Hydraulisk modell + statistikk · vannverk
Lekkasjesøk med nattforbruk
Finner lekkasjer i det åpne BattLeDIM-referansenettet og rangerer rørene som mest sannsynlig lekker. Klikk på et hvilket som helst rør for å lage din egen lekkasje.
Oversikt
L-Town er det åpne BattLeDIM-referansenettet: en simulert by med 43 km rør, 33 simulerte trykksensorer, tre vannmengdemålere og 82 smarte målere. Dataene for 2019 skjuler 19 lekkasjer som starter i løpet av året. Vi bygde en lekkasjesøker for nettet med verktøyene en VA-ingeniør allerede bruker: en hydraulisk modell, en vannbalanse med minimum nattforbruk og trykkresidualer. Vi kalibrerte modellen på 2018 og satte deteksjonsterskelene med et automatisk søk kun på data fra 2018.
Å påvise en lekkasje og å lokalisere den bygger på ulike timer av døgnet. Testen for langsomme lekkasjer ser på vannbalansen mellom kl. 01:00 og 05:00. Da er forbruket lavest, så en lekkasje utgjør en større andel av det som strømmer inn. En egen test for rørbrudd overvåker hver time. Lokaliseringen bruker trykket gjennom hele døgnet; en marsdag i denne modellen er en lekkasjes trykkavtrykk kl. 19:00 omtrent 1,7 ganger avtrykket kl. 04:00. Hver alarm sammenligner trykkendringen ved sensorene med en simulert lekkasje i hvert knutepunkt (hvert rør får gjennomsnittet av sine to ender). Settet med kandidatrør snevres så inn time for time.
På dataene fra 2019 fant metoden 14 av de 19 lekkasjene som startet det året. Den ga 7 falske alarmer, og ytterligere 13 rapporter traff lekkasjer som allerede var kjent: 7 på lekkasjer den selv hadde rapportert, 6 på en lekkasje som fortsatt pågikk fra 2018. Etter BattLeDIMs poengregler er de 14 funnene verdt 289 028 euro etter mannskapskostnader, av 355 472 euro for vannet alle de 19 lekkasjene taper. Med 10 av de 33 trykksensorene (vannmengdemålerne uendret) fant den 10 av de 19. L-Town er dessuten renere enn en virkelig by: med 2 % daglig feil i det estimerte husholdningsforbruket fant den samme metoden 8 til 12 av de 19 i to testkjøringer. I den innebygde visningen kjører den hydrauliske løseren i nettleseren din: klikk på et hvilket som helst rør for å lage en lekkasje.
Slik ble det testet
- Modellen ble kalibrert på 2018. Deteksjonsterskelene ble satt med et automatisk søk kun på data fra 2018.
- Fasiten for 2019 har vært offentlig siden 2020, og den var tilgjengelig for oss mens vi bygde metoden. Dette er derfor et gjennomregnet resultat på en løst referanseoppgave, ikke en blindtest.
- Andre terskelinnstillinger som gjorde det like bra på 2018, finner 9 til 16 av de 19 lekkasjene (median 13).
- Ytterligere fire lekkasjer pågikk videre fra 2018. Den publiserte lekkasjefilen for 2018 navngir dem, så vi teller dem ikke med.
- Poengene følger BattLeDIMs poengregler, kjørt av oss med vår Python-portering av arrangørenes poengberegning. Porteringen gjengir deres publiserte eksempelrapporter ned til centen.
Hva vi bygde
- En hydraulisk modell av L-Town (WNTR + EPANET), kalibrert på lekkasjefrie timer fra 2018. På timer holdt utenfor kalibreringen er trykkfeilen 3,7 cm RMSE, mot 7,8 cm ukalibrert.
- En vannbalanse for de to forsyningssonene, med forbruk estimert fra de 82 smarte målerne, som alle står i én sone. En endringstest på minimum nattforbruk (CUSUM) og en test for rørbrudd kjører på denne balansen.
- Lekkasjelokalisering med trykksignaturer: en simulert lekkasje i hvert knutepunkt, sammenlignet med den målte endringen i trykkresidualene. Resultatet er et rangert sett med kandidatrør, oppdatert hver time.
- En evaluering etter konkurransens egne poengregler, med testen med 10 sensorer og fem tilfeldige sensorsett som kontroller.
- En EPANET-løser for den kalibrerte modellen i nettleseren (WebAssembly). Klikk på et rør, angi lekkasjestørrelsen og antall timer med data, og se kandidatsettet ta form.
Teknologistakk
Python, WNTR, EPANET 2.2, NumPy, SciPy, pandas · epanet-js (EPANET kompilert til WebAssembly), three.js
Tall
Alle tall gjelder L-Town, det åpne BattLeDIM-referansenettet (en simulert by), og kommer fra våre egne kjøringer. «BattLeDIM-reglene» betyr arrangørenes publiserte poengberegning, kjørt av oss: et funn teller innenfor 300 m langs rørene og innenfor lekkasjens tidsvindu; vann verdsettes til 0,80 euro/m³; en falsk alarm koster 500 euro; et funn belastes mannskapstid i forhold til avstanden, opptil 500 euro; gjentatte besøk belastes ikke.
| Tall | Slik målte vi det |
|---|---|
| 14 av 19 lekkasjer som startet i 2019, ble funnet | Lekkasjer som pågikk videre fra 2018, er ikke talt med. |
| 289 028 euro av 355 472 euro | Vann spart ved de 14 funnene, minus mannskapskostnader, etter BattLeDIM-reglene. 355 472 euro er verdien av å rapportere alle 19 straks de starter. |
| 7 falske alarmer, pluss 13 rapporter om kjente lekkasjer | 34 rapporter i alt. Falske alarmer koster 500 euro hver. 13 rapporter traff lekkasjer som allerede var kjent (7 på lekkasjer metoden hadde rapportert, 6 på en lekkasje som har pågått siden 2018); BattLeDIM-poengsummen belaster dem ikke. |
| Omtrent 3 h fra rørbrudd til alarm (1,6 til 24 h) | De 7 plutselige lekkasjene som ble funnet, regnet til slutten av datatimen som utløste alarmen. Plasseringen rapporteres 24 h etter alarmen, en forsinkelse valgt på grunnlag av 2018-dataene. |
| Alarm 5 til 53 dager etter start for langsomme lekkasjer (rapport 6 til 54 dager) | De 7 begynnende lekkasjene som ble funnet. De starter nær null vannføring og vokser over uker. |
| 171 m median fra vårt rør til det lekkende røret (50 til 294 m) | De 14 lekkasjene som ble funnet, målt slik poengberegningen måler: langs rørene, senter til senter. |
| 17 til 77 rør i kandidatsettet ved rapport, for rørbrudd | Rør med en tilpasning innenfor en fast margin av den beste. Residualstøyen (målt minus modellert trykk) ble målt på 2018. For langsomme lekkasjer forblir settet ofte hele området. |
| 3,7 cm trykkfeil i den kalibrerte modellen | RMSE ved de 33 sensorene over 61 lekkasjefrie timer fra 2018 som ikke ble brukt i kalibreringen; 7,8 cm ukalibrert. |
| 10 av 19 med 10 sensorer, 181 058 euro, 15 falske alarmer | 10 av de 33 trykksensorene, valgt etter en fast avstandsregel; vannmengdemålere og smarte målere uendret. Fem tilfeldige sett med 10 fant 4 til 12. |
| 8 til 12 av 19 med 2 % feil i forbruket | To testkjøringer med en feil på 2 % fra dag til dag lagt til det estimerte husholdningsforbruket, alle andre innstillinger uendret. |
| 9 til 16 av 19 med andre terskler | 37 terskelinnstillinger som scoret innenfor 5 % av den beste på 2018, hver kjørt på 2019 (median 13). |
| 0,5 ms per lekkasjescenario i nettleseren | Median for en stasjonær EPANET-løsning av modellen med 782 knutepunkter i den innebygde visningen, på en bærbar M1 Pro i Chromium. Telefoner vil være tregere. |
Stillbilder
Prøv det live
En interaktiv visning som kjører i nettleseren din. Ingenting lastes før du åpner den.
