改进ICA-R在多漏点管网的漏失量化研究

摘要

随着我国经济的快速发展，生活用水量和工业用水量增长迅速，管网承受压力越来越大导致不堪负荷，漏失成为供水管网的普遍现象，管网漏失率近年来呈上升趋势，漏失造成了水资源与能源的巨大浪费。进行管网降漏工作首先要确定管网的漏失水平，由于管网长埋地下，导致测量存在较大困难。如何充分利用物联网技术，通过小区管网在线监测的压力、流量数据，采取科学合理的信号处理算法，得出背景漏失量值是探索的方向。本文基于盲源分离理论，对多漏点管网进行漏失量化研究。
　　首先，通过EPANET建立算例管网进行数值模拟，同时搭建漏失实验平台进行现场实验，设计不同漏点的实验方案，采集入口流量和入口压力信号作为观测信号，同时采集实际的用水量与漏失量作为源信号用来验证分离效果，为盲源分离理论的可行性提供数据支撑，通过验证源信号的非高斯性为盲源分离提供理论支撑；
　　之后，分析盲源分离理论，确定目标函数，建立漏失量化模型，筛选合适的算法，并分析现有算法存在的短板，通过推导，提出基于约束独立计量分析（CICA）的改进 ICA-R算法；将常规算法与改进算法分别应用于盲源分离漏失量化模型，根据采集的源信号的相关性将实验内容分为三类，分别为不相关（弱相关），中等强度相关以及强相关，加入系统噪声影响因素，对算例管网与实验平台获得的实验结果进行信号分离得到分离趋势，与源信号趋势进行对比，应用皮尔逊相关系数进行评价，证明改进ICA-R分离的波形信息相似度始终维持在95%以上，准确度很高；
　　最后，对改进ICA-R的波形信息进行幅值还原，与真实源信号进行误差分析，通过平均相对误差进行评价，最终证明改进 ICA-R算法对于多漏点管网的漏失量化更为合适，平均相对误差控制在了15%之内，且噪声耐受性更佳。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2国内外管网漏失检测方法

1.3 国内外研究存在的问题

1.4研究目的和意义

1.5主要研究内容和技术路线

第2章 实验设计与实验平台的搭建

2.1设计算例管网

2.2 搭建漏失实验平台

2.3漏失实验数据采集及处理

第3章 漏失量化模型构建研究

3.1供水管网盲源分离理论

3.2供水管网盲源分离理论适用前提

3.3供水管网盲源分离理论求解

3.4盲源分离结果评价

3.5本章小结

第4章 算例管网盲源分离

4.1无噪声强相关源信号

4.2无噪声中等强度相关源信号

4.3无噪声弱相关源信号

4.4算例管网漏失量化结果比较

4.5本章小结

第5章 漏失实验平台盲源分离

5.1弱噪声源信号强相关

5.2弱噪声中等相关源信号

5.3弱噪声不相关源信号

5.4强噪声不相关源信号

5.5实验管网漏失量化比较

5.6本章小结

结论

参考文献

附录

附录1 算例管网属性信息

附录2 FastICA部分matlab源码

附录3 改进ICA-R部分matlab源码

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢