目:国家自然科学基金资助项目(U1509208,61573313); 浙江省科技厅重大科技专项资助项目(2015C03014)
作者简介:周全(1993-),男,硕士生,从事供水管网泄漏检测研究。邮箱:quanzhoux@zju.edu.cn;
通信联系人:侯迪波,男,教授。邮箱:houdb@zju.edu.cn;
城市供水管网水压监测点多目标优化布局方法
周全
1
,侯迪波
1
,黄平捷
1
,张光新
1
,张宏建
1
(浙江大学 工业控制技术国家重点实验室 控制科学与工程学院,浙江省 杭州市 310027)
摘 要:本文提出了一种城市供水管网水压监测点多目标优化布局方法,通过在现有供水管网中合理布置水压监
测节点,有效提高城市供水管网漏失点识别效率。表征管网节点异常波动的压力残差向量是评估泄漏事件的一个
重要依据,不同泄漏点造成的压力残差向量之间夹角值可以用来表征管网泄漏节点的可识别性能。考虑到基于夹
角的方法很难对由模型输出不确定性造成的影响进行分析。由此引入泄漏特征空间理论,泄漏特征域能够刻画由
模型输出不确定度带来的压力残差向量波动。当 两个特征域发生重叠时,意味着两个泄漏点的泄漏特征十分相近,
存在不可正常识别区分泄漏点的风险。通过同时对泄漏特征域重叠区域大小跟泄漏特征域重心夹角均值两个目标
寻优,确定最优布局方案。对比单目标与多目标寻优下得到布局方案的各项指标,论证了基于多目标的优化布局
方法能够有效提高管网模型泄漏可识别性能。
关键词:供水管网;优化选址;水压监测点;多目标优化;
中图分类号:TU 991.33 文献标识码:A
Optimal sensor placement in water distribution networks
under multiple objects
ZHOU Quan, HOU Di-bo, HUANG Ping-jie, ZHANG Guang-xin, ZHANG Hong-jian
(State Key Laboratory of Industrial Control Technology, College of Control Science and Engineering, Zhejiang
Univer ity,Hangzhou,310027,China. HOU Di-bo houdb@zju.edu.cn)
Abstract:This work presents a multi-objective optimal sensor placement approach to improve the leak detection in water
distribution networks. The pressure residual vectors is an important basis for assessing the leakage event. The angle between
the pressure residual vectors can be used to characterize for detecting leakage nodes. It is difficult to analyze the impact of
the uncertainty of the model output by the method above. Therefore, we introduced the Leakage Signature Space (LSS)
theory, the model output uncertainty caused by the fluctuations can be covered by the leakage feature domain. When two
domains overlap, means that the two leakage characteristics are very similar, there is a risk that the leakage point can’t be
identified properly. The optimal sensor placement is determined by simultaneously optimizing the size of the overlapping
signature domains and the mean value of the barycenters of the leakage signature domain. The results show that the
optimization method based on multi-objective can effectively improve the diagnostic performance of the system by
comparing the single-objective and multi-objective optimization method.
Key
words:Water distribution networks;sensor placement;water pressure;multi-objective optimization;
s
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