城市排水管网系统建模及优化控制
发布时间：2020-12-24 19:53
随着国内城市化进程加速,生活污水和工业废水的排放量不断增加,污水溢出污染环境的事故时有发生。我国城市排水管网系统普遍存在着设施不完善、控制方式落后等问题。除了加强雨污分离、污染源监控、输排调蓄等基础设施外,安全、高效排水急需生产运行监控与优化技术手段。本文针对单级泵站优化控制、两级泵站之间的协调控制问题,开展了排水管网系统建模与优化控制研究,主要研究工作如下:1、基于LSTM的污水泵站液位预测模型。通过对排水管网的机理分析,得到可能引起泵站液位变化的因素,对这些影响因素进行灰色关联分析,将关联度较大的因素作为输入建立预测模型。实验结果表明LSTM模型相较于传统神经网络不仅具有更高的预测精度,并且具有更好的拐点跟踪性。2、基于SWMM的排水管网动态水力模型。运用SWMM模型对实际排水管段进行水力建模,其中对模型重要输入条件—节点流量的日变化模式重点分析研究,并在模拟过程中克服了满管流的问题。最终模型通过校核,为研究区域污水泵站的协调控制提供分析手段。3、排水管网局部优化控制应用。(1)单级泵站恒液位控制方法。针对污水泵站泵机频繁启停且能耗大的问题,将LSTM预测模型与模糊控制相结合,应用...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
城市排水系统简图
杭州电子科技大学硕士学位论文11输入门：1([,])tittiiwhxb（2.2）输出门：1([,])tottoOwhxb（2.3）更新细胞的向量：1tanh([,])tcttcCwhxb（2.4）最后的输出结果以及下一时刻的初始状态：tanh()ttthOC（2.5）其中wf，wi，wo，wc都是对应各个门的权重系数矩阵，bf，bi，bo，bc是对应各个门的偏置向量，ht-1为前一时刻的记忆神经元状态，xt为当前时刻的输入，代表sigmoid函数。2.2污水泵站机理分析2.2.1泵站流入/流出量输入输出的选择恰当与否直接影响到模型的预测精度，因此通过本节通过分析污水泵站的流入量与流出量来合理地选择模型的输入输出。模型的输出为前池液位ForebayLevel，影响输出的因素主要有支管流入量BranchInflow（支管流入量包含生活污水DomesticSewage、工业废水IndustrialSewage、部分大气降水Rainfall）、上游泵站污水提升量UpperInflow以及本级泵站排出量CurreOutflow，影响因素示意图如图2.4所示：图2.4前池液位影响因素示意图泵站前池进水量Inflow为上游泵站污水提升量UpperInflow与支管流入量BranchInflow之和，用公式表示为：
杭州电子科技大学硕士学位论文28图3.4排水管网实例所在区域GIS图图3.5排水管网实例概化图部分节点和管段的数据如表3.2、表3.3所示。表3.2部分节点数据节点高程（m）埋深（m）1-0.2043.332-0.3023.53-0.4023.54-0.933.535-0.563.486-0.233.477-0.52.58-1.64.639-3.014.9310-3.0894.811-4.25.112-55.213-0.82.214-0.82.2
【参考文献】：
期刊论文
[1]水力演算方法对SWMM模型排放口出流的影响[J]. 王彤,丁祥,蔡甜,刘文睿,涂杰,吴芬芬,温桂鑫,石存杰,吴桐,李从起,孙征,郭肖鹏. 中国给水排水. 2018(15)
[2]基于LSTM循环神经网络的故障时间序列预测[J]. 王鑫,吴际,刘超,杨海燕,杜艳丽,牛文生. 北京航空航天大学学报. 2018(04)
[3]我国城市非点源污染特征及其模型应用探讨[J]. 秦攀,雷坤,KHU Soon-Thiam,乔飞. 环境工程技术学报. 2016(04)
[4]污水处理厂提升泵站稳流节能优化控制系统[J]. 彭小玉,秦斌,王欣,宋翼颉. 湖南工业大学学报. 2016(02)
[5]污水模型单一服务区节点流量的日变化模式分析[J]. 刘子龙,周玉文,李文涛,周建华. 北京工业大学学报. 2015(03)
[6]水力模型在城市污水管网系统改造中的应用[J]. 赵见,周玉文,李文涛,李伟,刘子龙. 河北工业科技. 2014(04)
[7]灰色关联分析模型研究进展[J]. 刘思峰,蔡华,杨英杰,曹颖. 系统工程理论与实践. 2013(08)
[8]基于SWMM的低冲击开发模式水文效应模拟评估[J]. 王雯雯,赵智杰,秦华鹏. 北京大学学报(自然科学版). 2012(02)
[9]区域排水泵站的优化调度有色Petri网模型[J]. 宋春福,周卫东,汪雄海. 计算机工程. 2011(11)
[10]基于城市排水水力学系统的建模与控制研究[J]. 袁刚,王建中,鲁仁全. 杭州电子科技大学学报. 2010(04)
博士论文
[1]模糊系统的稳定性分析与控制器设计[D]. 郭岗.西安电子科技大学 2010
[2]城市分布式泵站排水系统综合节能与协调优化控制研究[D]. 何中杰.浙江大学 2009
硕士论文
[1]海绵城市背景下调蓄池水量调控规则研究[D]. 李孟钒.西安理工大学 2019
[2]城市污水管道风险评估与污水泵站优化运行研究[D]. 张倩.合肥工业大学 2019
[3]南方某城市排水泵站调度运行优化研究[D]. 鲁征圣.长安大学 2018
[4]基于ANFIS网络模型的城市泵站优化控制[D]. 赵海明.浙江大学 2018
[5]基于SWMM模型的西安市城区汇水区域划分与径流特征研究[D]. 计宝鑫.西安理工大学 2017
[6]基于SWMM的城市内涝风险识别研究[D]. 周力宁.西南交通大学 2016
[7]SWMM在排水防涝规划中的应用研究[D]. 徐凯歆.湖南大学 2014
[8]基于SWMM对南昌市青山湖片区排水管网模拟研究[D]. 金鑫.南昌大学 2014
[9]截流式分流制城镇排水系统的形式及设计研究[D]. 张连强.重庆大学 2013
[10]城市排水系统建模及其控制方法研究[D]. 金波.杭州电子科技大学 2011
本文编号：2936218
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
城市排水系统简图
杭州电子科技大学硕士学位论文11输入门：1([,])tittiiwhxb（2.2）输出门：1([,])tottoOwhxb（2.3）更新细胞的向量：1tanh([,])tcttcCwhxb（2.4）最后的输出结果以及下一时刻的初始状态：tanh()ttthOC（2.5）其中wf，wi，wo，wc都是对应各个门的权重系数矩阵，bf，bi，bo，bc是对应各个门的偏置向量，ht-1为前一时刻的记忆神经元状态，xt为当前时刻的输入，代表sigmoid函数。2.2污水泵站机理分析2.2.1泵站流入/流出量输入输出的选择恰当与否直接影响到模型的预测精度，因此通过本节通过分析污水泵站的流入量与流出量来合理地选择模型的输入输出。模型的输出为前池液位ForebayLevel，影响输出的因素主要有支管流入量BranchInflow（支管流入量包含生活污水DomesticSewage、工业废水IndustrialSewage、部分大气降水Rainfall）、上游泵站污水提升量UpperInflow以及本级泵站排出量CurreOutflow，影响因素示意图如图2.4所示：图2.4前池液位影响因素示意图泵站前池进水量Inflow为上游泵站污水提升量UpperInflow与支管流入量BranchInflow之和，用公式表示为：
杭州电子科技大学硕士学位论文28图3.4排水管网实例所在区域GIS图图3.5排水管网实例概化图部分节点和管段的数据如表3.2、表3.3所示。表3.2部分节点数据节点高程（m）埋深（m）1-0.2043.332-0.3023.53-0.4023.54-0.933.535-0.563.486-0.233.477-0.52.58-1.64.639-3.014.9310-3.0894.811-4.25.112-55.213-0.82.214-0.82.2
【参考文献】：
期刊论文
[1]水力演算方法对SWMM模型排放口出流的影响[J]. 王彤,丁祥,蔡甜,刘文睿,涂杰,吴芬芬,温桂鑫,石存杰,吴桐,李从起,孙征,郭肖鹏. 中国给水排水. 2018(15)
[2]基于LSTM循环神经网络的故障时间序列预测[J]. 王鑫,吴际,刘超,杨海燕,杜艳丽,牛文生. 北京航空航天大学学报. 2018(04)
[3]我国城市非点源污染特征及其模型应用探讨[J]. 秦攀,雷坤,KHU Soon-Thiam,乔飞. 环境工程技术学报. 2016(04)
[4]污水处理厂提升泵站稳流节能优化控制系统[J]. 彭小玉,秦斌,王欣,宋翼颉. 湖南工业大学学报. 2016(02)
[5]污水模型单一服务区节点流量的日变化模式分析[J]. 刘子龙,周玉文,李文涛,周建华. 北京工业大学学报. 2015(03)
[6]水力模型在城市污水管网系统改造中的应用[J]. 赵见,周玉文,李文涛,李伟,刘子龙. 河北工业科技. 2014(04)
[7]灰色关联分析模型研究进展[J]. 刘思峰,蔡华,杨英杰,曹颖. 系统工程理论与实践. 2013(08)
[8]基于SWMM的低冲击开发模式水文效应模拟评估[J]. 王雯雯,赵智杰,秦华鹏. 北京大学学报(自然科学版). 2012(02)
[9]区域排水泵站的优化调度有色Petri网模型[J]. 宋春福,周卫东,汪雄海. 计算机工程. 2011(11)
[10]基于城市排水水力学系统的建模与控制研究[J]. 袁刚,王建中,鲁仁全. 杭州电子科技大学学报. 2010(04)
博士论文
[1]模糊系统的稳定性分析与控制器设计[D]. 郭岗.西安电子科技大学 2010
[2]城市分布式泵站排水系统综合节能与协调优化控制研究[D]. 何中杰.浙江大学 2009
硕士论文
[1]海绵城市背景下调蓄池水量调控规则研究[D]. 李孟钒.西安理工大学 2019
[2]城市污水管道风险评估与污水泵站优化运行研究[D]. 张倩.合肥工业大学 2019
[3]南方某城市排水泵站调度运行优化研究[D]. 鲁征圣.长安大学 2018
[4]基于ANFIS网络模型的城市泵站优化控制[D]. 赵海明.浙江大学 2018
[5]基于SWMM模型的西安市城区汇水区域划分与径流特征研究[D]. 计宝鑫.西安理工大学 2017
[6]基于SWMM的城市内涝风险识别研究[D]. 周力宁.西南交通大学 2016
[7]SWMM在排水防涝规划中的应用研究[D]. 徐凯歆.湖南大学 2014
[8]基于SWMM对南昌市青山湖片区排水管网模拟研究[D]. 金鑫.南昌大学 2014
[9]截流式分流制城镇排水系统的形式及设计研究[D]. 张连强.重庆大学 2013
[10]城市排水系统建模及其控制方法研究[D]. 金波.杭州电子科技大学 2011
本文编号：2936218
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