Hydraulický model + štatistika · vodárenské spoločnosti
Detektor únikov podľa nočného prietoku
Hľadá úniky v sieti verejného benchmarku BattLeDIM a zoradí potrubia, na ktorých je únik najpravdepodobnejší. Kliknutím na ľubovoľné potrubie vytvoríte vlastný únik.
Prehľad
L-Town je sieť verejného benchmarku BattLeDIM: simulované mesto so 43 km potrubí, 33 simulovanými tlakovými snímačmi, tromi prietokomermi a 82 inteligentnými vodomermi. V jeho dátach za rok 2019 sa skrýva 19 únikov, ktoré začínajú v tom roku. Vytvorili sme preň detektor únikov z nástrojov, ktoré vodárenský inžinier už používa: hydraulický model, vodnú bilanciu s minimálnym nočným prietokom a tlakové rezíduá. Model sme kalibrovali na roku 2018 a jeho detekčné prahy sme nastavili automatickým vyhľadávaním výlučne na dátach z roku 2018.
Zistenie úniku a jeho lokalizácia využívajú rôzne hodiny. Test na pomalé úniky vyhodnocuje vodnú bilanciu medzi 01:00 a 05:00. Spotreba je vtedy najnižšia, takže únik tvorí väčší podiel z toho, čo do siete priteká. Samostatný test na prasknutia sleduje každú hodinu. Lokalizácia úniku využíva tlak počas celého dňa; v jeden marcový deň v tomto modeli je tlaková stopa úniku o 19:00 približne 1,7-krát väčšia než o 04:00. Pri každom alarme sa zmena tlaku na snímačoch porovná so simulovaným únikom v každom uzle (každé potrubie preberá priemer svojich dvoch koncov). Množina kandidátskych potrubí sa potom zužuje hodinu po hodine.
Na dátach z roku 2019 metóda našla 14 z 19 únikov, ktoré v tom roku vznikli. Vyvolala 7 falošných alarmov a ďalších 13 hlásení pripadlo na už známe úniky: 7 na úniky, ktoré sama predtým nahlásila, a 6 na únik pretrvávajúci z roku 2018. Podľa pravidiel hodnotenia BattLeDIM majú 14 nálezov po odpočítaní nákladov na čaty hodnotu 289 028 € z celkových 355 472 € za vodu stratenú všetkými 19 únikmi. S 10 z 33 tlakových snímačov (prietokomery bez zmeny) našla 10 z 19. L-Town je navyše čistejší než skutočné mesto: s dennou chybou 2 % v odhade spotreby domácností našla tá istá metóda v dvoch testovacích behoch 8 až 12 z 19. Vo vloženom zobrazení beží hydraulický riešič vo vašom prehliadači: kliknutím na ľubovoľné potrubie vytvoríte únik.
Ako sme testovali
- Model bol kalibrovaný na roku 2018. Detekčné prahy boli nastavené automatickým vyhľadávaním výlučne na dátach z roku 2018.
- Správne odpovede za rok 2019 sú verejné od roku 2020 a pri vývoji metódy sme k nim mali prístup. Ide teda o výsledok dosiahnutý na už vyriešenom benchmarku, nie o slepý test.
- Iné nastavenia prahov, ktoré na roku 2018 dopadli rovnako dobre, nachádzajú 9 až 16 z 19 únikov (medián 13).
- Ďalšie štyri úniky pretrvávali z roku 2018. Uvádza ich zverejnený súbor únikov za rok 2018, preto ich nezapočítavame.
- Skóre zodpovedá pravidlám hodnotenia BattLeDIM; počítali sme ho sami pomocou nášho prepisu hodnotenia organizátorov do Pythonu. Prepis reprodukuje ich zverejnené príkladové hlásenia na cent presne.
Čo sme vytvorili
- Hydraulický model L-Town (WNTR + EPANET), kalibrovaný na hodinách roku 2018 bez únikov. Na vyčlenených hodinách je jeho chyba tlaku 3,7 cm RMSE oproti 7,8 cm bez kalibrácie.
- Vodná bilancia pre dve zásobné zóny so spotrebou odhadnutou z 82 inteligentných vodomerov, ktoré sú všetky v jednej zóne. Nad touto bilanciou bežia test zmeny minimálneho nočného prietoku (CUSUM) a test na prasknutia.
- Lokalizácia úniku podľa tlakových signatúr: simulovaný únik v každom uzle porovnaný s nameranou zmenou tlakových rezíduí. Výsledkom je zoradená množina kandidátskych potrubí aktualizovaná každú hodinu.
- Vyhodnotenie podľa vlastných pravidiel hodnotenia súťaže, s testom s 10 snímačmi a piatimi náhodnými sadami snímačov ako kontrolami.
- Riešič EPANET kalibrovaného modelu bežiaci v prehliadači (WebAssembly). Kliknite na potrubie, nastavte veľkosť úniku a počet hodín dát a sledujte, ako sa vytvára množina kandidátov.
Technológie
Python, WNTR, EPANET 2.2, NumPy, SciPy, pandas · epanet-js (EPANET skompilovaný do WebAssembly), three.js
Čísla
Všetky čísla sa týkajú siete L-Town verejného benchmarku BattLeDIM (simulované mesto) a pochádzajú z našich vlastných behov. „Pravidlá BattLeDIM“ znamenajú zverejnené hodnotenie organizátorov, ktoré sme spustili sami: nález sa uzná do 300 m pozdĺž potrubí a v rámci časového okna úniku; voda sa oceňuje na 0,80 €/m³; falošný alarm stojí 500 €; nálezu sa účtuje čas čaty úmerne vzdialenosti, najviac 500 €; opakované výjazdy sa neúčtujú.
| Číslo | Ako sme ho zmerali |
|---|---|
| Nájdených 14 z 19 únikov, ktoré vznikli v roku 2019 | Úniky pretrvávajúce z roku 2018 sa nezapočítavajú. |
| 289 028 € z 355 472 € | Voda ušetrená vďaka 14 nálezom mínus náklady na čaty, podľa pravidiel BattLeDIM. Suma 355 472 € je hodnota, ktorú by malo nahlásenie všetkých 19 únikov hneď pri ich vzniku. |
| 7 falošných alarmov a navyše 13 hlásení o známych únikoch | Spolu 34 hlásení. Každý falošný alarm stojí 500 €. Na už známe úniky pripadlo 13 hlásení (7 na úniky, ktoré metóda už nahlásila, 6 na únik pretrvávajúci od roku 2018); skóre BattLeDIM ich nepenalizuje. |
| Približne 3 h od prasknutia po alarm (1,6 až 24 h) | Nájdených 7 náhlych únikov; čas sa meria po koniec hodiny dát, ktorá spustila alarm. Poloha sa hlási 24 h po alarme; toto oneskorenie bolo zvolené na roku 2018. |
| Alarm 5 až 53 dní po vzniku pri pomalých únikoch (hlásenie 6 až 54 dní) | Nájdených 7 postupne narastajúcich únikov. Začínajú pri takmer nulovom prietoku a v priebehu týždňov rastú. |
| Medián 171 m od nášho potrubia k potrubiu s únikom (50 až 294 m) | Nájdených 14 únikov, merané rovnako ako v hodnotení: pozdĺž potrubí, od stredu k stredu. |
| 17 až 77 potrubí v množine kandidátov pri hlásení, pri prasknutiach | Potrubia, ktorých zhoda s meraním sa od najlepšej líši najviac o pevne stanovenú rezervu. Šum rezíduí (nameraný mínus modelovaný tlak) bol zmeraný na roku 2018. Pri pomalých únikoch množina často zahŕňa celú oblasť. |
| 3,7 cm chyba tlaku kalibrovaného modelu | RMSE na 33 snímačoch počas 61 hodín roku 2018 bez únikov, ktoré sa pri kalibrácii nepoužili; bez kalibrácie 7,8 cm. |
| 10 z 19 s 10 snímačmi, 181 058 €, 15 falošných alarmov | Použitých 10 z 33 tlakových snímačov, vybraných podľa pevného pravidla rozostupov; prietokomery a inteligentné vodomery bez zmeny. Päť náhodných sád po 10 snímačoch našlo 4 až 12. |
| 8 až 12 z 19 pri chybe spotreby 2 % | Dva testovacie behy s chybou 2 % zo dňa na deň pridanou k odhadovanej spotrebe domácností, všetky ostatné nastavenia bez zmeny. |
| 9 až 16 z 19 s inými prahmi | Celkom 37 nastavení prahov, ktorých skóre na roku 2018 bolo v rozmedzí 5 % od najlepšieho, každé spustené na roku 2019 (medián 13). |
| 0,5 ms na scenár úniku v prehliadači | Medián času výpočtu ustáleného stavu v EPANET pre model so 782 uzlami vo vloženom zobrazení, na notebooku s M1 Pro v prehliadači Chromium. Telefóny budú pomalšie. |
Zábery
Vyskúšajte naživo
Interaktívne zobrazenie, ktoré beží vo vašom prehliadači. Kým ho neotvoríte, nič sa nenačíta.
