Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki kar Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Nagy pontosságú rövidtávú ivóvíz fogyasztás előrejelzés Készítette: Bibok Attila PhD Hallgató MHT XXXIV. Vándorgyűlés
Bevezetés Mi a pontosság? Attól függ, mi a célunk: Hibák detektálása Becsült és mért fogyasztás különbsége Éjszakai minimum vizsgálata Üzemeltetés optimalizálása
Üzemeltetés optimalizálása Alulterhelt hálózatok Fogyasztás ~30% 1985-höz képest Nagy tározótérfogatok Nagy szivattyú kapacitás Szivattyú menetrend optimalizálás Tározótérfogatok kihasználása Terhelés kiegyenlítése Alapja: Pontos fogyasztás előrejelzés!
Üzemeltetés optimalizálása Alulterhelt hálózatok Fogyasztás ~30% 1990-hez képest Nagy tározótérfogatok Nagy szivattyú kapacitás Szivattyú menetrend optimalizálás Tározótérfogatok kihasználása Terhelés kiegyenlítése Alapja: Pontos fogyasztás előrejelzés!
Vizsgált terület Fővárosi Vízművek 6 fogyasztási körzet Nyomásfokozott Adyliget Tározóval ellátott Alacsony fogyasztású (<1000m 3 /nap) Nagy fogyasztású (>1000m 3 /nap) Nyomás mérések is Körzet neve: Típus Átlagos fogyasztás [m 3 /h] Adyliget Nyomásfokozott 30,58 Árpád Tározós 140,04 Lipót Tározós 265,82 Mikes Nyomásfokozott 10,80 Pesthidegkút Tározós 273,96 Újpest Nyomásfokozott 206,13 Mikes Pesthidegkút Lipót Árpád Újpest
Adatok feldolgozása I. Rendelkezésre álló adatok Körzetek fogyasztása Betáplálások Tározó vízszintek Félóra részletesség 2013.01.01-2015.12.31 Hibák szűrése Ismétlődések Zérus, negatív értékek Irreális értékek Lipót Adyliget Pesthidegkút Mikes Újpest Árpád Hibás félórák [db] 706 2166 584 1166 274 2721 Hibás félórák [%] 1,34% 4,12% 1,11% 2,22 % 0,52% 5,17% Ismétlődés [db] 123 1220 172 405 192 273 Q=0.00 [db] 0 24 0 19 74 27 Q<0.00 [db] 133 0 39 0 0 785 dq > Qátl*0,70 [db] 471 911 370 727 52 1896 Nem szám [db] 28 28 28 28 28 28 Leghosszabb folytonos hiba [db] 20 122 20 20 31 20 Nyers adat [db] 4nap [db] 7nap [db] Adyliget 52597 31619 26080 Árpád 52597 8059 2689 Lipót 52597 41773 36082 Mikes 52597 36558 31833 Pesthidegkút 52597 40089 33386 Újpest 52597 46531 42564
Előrejelzés készítése I. Paraméterek Félóra sorszáma[-] Hét napja [-] dq_01 [m 3 /óra] dq_02 [m 3 /óra] Tmax [ C] Hcsap [mm] Tmax történeti érték [1-4 nap] Hcsap történeti érték [1-3 nap] Fogyasztás történeti érték [1-3 nap] 4x3x3 = 36 db
Előrejelzés készítése II. ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) Fuzzy Inference System készítése: Subtractive Clustering eljárással Tagsági függvény: gauss görbe 9 Input 1 output Generált Fuzzy rendszer tanítása: Neurális hálózat által (ANFIS) MatLab Futási idő 6-10 óra/rendszer
Előrejelzés hibája I. Félóra fogyasztása Napi fogyasztás
Előrejelzés hibája II. Félóra fogyasztása Napi fogyasztás 30 perc 24 óra RMSE AME Min napi AME min félórás napi AME Adyliget 14,0% 10,7% 5,52% 6,63% (+1,11%) Árpád - - - - Lipot 14,0% 11,7% 3,16% 3,59% (+0,63%) Mikes 19,0% 14,4% 3,68% 4,06% (+0,38%) Pesthidegkút 15,5% 13,7% 3,13% 3,31% (+0,18%) Újpest 7,8% 7,6% 1,22% 1,52% (+0,30%) AME: Álagos Abszolút Hiba RMSE: Négyzetes Középhiba
Előrejelzés hibája III. A félórás hibák időben összegződnek A %-os pontosság üzemoptimalizálás szempontjából félrevezető! Új mutató bevezetése: Fenntartandó tározó térfogat {V FTT }[m 3 ] V FTT = Min(ΣdV) + Max(ΣdV) Mind a tározós, mind a nyomásfokozott/-csökkentett zónákra alkalmazható 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 -400 Q.mert Q.becsult Q.mert-Q.becsult Sum dq +[Y ÉRTÉK] -262,4-500 0:00:00 6:00:00 12:00:00 18:00:00 0:00:00 Mikes zóna - nyár
Meteorológiai adatok A bemutatott számítások egy meteorológiai idősorra történtek Két fogyasztási körzet között 3-5 C különbség is lehet! Pesthidegkút Újpest Budapest területi kiterjedése: OMSZ automata mérők (Tmax) száma: 5db A modell megbízhatósága tovább javulhat részletesebb meteorológiai adatokkal A modellek pontossága azonban nem javult érdemben!
Érzékenység vizsgálat I. Meteorológiai előrejelzés pontatlansága Tmax [ C] H.csap [mm] VFTT újra számítása -5 C.0.+5 C -10mm.0.+10mm Pontfelhőre illesztett egyenes meredeksége X: dtmax[%] Y: dvftt[%] fenntartandó tározó térfogat változása dv FTT [-] dtmax [-]
Érzékenység vizsgálat II. Maximális hőmérséklet (Pesthidegkút) Csapadékmagasság (Pesthidegkút)
Érzékenység vizsgálat III. Maximális hőmérséklet (Pesthidegkut) dv FTT [-] Érzékenység (m=2.5) dtmax [-]
Fogyasztás [m 3 /h] Éjszakai minimum változása I. 45 40 35 30 Csőtörés DN100 2015 feb. Csőtörés DN80 2015 feb. 25 20 15 10 5??????? 0 2012. dec.. 2013. márc.. 2013. jún.. 2013. szept.. 2013. dec.. 2014. márc.. 2014. máj.. 2014. aug.. 2014. nov.. 2015. febr.. 2015. máj.. 2015. aug.. 2015. nov.. Dátum
Éjszakai minimum változása II. Lehetséges okok: DMA leválasztása a zónáról Nyomásfokozott, vagy csökkentett zóna leválasztása Mérési hiba Jelentősen növeli az előrejelzés hibáját Pl.: Mikes zóna Kis fogyasztású zónák esetében fontos
Éjszakai minimum változása III. A kis zónák hibái sem elhanyagolhatók! A hibák egymásra halmozódnak Térben Időben Akár ki is egyenlíthetik egymást! Lipóti, Pesthidegkúti, Adyligeti és Mikes zónák KB Nagykovácsi ú (49) Adyligeti gh. KB Bükkfa u (78) KB Budakeszi út (22) gépház Gépház KB Kő u. (20) Medence (Mikes Központ Pesthidegkút zóna KB Kő u. (20) Gépház (Mikes) KB Kő u. (20) Gépház (Mikes) Zóna KB Kő u. (20) Gépház KB Lipót med. KB Kő u. (20) Medence Központ Lipóti zóna KB Krisztina (79_85) Lipót
Eredmények értékelése Az előrejelzés pontossága függ a felhasználás céljától Üzemoptimalizálás céljából a fenntartandó tározó térfogat célravezetőbb a %-os pontosságnál Az előrejelzés hibái időben egymásra halmozódnak és térben is! Az éjszakai minimum változása torzítja a modellt Az előfeldolgozásra nagyobb hangsúlyt kell fektetni Célfüggvény módosítása gyorsabb tanítás
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki kar Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Köszönöm a megtisztelő figyelmet!