ANALIZA PRZEPŁYWÓW W PRZEWODACH SIECI WODOCIĄGOWEJ ZA POMOCĄ SYSTEMU EKSPERTOWEGO

Projektowanie systemów dystrybucji wymaga przeprowadzenia wielu obliczeń i analiz mających na celu uzyskanie najlepszego rozwiązania. Podstawowym celem obliczeń jest wyznaczenie natężenia przepływu przez przewody oraz określenie strat ciśnienia, wysokości zbiorników, wymaganego ciśnienia na zasilaniu
i ciśnienia w poszczególnych węzłach sieci. Systemy dystrybucji wody są zbudowane ze złożonych, skomplikowanych układów przewodów, w których zachodzą różnorodne przepływy. Niezwykle ważna jest analiza przepływów z punktu widzenia dobranej średnicy, prędkości przepływu, ale również położenia w strukturze układu przewodów. W przypadku gdy pojemność wewnętrzna przewodu ze względu na jego średnicę i długość jest znacznie większa niż wydatek z węzła końcowego oraz przepływ tranzytowy do dalszych przewodów, może wystąpić zjawisko przestoju wody. Zjawisko to może się pojawić w sieciach pierścieniowych oraz w końcówkach sieci. Problemem może być również wzrastający przepływ przez przewody wraz z rozbudową systemu dystrybucji wody, gdy podłączane tereny nie były wcześniej uwzględnione w planie ogólnym wodociągu. Problem rozwiązano jako klasyfikację za pomocą reguł drzewa decyzyjnego. Zdefiniowano jedną klasę QK1 odpowiadającą zakresowi odpowiednich wartości przepływu oraz sześć klas QK2÷QK7 opisujących przyczyny niepoprawnego przepływu. Zaprezentowano proces indukcji drzewa decyzyjnego metodą C4.5 przeznaczonego do oceny przepływów w przewodach wodociągowych. Reguły decyzyjne z uzyskanego drzewa pozwalają dokonać oceny przepływu poprzez wybór jednej z klas. System ekspertowy korzystający z reguł sporządzonych za pomocą indukcji drzewa decyzyjnego może być zastosowany jako dodatkowy moduł programu komputerowego.

Pełny tekst (pdf)

1. Ahmad K., Holmes-Higgin P.R., Hornsby C.P.W., Langdon A.J.: Expert systems for planning and controlling physical networks in the water industry. Knowledge-Based Systems, vol.1, issue 3, 1988, pp.153-165.
2. Beardon C. (ed.): Artificial Intelligence Terminology – A reference guide. John Wiley & Sons, New York 1989.
3. Białko M.: Sztuczna inteligencja i elementy hybrydowych systemów ekspertowych. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 2005.
4. Bubnicki Z.: Wstęp do systemów ekspertowych. PWN, Warszawa 1990.
5. Bunn S., Helms S.: Application of an expert system to control treated water distribution. Proc. of the 26th Annual Water Resources Planning and Management Conference (WRPMD'99), 1999, pp.1-7.
6. Czapczuk A.: System ekspertowy do oceny przepływów i strat ciśnienia w układzie dystrybucji wody, dysertacja. Wydaw. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2013.
7. Changa Ni-Bin, Pongsanonea N.P., Ernestb A.: Comparisons between a rule-based expert system and optimization models for sensor deployment in a small drinking water network. Expert Systems with Applications, vol. 38, issue 8, 2011, pp.10685-10695.
8. Cholewa W., Czogała E.: Podstawy systemów ekspertowych. Prace IBIB PAN, nr 28, Warszawa 1989.
9. Coulbeck B., Ulanicki B., Rance J.P., Deviatkov V.V., Kosov S., Glukhovsky I.: Pressure control of a Moscow water supply system using expert system technology. Proc. of the 35th IEEE Conference on Decision and Control, vol. 4, 1996, pp. 4498-4499.
10. Dawidowicz J.: Indukcja drzewa decyzyjnego przeznaczonego do oceny przebiegu linii ciśnienia w sieci wodociągowej. Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej, Inżynieria Środowiska, z.17, 2006, s. 91-102.
11. Dawidowicz J.: Metody sztucznej inteligencji w diagnostyce wysokości ciśnienia
12. w węzłach oraz układów sieci wodociągowych w procesie obliczeń hydraulicznych, [w:] Inteligentne systemy w inżynierii i ochronie środowiska. PZiTS, Poznań 2007, s. 85-94.
13. Dawidowicz J.: Przykłady oceny układu sieci wodociągowej przy użyciu drzewa decyzyjnego. Mat. XIV Krajowej Konferencji „Komputerowe wspomaganie badań naukowych” (KOWBAN'2007). Wrocławskie Towarzystwo Naukowe, Wrocław 2007, s. 99-104.
14. Dawidowicz J.: System ekspertowy do oceny układu systemu dystrybucji wody sporządzony za pomocą wnioskowania indukcyjnego. Rocznik Ochrona Środowiska, t. 14, Koszalin 2012, s. 650-659.
15. Dawidowicz J.: Zastosowanie systemów ekspertowych i sztucznych sieci neuronowych w projektowaniu i eksploatacji systemów wodociągowych. XV Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Inżynieria środowiska w eksploatacji kompleksów wojskowych”. Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa-Zakopane 2001, s.111-124.
16. Flakiewicz W.: Systemy informacyjne w zarządzaniu. Uwarunkowania, technologie, rodzaje. Wydaw. C.H. Beck, Warszawa 2002.
17. Gabryszewski T.: Wodociągi. Arkady, Warszawa 1983.
18. Kendal S., Creen M.: An introduction to knowledge engineering. Sringer-Verlag, London 2007.
19. Knapik K., Bajer J.: Wodociągi. Podręcznik dla studentów wyższych szkół technicznych. Wydaw. Politechniki Krakowskiej, Kraków 2010.
20. Kubat M., Bratko I., Michalski R.S.: Review of machine learning methods, learning and data mining. John Wiley & Sons, 1998, pp. 3-70.
21. Kulshrestha S.: Expert system for management of water distribution network (WDN). International Journal of Engineering Science and Technology, vol. 2, no.12, 2010, pp.7401-7412.
22. Leon C., Martin S., Luque J., Vazques M.: EXPLORE: Expert system for water networks management. Proc. IEEE of 9th Mediterranean Electrotechnical Conference (MELECON '98), vol.1, 1998, pp.197-201.
23. Michalik K.: DeTreex 4.0 dla Windows 9x/NT/2000. Indukcyjny system pozyskiwania wiedzy. Podręcznik użytkownika. AITECH, Katowice 2003.
24. Mielcarzewicz W.: Obliczanie systemów zaopatrzenia w wodę, wyd. II. Arkady, Warszawa 2000.
25. Mulawka J.J.: Systemy ekspertowe. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1996.
26. Negnevitsky M.: Artificial intelligence: A guide to intelligent systems. Addison-Wesley, 2004.
27. Niederliński A.: Regułowe systemy ekspertowe. Wydaw. Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice 2000.
28. Petrozolin W.: Projektowanie sieci wodociągowych. Arkady, Warszawa 1974.
29. Quinlan J.R.: C 4.5 Program for Machine Learning. Morgan Kaufmann, San
30. Mateo, CA 1993.
31. Quinlan J.R.: Improved use of continuous attributes in C4.5. Journal of Artificial Intelligence Research, vol. 4, 1996, pp.77-90.
32. Rojek I.: A concept of a decision support system with a knowledge acquisition module for the water supply and sewage system of a city, [in:] Studies & Proceedings Polish Association for Knowledge Management, J. Kacprzyk (eds.), vol. 9, Bydgoszcz 2007, pp. 98-104.
33. Rojek I.: Classifier models in intelligent support system for water network management. Polish Journal of Environmental Studies, vol. 17, no. 4C, 2008, pp. 62-66.
34. Rojek I.: Inteligentny system wspomagania decyzji dla sterowania siecią wodociągową. II Krajowa Konferencja Naukowa „Technologie przetwarzania danych”. Wydaw. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2007, s. 186-194.
35. Rojek I.: Projektowanie systemu informatycznego zarządzania miejską siecią wodociągową. Instytut Badań Systemowych, Polska Akademia Nauk, seria Badania Systemowe – Inżynieria Środowiska, t. 57, Warszawa 2007.
36. Shapiro S.C.: Encyclopedia of artificial intelligence, vol. 1. Wiley, New York 1990.
37. Spyridakos Th., Pierakos G., Metaxas V., Logotheti S.: Supporting the management of measurement network with an expert system. The NeMO System, Operational Research, vol. 5, no. 2, 2005, pp. 273-288.
38. Sroczan E.M., Urbaniak A.: Komputerowy system trenowania operatorów stacji uzdatniania wody i oczyszczania ścieków bazujący na sztucznej inteligencji. Mat. V Międzynarodowej Konferencji Zaopatrzenie w Wodę Miast i Wsi. PZiTS, Poznań-Gdańsk 2002, s.1003-1014.
39. Sroczan E.M., Urbaniak A.: Wykorzystanie metod sztucznej inteligencji w monitorowaniu, sterowaniu i eksploatacji systemów zaopatrzenia w wodę i ochrony wód. Mat. VI Międzynarodowej Konferencji Zaopatrzenie w Wodę Miast i Wsi, PZiTS, Poznań 2004, s. 695-704.
40. Stefanowski J.: Algorytmy indukcji reguł decyzyjnych w odkrywaniu wiedzy. Wydaw. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001.
41. Strelau J.: O inteligencji człowieka. Wiedza Powszechna, Warszawa 1987.
42. Turing A.M.: Computing machinery and intelligence, Mind 59, 1950, pp. 433-460.
43. Van Harmelen F., Lifschitz V., Porter B.: Handbook of knowledge representation. Elsevier Science, 2008.
44. Von Neumann J.: The computer and the brain. Yale Univ. Press, New Haven 1958.
45. Zhang H., Luo D.: Application of an expert system using neural network to control the coagulant dosing in water treatment plant. Journal of Control Theory and Applications, vol. 2, 2004, pp. 89-92.
46. Zhu X., Simpson A.R.: An expert system for turbidity control advice in water treatment plant operations. Department of Civil Engineering, The University of Adelaide, 1991.