LU503404B1 - Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung offenbart ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze, wobei zunächst ein Bewertungsindexsystem konstruiert wird; nach der Berechnung der Fuzzy-a-posteriori-Wahrscheinlichkeit jedes Bewertungsindexes, der zu jedem Gesundheitsgrad gehört, unter Berücksichtigung der Gewichte jedes Einflussfaktors, wird die umfassende a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Gesundheitszustands der Leitung berechnet, und schließlich wird der Gesundheitszustandsgrad des Wasserversorgungsleitungsnetzes auf der Grundlage des Prinzips der maximalen Zugehörigkeit bestimmt. Die Methode zeichnet sich durch große Allgemeinheit und Praktikabilität, hohe Wissenschaftlichkeit und Rationalität sowie die Kombination qualitativer und quantitativer Merkmale aus.
Description
Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer LU503404
Wasserversorgungsleitungsnetze
Technischer Bereich
Die Erfindung gehört zum Bereich der Sicherheit der städtischen Wasserversorgung und ist eine mechanismusorientierte Methode zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer
Wasserversorgungsleitungsnetze mit einem quantitativen und generischen Schwerpunkt.
Technologie im Hintergrund
Das städtische Wasserversorgungsleitungsnetze ist ein wichtiger Teil der städtischen
Infrastruktur und bildet die notwendige Grundlage für die Gewährleistung des normalen Lebens und der Produktionsentwicklung der Stadt. Mit dem raschen Anstieg der Verstädterung wird das
Problem des Widerspruchs zwischen Wasserangebot und -nachfrage immer deutlicher. Aufgrund der Uberalterung des Wasserversorgungsleitungsnetzes, der Veränderungen im Umfeld der
Rohrleitungen und menschlicher Faktoren kam es in den letzten Jahren häufig zu Unfällen im
Wasserversorgungsleitungsnetze, die nicht nur wertvolle SüBwasserressourcen verschwendeten, sondern auch erhebliche Auswirkungen auf das nationale Leben und die sozioôëkonomische
Entwicklung hatten. Vor diesem Hintergrund haben sich die Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze und die damit verbundenen Technologien zu einem der Brennpunkte des Interesses von Wissenschaftlern im In- und Ausland entwickelt. Der Einsatz wissenschaftlicher und praktischer Methoden zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer
Wasserversorgungsleitungsnetze kann nicht nur eine theoretische Grundlage für die
Instandhaltung und Erneuerung von Wasserversorgungsleitungsnetzen liefern, sondern auch
Leckagen im Netz verringern, die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Wasserversorgung verbessern und die wissenschaftliche und wirtschaftliche Verwaltung der Wasserversorgung fördern, was von großer theoretischer Bedeutung und praktischem Anwendungswert ist.
Gegenwärtig werden die Methoden zur Bewertung des Zustands der Wasserversorgungs- leitungsnetze hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: mathematische und statistische
Methoden und direkte Testmethoden. Die mathematisch-statistische Methode verwendet mathematische Ableitungen, um den Betriebszustand von Wasserversorgungsleitungen zu bewerten, was häufig zu einer Verzerrung der Bewertung führt, Außerdem erfordert die Methode jahrelange, akkumulierte und systematische historische Betriebsdaten zur Unterstützung, was schwieriger umzusetzen ist; wenn die Daten unzureichend, ungenau oder sogar schwer zu beschaffen sind, führt dies zu Bewertungsergebnissen, die nicht der tatsächlichen Situation entsprechen. Verglichen mit der mathematischen und statistischen Methode kann die direkte
Inspektionsmethode den Zustand der Rohrleitung genauer und effektiver bestimmen, aber aufgrund der Komplexität und Größe des städtischen Wasserversorgungsleitungsnetzes erfordert sie oft einen hohen Personal-, Material- und Finanzaufwand, und der größte Teil des Rohrsystems ist unterirdisch verlegt, was die eigentliche Inspektionsarbeit erschwert; darüber hinaus berücksichtigt die direkte Testmethode nicht die hydraulischen Mechanismen und die damit verbundenen Einflussfaktoren innerhalb des Rohrnetzes, und die erzielten Bewertungsergebnisse sind in ihren Schlussfolgerungen oft qualitativ. Darüber hinaus bieten die kontinuierliche
Entwicklung und Verbesserung mathematischer Modelle für die Bewertung des
Gesundheitszustands von Wasserversorgungsleitungsnetzen und die ständige Aktualisierung von
Geräten zur Erkennung von Rohrleitungen einen großen Spielraum für Methoden zur Bewertung des Gesundheitszustands von Wasserversorgungsleitungsnetzen. Die derzeitige Methode zur
Bewertung des Gesundheitszustands von Wasserversorgungsleitungsnetzen berücksichtigt jedoch häufig nur die Auswirkungen eines bestimmten Aspekts der Hydraulik, der Wasserqualität und dep503404
Zuverlässigkeit auf den Gesundheitszustand des Wasserversorgungsleitungsnetzes und analysiert nur selten eingehend den unvermeidlichen Zusammenhang zwischen dem lokalen
Gesundheitszustand und dem allgemeinen Gesundheitszustand des Wasserversorgungs- leitungsnetzesystems. Der Betrieb des städtischen Wasserversorgungsleitungsnetzes ist ein komplexer und dynamischer Prozess, der Betriebszustand des Wasserversorgungsleitungsnetzes unter verschiedenen Arbeitsbedingungen ändert sich ständig und ist mit vielen Unsicherheiten behaftet, und es gibt viele Faktoren, die sich auf den Gesundheitszustand des
Wasserversorgungsleitungsnetzes auswirken und miteinander verknüpft sind. Bei der Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze ist nicht nur eine statische
Strukturbewertung in Kombination mit eigenen Strukturindikatoren wie Rohr, Rohralter,
Rohrdurchmesser und Rauheit und äußeren Umweltindikatoren wie Temperatur, Abraumdicke,
StraBBenneigung und Belastung erforderlich, sondern auch eine dynamische Bewertung in
Kombination mit hydraulischen Kenngrößen wie Wassermenge, Druck und Versorgungskapazität und Wasserqualitätskenngrößen wie Restchlor im Knoten und Wasseralter. Die derzeitigen
Methoden zur Bewertung des Gesundheitszustands von Wasserversorgungsleitungsnetzen berücksichtigen jedoch häufig nur die Auswirkungen eines bestimmten Aspekts der Hydraulik, der
Wasserqualität und der statischen Struktur auf den Gesundheitszustand des Wasserversorgungs- leitungsnetzes, so dass es schwierig ist, den Gesundheitszustand des Netzes insgesamt wissenschaftlich und umfassend zu bewerten.
Inhalt der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten technischen Mängel zu überwinden und ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer
Wasserversorgungsleitungsnetze bereitzustellen, das sich durch bessere Allgemeinheit und
Praktikabilität, höhere Wissenschaftlichkeit und Rationalität sowie eine Kombination qualitativer und quantitativer Merkmale auszeichnet. Der Zweck der Erfindung wird durch die folgenden technischen Lösungen erreicht:
Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungs- leitungsnetze, das die folgenden Schritte umfasst: 1) Aufbau eines Bewertungsindexsystems des Gesundheitszustands städtischer
Wasserversorgungsleitungsnetze; 2) Bestimmung der posterioren Wahrscheinlichkeit: Der beobachtete Wert x, des Indikators j der Pipeline im Bayes'schen Modell wird als dreieckige Fuzzy-Zahl ausgedrückt, wobei die dreieckige Fuzzy-Zahl wie folgt ausgedrückt wird: A =(M-20,M,m+20), wobei m der
Mittelwert eines Satzes von Messdaten dieses Bewertungsindikators und o die
Standardabweichung ist; das umgeschriebene Bayes'sche Modell wird als Gleichung (2) ausgedrückt: - Py, ) P= (2 y, p(y, 157) POP E20) (2) 30) (3 In)
. ~ m . . . . . . . . LU503404
Wobei: P° ( Vy 55) die unscharfe Nachwahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 bezeichnet, wenn sein Zustand X” ist; PP“ (= | Yı) die unscharfe bedingte
Wahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 und seinem Zustand Xx} bezeichnet; P( y,) die vorherige Wahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 bezeichnet; 7 den Rang der Pipeline im Bewertungsmodell bezeichnet, i=1,2,3,4; j den
Bewertungsindikator im Bewertungsmodell bezeichnet, y, das Ereignis bezeichnet, dass der
Indikator j den Rang 7 hat, X; der beobachtete Wert des Indikators j der Pipeline ist, ausgedrückt in Form von dreieckigen unscharfen Zahlen; 3) Bestimmung der Indikatorgewichte: Die Gleichungen (6) und (7) werden zur Berechnung verwendet:
D,/K,
Was nl (6)
SDR, j=1 + — 2
DK, -K,)
Ds (7) n
Wobei: W, das Gewicht des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet; D, die
Standardabweichung des Standardwerts jedes Rangs des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet;
K, den Standardwert des Rangs i des / -ten Bewertungsindikators bezeichnet; K, den
Mittelwert der Standardwerte jedes Gesundheitsrangs des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet; n steht für die Anzahl der Ratingindikatoren; 4) Beurteilung des Gesundheitszustands des Wasserversorgungsleitungsnetzes: Entsprechend der in Schritt 2) ermittelten Nachwahrscheinlichkeit und den in Schritt 3) ermittelten
Indexgewichten wird zunächst die umfassende Nachwahrscheinlichkeit des Gesundheitszustands der Leitung berechnet, und dann wird schließlich der Gesundheitszustand des
Wasserversorgungsleitungsnetzes nach dem Prinzip der maximalen Zugehorigkeit bestimmt (Die
. . . . . Ce . LU503404
Rohrleitungsklasse, die der maximalen integrierten Fuzzy-Posterioritätswahrscheinlichkeit entspricht, wird als endgültige Klasse für den Gesundheitszustand der Rohrleitung verwendet), wie in den Gleichungen (8) und (9) dargestellt:
BS (15) W, ©) j=i
P* = max pe (9)
Wobei: P" die integrierte Posterior-Wahrscheinlichkeit einer Rohrleitung mit Rang i bezeichnet; P* ( y; | £) die Fuzzy-Posterior-Wahrscheinlichkeit einer Rohrleitung mit Rang i bezeichnet, wenn ihr Indikator j den Stand X; hat; W, das Gewicht des j -ten
Bewertungsindikators bezeichnet; 7 den Rang der Rohrleitung im Bewertungsmodell bezeichnet, i=1,23,4; j die Bewertungsindikatoren im Bewertungsmodell bezeichnet; »” die Anzahl der
Bewertungsindikatoren im Bewertungsmodell des Gesundheitszustands des Wasserversorgungs- leitungsnetzes bezeichnet; P* den Gesundheitszustandsrang der Rohrleitung bezeichnet.
Eine weitere Lösung ist, dass das Indexsystem zur Bewertung des Gesundheitszustands des städtischen Wasserversorgungsleitungsnetzes in Schritt 1) 11 Bewertungsindikatoren umfasst, nämlich: Rohrdurchmesser, Rohralter, Rohr, Deckschichtdicke, Schnittstellenform,
Bodenbelastung, Innen- und AuBenverkleidung, Knotenwasserdruck oder minimaler
Betriebswasserdruck, Knotenpunkt Durchfluss oder Gesamtfluss, Restchlor und Wasseralter.
Eine weitere Losung ist, dass die A-priori-Wahrscheinlichkeit P( y,) in Schritt 2) gemäß
Gleichung (3) wie folgt berechnet wird:
K 4 —K,
P(y,) — i,j,oben i,j,unten (3)
Ky ben ce K| .oben
Wobei: Kijoben die Obergrenze der j-ten Bewertungsindikatorstufe i bezeichnet; Kijunten die Untergrenze der j-ten Bewertungsindikatorstufe 7 bezeichnet;
Kivjoben bezeichnet die Obergrenze der j -ten Bewertungsindikatorstufe IV; Kijoben bezeichnet die Obergrenze der j-ten Bewertungsindikatorstufe I.
Eine weitere Lôsung ist, dass die Posterior-Wahrscheinlichkeit P“ ( y; 1%) in Schritt 2) gemäß den Gleichungen (4) und (5) wie folgt berechnet wird:
- LU503404
LL 1/ 1°
PE yy) = (4)
U/L i=l
I =| | (5)
Wobei: L den Abstand von X; des Bewertungsindikators j vom Standardwert y; dieses Indikators darstellt. 5 Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung:
Die Erfindung ist eine mechanismusorientierte , Drei-in-Eins“-Methode (in-pipe-out) zur
Bewertung der Gesundheitsdynamik von Wasserversorgungsnetzen mit einem quantitativen und generischen Schwerpunkt. Im Vergleich zu den bestehenden Bewertungsmethoden und - technologien konzentriert sich die mechanismusorientierte ,Drei-in-Eins“-Gesundheits- dynamikbewertung des Wasser-versorgungsleitungsnetzes auf die Nutzung vorhandener
Informationen, wobei die Einflussfaktoren „innerhalb des Rohrs, des Rohrs und außerhalb des
Rohrs“ und der hydraulische Mechanismus während des Betriebs des Rohrnetzes berücksichtigt werden, die quantitative Analyse der verschiedenen Einflussfaktoren während des Betriebs des
Rohrnetzes und die dynamische Bewertung des Gesundheitszustands des Rohrnetzes aus mehreren
Perspektiven verbessert die Objektivität und Rationalität der Bewertung des Gesundheitszustands des Wasserversorgungsrohrnetzes.
Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
Bild 1 zeigt das Indexsystem zur Bewertung des Gesundheitszustandes von Wasser- versorgungsleitungsnetzen.
Detaillierte Beschreibung
Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungs- leitungsnetze gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Schritte umfassen: 1. Aufbau eines Bewertungsindexsystems des Gesundheitszustands städtischer
Wasserversorgungsleitungsnetze
Durch die Analyse und den Vergleich einschlägiger Literatur im In- und Ausland wurden zunächst 23 Indikatoren ausgewählt, um das vorläufige Bewertungsindexsystem nach den
Grundsätzen der Repräsentativität, der Vollständigkeit, der relativen Unabhängigkeit und der
Durchführbarkeit von Bewertungsindikatoren zu bilden. Nach der Wahrscheinlichkeitsstatistik und der subjektiven Beurteilung werden die Indikatoren, die weniger häufig verwendet werden und weniger Einfluss auf den Gesundheitszustand des Netzes haben, entfernt, die Indikatoren mit höherer Relevanz werden integriert, und die tatsächliche Situation des chinesischen
Wasserversorgungsnetzes wird umfassend berücksichtigt. Schließlich wird ein Indexsystem zur
Bewertung des Gesundheitszustands des Wasserversorgungsnetzes festgelegt, das aus 11
Bewertungsindikatoren besteht, darunter 7 Indikatoren für die statische Struktur des Netzes, 2 hydraulische Indikatoren und 2 Indikatoren für die Wasserqualität (siehe Bild 1).
Das oben konstruierte Indexsystem zur Bewertung des Gesundheitszustands von
Wasserversorgungsrohrnetzen berücksichtigt in Verbindung mit den Regeln des universellen
Mechanismus von Rohrleitungen nicht nur die strukturellen Veränderungen von
Rohrleitungsnetzen, die durch Faktoren wie Rohrleitungsauskleidung, Verkleidungsdicke und
Belastung während des Betriebs von Rohrleitungsnetzen verursacht werden, sondek©08404 berücksichtigt auch den Einfluss dynamischer Betriebsindikatoren wie Wasserversorgungsdruck, hydraulische Indikatoren der Wasserversorgungsverteilung und Wasserqualitätsindikatoren wie
Restchlor und Wasseralterveränderungen und wählt drei Aspekte von innerhalb des Rohrs, des
Rohrs und außerhalb des Rohrs Indikatoren, dynamische und statische Kombination, qualitative und quantitative Kombination, um die Vollständigkeit und Wissenschaftlichkeit des
Indikatorensystems zu gewährleisten. Unter ihnen, Knotenpunkt Wasserdruck, Knotenpunkt
Durchfluss, Restchlor, Wasseralter und andere Indikatoren auf der Grundlage von EPANET
Modell Simulation zu erhalten. 2. Dreieckige Fuzzifizierung von Bayes'schen Modellen zur Ermittlung von Posterior-
Wahrscheinlichkeiten
Das städtische Wasserversorgungsleitungsnetz ist ein komplexes System mit Stochastizität und Unsicherheit. Der Bayes'sche Ansatz ist besser geeignet, die Unsicherheit der Modellstruktur zu beschreiben und die Wahrscheinlichkeit von Pipeline-Paaren für jede Klasse auf der Grundlage früherer Erfahrungen und historischer Informationen abzuleiten, wobei eine inferentielle
Entscheidungsfindung möglich ist, aber die Unsicherheiten im Datenerhebungsprozess nicht vollständig berücksichtigt werden. Im Gegensatz dazu spiegelt die dreieckige Fuzzy-Zahl die
Schwankungsbreite der Indikatorwerte bei einem bestimmten Vertrauensniveau wider und kann die Zufälligkeit und Mehrdeutigkeit der Daten beschreiben. In Anbetracht der Tatsache, dass die
Uberwachungsinformationen des chinesischen Wasserversorgungsnetzes weniger und die
Datengenauigkeit nicht hoch ist, um den Gesundheitszustand des Wasserversorgungs- leitungsnetzes objektiver und angemessener wiederzugeben, wandelt diese Erfindung die Daten im traditionellen Bayes'schen Modell zur Bewertung des Wasserversorgungsleitungsnetzes in dreieckige Fuzzy-Zahlen mit Zugehôrigkeitsfunktionen um, führt eine Fuzzy-
Informationsverarbeitung im Bewertungsprozess durch und integriert die Unsicherheit der
Modellstruktur und der Daten, um ein Bayes'sches Modell zur Bewertung des
Gesundheitszustandes des Netzes vorzuschlagen, das auf der Optimierung von dreieckigen Fuzzy-
Zahlen basiert.
Die traditionelle Bayes'sche Bewertung des Gesundheitszustands von Wasserversorgungs- leitungsnetzen basiert auf der folgenden Formel zur Berechnung der Posteriorwahrscheinlichkeit für jede Stufe des Bewertungsindikators:
P(y,)P(x,1y,)
Py, |x) == (1) > P(9,)P(<, 13)
Wobei: i den Rang der Rohrleitung bezeichnet und s die Gesamtzahl der Ränge ist; j den Bewertungsindikator im Bewertungsmodell bezeichnet; x, den beobachteten Wert des
Indikators j der Rohrleitung bezeichnet; y, das Ereignis bezeichnet, dass der Indikator j den Rang 7 hat; P( y,) die a priori Wahrscheinlichkeit bezeichnet, dass der Indikator j der
Rohrleitung den Rang 7 hat, P (x, | y,) die Wahrscheinlichkeit bezeichnet, dass, wenn der
Rang des Indikators j der Rohrleitung 7 ist, sein Zustand x, ist, d.h. die bedingte nn ; ; a ; ; LU503404
Wahrscheinlichkeit; und P( y, | x,) die Wahrscheinlichkeit bezeichnet, dass, wenn der Zustand des Indikators j der Rohrleitung x, ist, sein Rang 7 ist, d.h. die a posteriori
Wahrscheinlichkeit.
Die dreieckige Fuzzy-Zahl wird hauptsächlich für die Verarbeitung und den Ausdruck von
Fuzzy-Informationen verwendet und charakterisiert zufällige Informationen unter der Bedingung weniger Daten oder geringerer Datengenauigkeit und hat eine gute praktische Anwendbarkeit.
Seien die reellen Zahlen a, b und c(a<b<c), jeweils der kleinstmôgliche Wert, der höchstmögliche Wert und der größtmögliche Wert der Bewertungsindexdaten des
Gesundheitszustands des Wasserversorgungsleitungsnetzes, dann bildet (a,b,c) die dreieckige
Fuzzy-Zahl A~=(a,b,c) , und das Fuzzy-Intervall wird durch mathematische und statistische
Analyse bestimmt. Die Daten m,,m,,m,,---,m sind ein Satz gemessener Daten für einen
Bewertungsindikator des Gesundheitszustands des Wasserversorgungsnetzes, jm ist der
Mittelwert des Bewertungsindikators und o ist die Standardabweichung, dann a =m-20 , b=m, c=m+2c,dh A= (m—20,m,im +20). Das traditionelle Bayes'sche Modell kann dann wie folgt umgeschrieben werden: ory POPE, 2 PO)?" (x |»)
Wobei: P° ( Vy 55) die unscharfe Nachwahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 bezeichnet, wenn sein Zustand X; ist; PP“ (= | Yı) die unscharfe bedingte
Wahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 und seinem Zustand Xx} bezeichnet; P( y,) die vorherige Wahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 bezeichnet; i den Rang der Pipeline im Bewertungsmodell bezeichnet, 7=1,2,3,4; j den
Bewertungsindikator im Bewertungsmodell bezeichnet, y, das Ereignis bezeichnet, dass der
Indikator j den Rang 7 hat, X; der beobachtete Wert des Indikators j der Pipeline ist, ausgedrückt in Form von dreieckigen unscharfen Zahlen; 3. Die Bestimmung von A-priori-Wahrscheinlichkeiten
Die A-priori-Wahrscheinlichkeit jedes Bewertungsindikators des Wasserversorgungs- leitungsnetzes wird nach dem Schichtungskonzept mit der folgenden Formel berechnet:
K, 5 oben 7 Ki j ant
P(y,) — i,j,0be i,j,unten (3)
Ky ben ce K| .oben
Wobei: Krvjoben die Obergrenze der j -ten Bewertungsindikatorstufe i bezeichnet; Kijunten die Untergrenze der / -ten Bewertungsindikatorstufe i bezeichnet;
Kivjoben bezeichnet die Obergrenze der j -ten Bewertungsindikatorstufe IV; Kijoben bezeichnet die Obergrenze der j-ten Bewertungsindikatorstufe I.
Insbesondere wurden die Bereiche und Grenzen der qualitativen Indikatoren für Rohre,
Schnittstellenformen, Bodenbelastungen und Innen- und AuBenverkleidungen mit Hilfe eines
Bewertungsverfahrens mit Expertenbewertung ermittelt. 4. Die Bestimmung der bedingten Wahrscheinlichkeiten
Zur Berechnung der bedingten Wahrscheinlichkeit der einzelnen Bewertungsindikatoren des
Wasserversorgungsleitungsnetzes wird die Methode des geometrischen Abstands verwendet, die wie folgt berechnet wird: ru lon 1/L;
Pr yy) = (4) > L; i=l
I; = | yi] 5)
Wobei: L den Abstand von X; des Bewertungsindikators j vom Standardwert y; dieses Indikators darstellt; Je weiter der Abstand, desto unwahrscheinlicher ist es, dass die
Rohrklasse zu / gehört, der Kehrwert davon stellt die Wahrscheinlichkeit dar, dass x, zur
Bewertungsklasse 7 gehört. 5. Die Bestimmung der Indikatorgewichte
Wasserversorgungsleitungsnetze sind komplexe dynamische Systeme, der Zustand des
Wasserversorgungsleitungsnetzes wird von einer Reihe von Indikatoren beeinflusst, von denen jeder eine andere Skala hat, und es ist nicht einfach, den Grad der Unterschiede direkt zu vergleichen. Die Methode des Variationskoeffizienten misst den Grad der Abweichung zwischen den Werten der einzelnen Bewertungsindikatoren, wobei der Einfluss unterschiedlicher Skalen der einzelnen Bewertungsindikatoren eliminiert wird und die in den einzelnen Indikatoren enthaltenen
Informationen direkt zur Bestimmung der Gewichtung des Bewertungsindikators verwendet werden, was eine objektive Methode zur Zuweisung von Gewichten darstellt. Die Gewichte der einzelnen Bewertungsindikatoren werden auf der Grundlage des Variationskoeffizienten bestimmt, der wie folgt berechnet wird:
D /K,
W, = (6) 2D J / K, j=1
+ — 2 2(X, -K,)
D, A= (7) n
Wobei: W, das Gewicht des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet; D, die
Standardabweichung des Standardwerts jedes Rangs des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet;
K, den Standardwert des Rangs i des / -ten Bewertungsindikators bezeichnet; K, den
Mittelwert der Standardwerte jedes Gesundheitsrangs des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet; m steht für die Anzahl der Ratingindikatoren, für diese Erfindung gibt es 11
Bewertungsindikatoren. 6. Die Beurteilung des Gesundheitszustands des Wasserversorgungsleitungsnetzes
Nach der Berechnung der a-posteriori-Wahrscheinlichkeit jedes Bewertungsindexes, der zu jeder Gesundheitsstufe gehört, wird die umfassende a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des
Gesundheitszustands der Rohrleitungen unter Berücksichtigung der Gewichtung jedes
Finflussfaktors berechnet, und die endgültige Bestimmung der Gesundheitsstufe des
Wasserversorgungsleitungsnetzes basiert auf dem Prinzip der maximalen Zugehôrigkeit, und die
Berechnungsformel lautet wie folgt:
PA = PO (y, |X) =H, (8)
J=i
P* = max P° (9)
Wobei: pe die integrierte Posterior-Wahrscheinlichkeit einer Rohrleitung mit Rang 7 bezeichnet; P* (>, 1%) die Fuzzy-Posterior-Wahrscheinlichkeit einer Rohrleitung mit Rang 7 bezeichnet, wenn ihr Indikator j den Stand X; hat; W, das Gewicht des j -ten
Bewertungsindikators bezeichnet; 7 den Rang der Rohrleitung im Bewertungsmodell bezeichnet, i=1,2,3,4; j die Bewertungsindikatoren im Bewertungsmodell bezeichnet; » die Anzahl der
Bewertungsindikatoren im Bewertungsmodell des Gesundheitszustands des Wasserversorgungs- leitungsnetzes bezeichnet; P* den Gesundheitszustandsrang der Rohrleitung bezeichnet.
Durch die obige Reihe von Berechnungsformeln kann die umfassende a-posteriori-
Wahrscheinlichkeit des Gesundheitszustands des Wasserversorgungsleitungsnetzes mit den
Zugehörigkeitsinformationen und dem Gesundheitszustandsgrad erhalten werden (bei dieser” 203604
Umsetzung wird der Rohrgrad, der der größten Fuzzy-umfassenden a-posteriori-
Wahrscheinlichkeit entspricht, als der endgültige Rohrgesundheitszustandsgrad genommen), und in der Praxis kann der Gesundheitszustandsgrad des Leitungsnetzes nach dem ungünstigsten
Prinzip bestimmt werden, und es können entsprechende ManagementmaBnahmen ergriffen werden, um den Erneuerungs- und Instandhaltungsplan entsprechend der Betriebsleistung des
Leitungsnetzes mit verschiedenen Gesundheitszustandsgraden vernünftig zu gestalten. 7. Wie der Gesundheitszustand des Wasserversorgungsleitungsnetzes eingestuft wird
Basierend auf den Forschungsergebnissen zur Bewertung des Leitungszustandes im In- und
Ausland wird der Gesundheitszustand des Wasserversorgungsleitungsnetzes in vier Stufen eingeteilt: I, II, III und IV, und die entsprechenden Leitungszustände von ausgezeichnet bis schlecht sind „guter Zustand“, „regelmäßige Prüfung“, „geplante Erneuerung und Wartung“ und „Erneuerung und Umbau“. Je nach dem Stand der Bewertung werden Erneuerungs- und
Instandhaltungspläne erstellt, um der Verwaltungsabteilung ein optimales Management zu ermöglichen. Die Einstufungskriterien und die entsprechenden Maßnahmen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 Einstufungskriterien für den Gesundheitszustand des Wasserversorgungs- leitungsnetzes ay : : 5 ER. cr tlm
Siufe Status der Pipeline Lôsusesverseblag
SOS a ‘ = . © pruuit sind keine Mains a
Die Leitung befinde: sich in einem Dereeis sind keine Mabsahmen zuter Zustand zuten Betriebszustand und ist in der Prefuns HR, CINE, Ihentzeings £ £ SRHICTSIUELERE und : rR PURE jet ausreichent
Lage. die Sicherheit der Wasserversorgung TREUE 153 ENSTEICHERT aut einer gersagen AusfsHiwahrscheiniichKeit z uw gewährleisten - X a 2 - Thre tn r fs
Lu Die Leitung befindet sich in einem besserez Durchführ ung regelmößiger fegelmilige Zustand und 181 grundsätzlich ın der Lage, Prafasgen STE
Prüfung thre Waszerlieferungssufgaben zu erfüllen des Feidinspektiones und
Überwachung des Betriche das Leitupgsbetzes ; ; Lai Lt ; a fai Qi Aufnahme in den Wariungsplan seulante Die Leitung befindet eich an einer ineffizientes Bad Pricrisierung der Froeueruns
Éréesersne Betrtehbseustand und cs besteht die Gefahr bei Varliseen hestimmier
Trait ; > Deisuns pi Vorliegen bestimmie und Wartung von Uniällen im WasgerVersorgungsleifunginetz Redinsunzen * ë Redinsungen raie Tai = set Ce Bofortze Maßnahme etzi Die Leitung befindet sich bereits in Sofortge N Aönahmen se
Aktualisierase zigem gefährlichen Zustand, so dass die IVT WA UNS LIRSUSTURE ; VWskrscheishohkeit eines Ausfails des _
Wisserversorgunesieimngenetzes hook fat - -_—_—_—_—_—_—_—_—_—_—æ—=— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — _ _—_—_—_—_—_—- - _ _—_ _ _ _— _—————>>>*
Claims (4)
1. Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungs- leitungsnetze, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: 1) Aufbau eines Bewertungsindexsystems des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze; 2) Bestimmung der posterioren Wahrscheinlichkeit: Der beobachtete Wert x, des Indikators j der Pipeline im Bayes'schen Modell wird als dreieckige Fuzzy-Zahl ausgedrückt, wobei die dreieckige Fuzzy-Zahl wie folgt ausgedrückt wird: A=(m-20,m,m+20), wobei m der Mittelwert eines Satzes von Messdaten dieses Bewertungsindikators und & die Standardabweichung ist; das umgeschriebene Bayes'sche Modell wird als Gleichung (2) ausgedrückt: a PP) P(E Ly Pe(y, 187) =m 6) iY ) @) P,P (x |») Wobei: P° ( Vy 1%“) die unscharfe Nachwahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 bezeichnet, wenn sein Zustand X; ist; PP“ (= | Yı) die unscharfe bedingte Wahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 und seinem Zustand Xx} bezeichnet; P( y,) die vorherige Wahrscheinlichkeit eines Pipeline-Indikators j mit Rang 7 bezeichnet; i den Rang der Pipeline im Bewertungsmodell bezeichnet, 7=1,2,3,4; j den Bewertungsindikator im Bewertungsmodell bezeichnet; y, das Ereignis bezeichnet, dass der Indikator j den Rang 7 hat, X; der beobachtete Wert des Indikators j der Pipeline ist, ausgedrückt in Form von dreieckigen unscharfen Zahlen; 3) Bestimmung der Indikatorgewichte: Die Gleichungen (6) und (7) werden zur Berechnung verwendet: D,/K, West (6) SDR, j=1
+ — 2 2(X, -K,) DE 7) n Wobei: W, das Gewicht des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet; D, die Standardabweichung des Standardwerts jedes Rangs des / -ten Bewertungsindikators bezeichnet; K, den Standardwert des Rangs i des / -ten Bewertungsindikators bezeichnet; K, den Mittelwert der Standardwerte jedes Gesundheitsrangs des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet; n steht fur die Anzahl der Ratingindikatoren; 4) Beurteilung des Gesundheitszustands des Wasserversorgungsleitungsnetzes: Entsprechend der in Schritt 2) ermittelten Nachwahrscheinlichkeit und den in Schritt 3) ermittelten Indexgewichten wird zunächst die umfassende Nachwahrscheinlichkeit des Gesundheitszustands der Leitung berechnet, und dann wird schließlich der Gesundheitszustand des Wasserversorgungsleitungsnetzes nach dem Prinzip der maximalen Zugehörigkeit bestimmt, wie in den Gleichungen (8) und (9) dargestellt: PA = Py, | )<W, (8) j=i P* = max PP“ (9) Wobei: PP“ die integrierte Posterior-Wahrscheinlichkeit einer Rohrleitung mit Rang 7 bezeichnet; P* ( y, | &;) die Fuzzy-Posterior-Wahrscheinlichkeit einer Rohrleitung mit Rang 7 bezeichnet, wenn ihr Indikator j den Stand X; hat, W, das Gewicht des j -ten Bewertungsindikators bezeichnet; 7 den Rang der Rohrleitung im Bewertungsmodell bezeichnet, i=1,2,3,4; j die Bewertungsindikatoren im Bewertungsmodell bezeichnet; n die Anzahl der Bewertungsindikatoren im Bewertungsmodell des Gesundheitszustands des Wasserversorgungs- leitungsnetzes bezeichnet; P*“ den Gesundheitszustandsrang der Rohrleitung bezeichnet.
2. Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Indexsystem zur Bewertung des Gesundheitszustands des städtischen Wasserversorgungsleitungsnetzes in
. ca. vr LU503404 Schritt 1) 11 Bewertungsindikatoren umfasst, nämlich: Rohrdurchmesser, Rohralter, Rohr, Deckschichtdicke, Schnittstellenform, Bodenbelastung, Innen- und AuBenverkleidung, Knotenwasserdruck oder minimaler Betriebswasserdruck, Knotenpunkt Durchfluss oder Gesamtfluss, Restchlor und Wasseralter.
3. Fin Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungs- leitungsnetze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die A-priori-Wahrscheinlichkeit P( y,) in Schritt 2) gemäB Gleichung (3) wie folgt berechnet wird: K su —K,, P(y,) — i,j,oben i,j,unten (3) Ky ben ce K| .oben Wobei: Kijoben die Obergrenze der j-ten Bewertungsindikatorstufe i bezeichnet; Kijunten die Untergrenze der j-ten Bewertungsindikatorstufe i bezeichnet; Kivjoben bezeichnet die Obergrenze der j -ten Bewertungsindikatorstufe IV; Kijoben bezeichnet die Obergrenze der j-ten Bewertungsindikatorstufe I.
4. Fin Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungs- leitungsnetze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Posterior-Wahrscheinlichkeit PP“ ( y, | x) in Schritt 2) gemäß den Gleichungen (4) und (5) wie folgt berechnet wird: fan 1/L; PA |) = 4) U/L i=l Ly =| - | 6) Wobei: L den Abstand von X; des Bewertungsindikators j vom Standardwert y; dieses Indikators darstellt.
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| LU503404A LU503404B1 (de) | 2023-01-31 | 2023-01-31 | Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze |
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| LU503404B1 true LU503404B1 (de) | 2023-07-31 |
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ID=87475031
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| LU503404A LU503404B1 (de) | 2023-01-31 | 2023-01-31 | Ein Verfahren zur Bewertung des Gesundheitszustands städtischer Wasserversorgungsleitungsnetze |
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2023
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| FG | Patent granted |
Effective date: 20230731 |