基于回归树的城市供水管网状态估计研究

发布时间：2020-04-13 17:27

【摘要】：规模庞大、布局繁杂、强扰动是城市供水管网系统的主要特征,展开预测建模可以更好地掌控其运行规律,促进日常调度、运行优化及应急处理能力。为此,本课题以对城市供水管网的水力模型进行建立并进行相关的运行状态估计工作。以中原某市自来水厂实验管网为例,采用运行与监控数据和实验管网数据库中收集整理的相关数据,建立了实验管网的水力模型。经由对比可知,该模型与实际管网运行状态趋于一致,模拟压力值与测量值的平均绝对误差为0.0021MPa,建成的水力模型精度较高。由于城市供水管网监测点较少,收集到的历史数据有限,不能有效反应管网的运行状态的规律。选取中原某市某区域作为研究对象,该区域中共有12个监测点,基于该区域的实际运行数据,建立基于回归树的两种预测模型。采用CART回归树和模型树对训练数据进行递归构建二叉树,得到预测模型并选取该区域中的监测点11、监测点12的压力值进行预测。最后,该区域实验情况如下:CART回归树模型对监测点11、监测点12的预测压力与实测压力的误差在5%以内,模型树对监测点11、监测点12的预测压力与实测压力误差在10%左右。经过实验得到,CART回归树模型的预测误差较低且能对单个或多个监测点进行预测,预测效果较好,对管网运行状态的估计有一定的指示作用。
【图文】：

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图 2-1 城市供水管网模型建模流程图Fig2-1 Flow chart of model modeling for urban water supply network2.5.2 实验管网数据收集本文以中原某市自来水厂中的实验供水管网作为建模依据，该实验供水管网共有三层，由于第一层和第二层的供水管网腐蚀严重，无法准确得到管网的摩阻系数，所以我们选取中原某市自来水公司实验供水管网的第三层管网作为建模背景。通过对中原某市自来水厂的管网系统相关数据的读取，，可以得到管网的相关属性数据有：管段长度、管段直径、管段管材、铺设年代，同时也包括阀门、水表、流量计的相关位置等。节点的标高是实测数据，在这些数据的基础上，已经基本可以建立管网数字化拓扑结构。实验管网中有关运行数据主要采用人工测量读取的方式，包括：供水总管的压力、流量的实时监控；管网中节点流量监控数据、压力监测点的压力等[27]。

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2 城市供水管网水力模型的建立及应用另外，阀门的开启度、水泵的开合情况等状态数据，是按照需要进行人工设置的[28]。2.5.3 管网 EPANET 可视化建模EPANET2.0 软件是美国环保局开发的计算机程序软件，主要可以对管网的水力和水质特性进行模拟，并可以对管网的拓扑简图进行相应的绘制，实现拓扑简图的可视化。管网由管道、节点、泵站、阀门和水池等主要部件构成。根据对供水管网结构图进行简化，将其在 EPANET2.0 中简化为由点、线组成的拓扑简图，同时，按照 EPANET2.0 能够识别的数据格式类型对实验管网的数据进行整理，实现拓扑简图的可视化。中原某市自来水厂实验管网第三层模型拓扑结构如图 2-2 所示：
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O212.1;TU991.33

【参考文献】