1,087 research outputs found

    Water Pipeline Leakage Detection Based on Machine Learning and Wireless Sensor Networks

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    The detection of water pipeline leakage is important to ensure that water supply networks can operate safely and conserve water resources. To address the lack of intelligent and the low efficiency of conventional leakage detection methods, this paper designs a leakage detection method based on machine learning and wireless sensor networks (WSNs). The system employs wireless sensors installed on pipelines to collect data and utilizes the 4G network to perform remote data transmission. A leakage triggered networking method is proposed to reduce the wireless sensor network’s energy consumption and prolong the system life cycle effectively. To enhance the precision and intelligence of leakage detection, we propose a leakage identification method that employs the intrinsic mode function, approximate entropy, and principal component analysis to construct a signal feature set and that uses a support vector machine (SVM) as a classifier to perform leakage detection. Simulation analysis and experimental results indicate that the proposed leakage identification method can effectively identify the water pipeline leakage and has lower energy consumption than the networking methods used in conventional wireless sensor networks

    Vibration-Based Discriminant Analysis for Pipeline Leaks Detection

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    Pipelines are useful for transporting liquids from one place to another. The main problem that often occurs in pipelines is leakage which results in production and financial losses. The importance of detecting pipeline leaks makes the industries look for effective detection methods to avoid bigger losses. Several previous studies have proven that the vibration-based method is successful in detecting leaks in pipelines. However, the vibration-based method used in the previous study is relatively complicated and requires specialists to interpret the results. This study proposes a machine learning-based detection method that can classify pipe conditions directly without the help of a specialist. The proposed method is vibration-based discriminant analysis; a machine learning algorithm that recognizes pipeline conditions from their vibration pattern instead of spectrum. The proposed method was tested on a test rig consisting of a closed-loop pipeline equipped with a leak-pipe test segment. The vibration signal is taken using an accelerometer placed on the leak-pipe test segment. Time domain vibration data is extracted using several statistical parameters which aims to reveal information related to pipe conditions. The vibration data collected is divided into two groups, namely training-data and testing-data. The discriminant analysis model is trained to recognize the vibration pattern of the pipeline using training-data and then tested using testing-data. There are four leak sizes introduced in this study, small, medium, and large. Meanwhile, normal condition (no leaks) is used as benchmarking. The study shows that the proposed method is effective in classifying four pipe conditions with the accuracy up to 95%

    Development of non-invasive monitoring approach to diagnose leaks in liquid pipelines

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    This paper presents a novel non-invasive monitoring method, based on a Liénard-type model (LTM) to diagnose single and sequential leaks in liquid pipelines. The LTM describes the fluid behavior in a pipeline and is given only in terms of the flow rate. Our method was conceived to be applied in pipelines mono-instrumented with flowmeters or in conjunction with pressure sensors that are temporarily unavailable. The approach conception starts with the discretization of the LTM spatial domain into a prescribed number of sections. Such discretization is performed to obtain a lumped model capable of providing a solution (an internal flow rate) for every section. From this lumped model, a set of algebraic equations (known as residuals) are deduced as the difference between the internal discrete flows and the nominal flow (the mean of the flow rate calculated before the leak). Once the residuals are calculated a principal component analysis (PCA) is carried out to detect a leak occurrence. In the presence of a leak, the residual closest to zero will indicate the section where a leak is occurring. Some simulation-based tests in PipelineStudio® and experimental tests in a lab-pipeline illustrating the suitability of our method are shown at the end of this article

    Water Pipeline Leakage Detection Based on Machine Learning and Wireless Sensor Networks

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    The detection of water pipeline leakage is important to ensure that water supply networks can operate safely and conserve water resources. To address the lack of intelligent and the low efficiency of conventional leakage detection methods, this paper designs a leakage detection method based on machine learning and wireless sensor networks (WSNs). The system employs wireless sensors installed on pipelines to collect data and utilizes the 4G network to perform remote data transmission. A leakage triggered networking method is proposed to reduce the wireless sensor network’s energy consumption and prolong the system life cycle effectively. To enhance the precision and intelligence of leakage detection, we propose a leakage identification method that employs the intrinsic mode function, approximate entropy, and principal component analysis to construct a signal feature set and that uses a support vector machine (SVM) as a classifier to perform leakage detection. Simulation analysis and experimental results indicate that the proposed leakage identification method can effectively identify the water pipeline leakage and has lower energy consumption than the networking methods used in conventional wireless sensor networks

    An Enigmatic Pointlike Feature within the HD 169142 Transitional Disk

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    We report the detection of a faint pointlike feature possibly related to ongoing planet-formation in the disk of the transition disk star HD 169142. The pointlike feature has a Δ\Deltamag(L)∼\sim6.4, at a separation of ∼\sim0.11" and PA∼\sim0∘^{\circ}. Given its lack of an H or KS_{S} counterpart despite its relative brightness, this candidate cannot be explained by purely photospheric emission and must be a disk feature heated by an as yet unknown source. Its extremely red colors make it highly unlikely to be a background object, but future multi-wavelength followup is necessary for confirmation and characterization of this feature.Comment: Accepted to ApJ Letters, see also Reggiani et al. 201

    Liquid Transport Pipeline Monitoring Architecture Based on State Estimators for Leak Detection and Location

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    This research presents the implementation of optimization algorithms to build auxiliary signals that can be injected as inputs into a pipeline in order to estimate —by using state observers—physical parameters such as the friction or the velocity of sound in the fluid. For the state estimator design, the parameters to be estimated are incorporated into the state vector of a Liénard-type model of a pipeline such that the observer is constructed from the augmented model. A prescribed observability degree of the augmented model is guaranteed by optimization algorithms by building an optimal input for the identification. The minimization of the input energy is used to define the optimality of the input, whereas the observability Gramian is used to verify the observability. Besides optimization algorithms, a novel method, based on a Liénard-type model, to diagnose single and sequential leaks in pipelines is proposed. In this case, the Liénard-type model that describes the fluid behavior in a pipeline is given only in terms of the flow rate. This method was conceived to be applied in pipelines solely instrumented with flowmeters or in conjunction with pressure sensors that are temporarily out of service. The design approach starts with the discretization of the Liénard-type model spatial domain into a prescribed number of sections. Such discretization is performed to obtain a lumped model capable of providing a solution (an internal flow rate) for every section. From this lumped model, a set of algebraic equations (known as residuals) are deduced as the difference between the internal discrete flows and the nominal flow (the mean of the flow rate calculated prior to the leak). The residual closest to zero will indicate the section where a leak is occurring. The main contribution of our method is that it only requires flow measurements at the pipeline ends, which leads to cost reductions. Some simulation-based tes

    Identification and Removal of Noise Modes in Kepler Photometry

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    We present the Transiting Exoearth Robust Reduction Algorithm (TERRA) --- a novel framework for identifying and removing instrumental noise in Kepler photometry. We identify instrumental noise modes by finding common trends in a large ensemble of light curves drawn from the entire Kepler field of view. Strategically, these noise modes can be optimized to reveal transits having a specified range of timescales. For Kepler target stars of low photometric noise, TERRA produces ensemble-calibrated photometry having 33 ppm RMS scatter in 12-hour bins, rendering individual transits of earth-size planets around sun-like stars detectable as ~3 sigma signals.Comment: 18 pages, 7 figures, submitted to PAS

    Optimal Emergency Shutdown Valve Configuration for Pressurised Pipelines

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    Pressurised pipelines are the primary mode of choice for transporting large quantities of hazardous fluids across the globe. The failure of such pipelines can lead to the release of significant amounts of flammable or toxic inventories, which may in turn present significant risks to life, environment and property. In order to mitigate such risks, various types of emergency shutdown valves (ESDVs), including Check Valves (CVs), Automatic Shut-off Valves (ASVs) and Remote Control Valves (RCVs), are installed along such pipelines as the front-line emergency mitigation tool. Accounting for the critically important ensuing in-pipe transient fluid flow, this thesis presents the development and application of a multi-objective optimisation study for selecting the ESDV type, number and spacing as well as its combinations and operational settings for striking a balance between the minimum valve capital cost against the efficacy in minimising and ultimately isolating outflow following pipeline failures. Two types of pipeline failures, including Full Bore Rupture (FBR) and puncture are considered. Ethylene and natural gas (typical flammable and explosive hydrocarbons) as well as Carbon Dioxide (CO2) are chosen as the transported fluids. CO2 is selected given its hazardous nature (an asphyxiant at > 7% v/v) and the extensive use of pressurised pipelines being proposed as the main method for transporting large quantities of captured CO2 for permanent geological storage as part of the Carbon Capture and Storage chain. The pipeline decompression model employed is based on the Homogeneous Equilibrium Mixture assumption, where the constituent fluid phases are assumed to be at both thermodynamic and mechanical equilibrium. The Peng-Robinson Equation of State along with relevant hydrodynamic and thermodynamic relations are employed to determine the required fluid thermophysical properties and phase equilibrium data. The impact of the valve closure on the in-pipe fluid flow dynamics is accounted for through the implementation of appropriate boundary conditions. The resulting system of conservation equations is solved numerically using the Method of Characteristics. The first part of the study focuses on the investigation of ESDV dynamic response and characteristics on the fluid behaviour following the accidental failure of a hypothetical nevertheless realistic ethylene pipeline. This is divided into two parts: in the first, the results based on the simulation of the pressure surges upon CV closure are presented for a wide practical range of ethylene pipeline operating pressures and temperatures. It is found that for high operating pressures (over 90 bar), pressure surges upon CV closure can lead to a large thrust or bending forces acting on the pipeline segments, potentially damaging the pipeline in the event of exceeding the maximum safe design operating pressure. In the second part, the impact of ASV and RCV activation pressure is assessed by determining the amount of escaped inventory prior to complete isolation in the event of pipeline FBR and different generic sizes of puncture failures. The results show that for FBR and relatively large puncture failures (> 50 % pipe i.d.), decreasing valve activation pressure results in an insignificant reduction in the total inventory loss prior to valve closure. In the case of small puncture diameter failures (less than 5 % pipe i.d.), ASV may not be self-activated given the relatively small pressure drop across the valve throughout the decompression process. The above is followed by the analysis of the efficacy of ESDVs using different inline valve combinations and spacings by performing two sets of investigations. The first includes the simulations of fluid flow behaviour upon valve closure using a hypothetical CO2 pipeline puncture decompression scenario. Different valve spacings and combinations of inline RCVs and CVs are investigated, and the results are presented and discussed in terms of the release pressure and temperature, the discharge mass flowrate and, more importantly, the total mass released, as a function of time during decompression. Next, based on the FBR failure of a high-pressure ethylene pipeline, the efficacy of CVs, RCVs and ASVs and their combinations for the emergency isolation is investigated by comparing the amount of escaped inventory prior to complete valve closure. Building on the above work, the study culminates in optimising inline ESDV configuration by developing a multi-objective optimisation method combined with Principal Component Analysis and applying it to a real, 1016 mm i.d., 150.2 km long natural gas transmission pipeline in China operating at 80 bar and 307.24 K. Starting with defining a set of 6 characteristic variables for ESDV settings, PCA is first employed in order to reduce the number of variables to 3, whilst retaining good agreement for the problem solution and emphasis on computational simplification. Next, a description of the optimisation problem is performed, detailing the objective functions used, including valve capital cost, and the various parameter realistic values assumed. The results of the multi-objective optimisation are presented using scatter plots providing a geometrical visualisation of the Pareto Front and Set. Such results serve as a highly informative tool in assisting pipeline operators in selecting the optimal inline ESDV configurations for pressurised pipelines

    Robust leak localization in water distribution networks using machine learning techniques

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    This PhD thesis presents a methodology to detect, estimate and localize water leaks (with the main focus in the localization problem) in water distribution networks using hydraulic models and machine learning techniques. The actual state of the art is introduced, the theoretical basis of the machine learning techniques applied are explained and the hydraulic model is also detailed. The whole methodology is presented and tested into different water distribution networks and district metered areas based on simulated and real case studies and compared with published methods. The focus of the contributions is to bring more robust methods against the uncertainties that effects the problem of leak detection, by dealing with them using the self-similarity to create features monitored by the change detection technique intersection-of-confidence-interval, and the leak localization where the problem is tackled using machine learning techniques. By using those techniques, it is expected to learn the leak behavior considering their uncertainty to be used in the diagnosis stage after the training phase. One method for the leak detection problem is presented that is able to estimate the leak size and the time that the leak has been produced. This method captures the normal, leak-free, behavior and contrast it with the new measurements in order to evaluate the state of the network. If the behavior is not normal check if it is due to a leak. To have a more robust leak detection method, a specific validation is designed to operate specifically with leaks and in the temporal region where the leak is most apparent. A methodology to extent the current model-based approach to localize water leaks by means of classifiers is proposed where the non-parametric k-nearest neighbors classifier and the parametric multi-class Bayesian classifier are proposed. A new data-driven approach to localize leaks using a multivariate regression technique without the use of hydraulic models is also introduced. This method presents a clear benefit over the model-based technique by removing the need of the hydraulic model despite of the topological information is still required. Also, the information of the expected leaks is not required since information of the expected hydraulic behavior with leak is exploited to find the place where the leak is more suitable. This method has a good performance in practice, but is very sensitive to the number of sensor in the network and their sensor placement. The proposed sensor placement techniques reduce the computational load required to take into account the amount of data needed to model the uncertainty compared with other optimization approaches while are designed to work with the leak localization problem. More precisely, the proposed hybrid feature selection technique for sensor placement is able to work with any method that can be evaluated with confusion matrix and still being specialized for the leak localization task. This last method is good for a few sensors, but lacks of precision when the number of sensors to place is large. To overcome this problem an incremental sensor placement is proposed which is better for a larger number of sensors to place but worse when the number is small.Aquesta tesi presenta una nova metodologia per a localització de fuites en xarxes de distribució d'aigua potable. Primer s'ha revisat l'estat del art actual i les bases teòriques tant de les tècniques de machine learning utilitzades al llarg de la tesi com els mètodes existents de localització de fuites. La metodologia presentada s'ha provat en diferents xarxes d'aigua simulades i reals, comparant el resultats amb altres mètodes publicats. L'objectiu principal de la contribució aportada és el de desenvolupar mètodes més robustos enfront les incerteses que afecten a la localització de fuites. En el cas de la detecció i estimació de la magnitud de la fuita, s'utilitza la tècnica self-similarity per crear els indicadors es monitoritzen amb la tècnica de detecció de canvis ("intersection-of-confidence-intervals"). En el cas de la localització de les fuites, s'han fet servir les tècniques de classificadors i interpoladors provinents del machine learning. A l'utilitzar aquestes tècniques s'espera captar el comportament de la fuita i de la incertesa per aprendre i tenir-ho en compte en la fase de la localització de la fuita. El mètode de la detecció de fallades proposat és capaç d'estimar la magnitud de la fuita i l'instant en que s'ha produït. Aquest mètode captura el comportament normal, sense fuita, i el contrasta amb les noves mesures per avaluar l'estat de la xarxa. En el cas que el comportament no sigui el normal, es procedeix a comprovar si això és degut a una fuita. Per tenir una mètode de detecció més robust, es fa servir una capa de validació especialment dissenyada per treballar específicament amb fuites i en la regió temporal en que la fuita és més evident. Per tal de millorar l'actual metodologia de localització de fuites mitjançant models hidràulics s'ha proposat l'ús de classificadors. Per una banda es proposa el classificador no paramètric k-nearest neighbors i per l'altre banda el classificador Bayesià paramètric per múltiples classes. Finalment, s'ha desenvolupat un nou mètode de localització de fuites basat en models de dades mitjançant la regressió de múltiples paràmetres sense l'ús del model hidràulic de la xarxa. Finalment, s'ha tractat el problema de la col·locació de sensors. El rendiment de la localització de fuites està relacionada amb la col·locació de sensors i és particular per a cada mètode de localització. Amb l'objectiu de maximitzar el rendiment dels mètodes de localització de fuites presentats anteriorment, es presenten i avaluen tècniques de col·locació de sensors específicament dissenyats ja que el problema de combinatòria no es pot manejar intentant cada possible combinació de sensors a part de les xarxes més petites amb pocs sensors per instal·lar. Aquestes tècniques de col·locació de sensors exploten el potencial de les tècniques de selecció de variables per tal de realitzar la tasca desitjada.Esta tesis doctoral presenta una nueva metodología para detectar, estimar el tamaño y localizar fugas de agua (donde el foco principal está puesto en el problema de la localización de fugas) en redes de distribución de agua potable. La tesis presenta una revisión del estado actual y las bases de las técnicas de machine learning que se aplican, así como una explicación del modelo hidráulico de las redes de agua. El conjunto de la metodología se presenta y prueba en diferentes redes de distribución de agua y sectores de consumo con casos de estudio simulados y reales, y se compara con otros métodos ya publicados. La contribución principal es la de desarrollar métodos más robustos frente a la incertidumbre de los datos. En la detección de fugas, la incertidumbre se trata con la técnica del self-similarity para la generación de indicadores que luego son monitoreados per la técnica de detección de cambios conocida como intersection-of-confidece-interval. En la localización de fugas el problema de la incertidumbre se trata con técnicas de machine learning. Al utilizar estas técnicas se espera aprender el comportamiento de la fuga y su incertidumbre asociada para tenerlo en cuenta en la fase de diagnóstico. El método presentado para la detección de fugas tiene la habilidad de estimar la magnitud y el instante en que la fuga se ha producido. Este método captura el comportamiento normal, sin fugas, del sistema y lo contrasta con las nuevas medidas para evaluar el estado actual de la red. En el caso de que el comportamiento no sea el normal, se comprueba si es debido a la presencia de una fuga en el sistema. Para obtener un método de detección más robusto, se considera una capa de validación especialmente diseñada para trabajar específicamente con fugas y durante el periodo temporal donde la fuga es más evidente. Esta técnica se compara con otras ya publicadas proporcionando una detección más fiable, especialmente en el caso de fugas pequeñas, al mismo tiempo que proporciona más información que puede ser usada en la fase de la localización de la fuga permitiendo mejorarla. El principal problema es que el método es más lento que los otros métodos analizados. Con el fin de mejorar la actual metodología de localización de fugas mediante modelos hidráulicos, se propone la utilización de clasificadores. Concretamente, se propone el clasificador no paramétrico k-nearest neighbors y el clasificador Bayesiano paramétrico para múltiples clases. La propuesta de localización de fugas mediante modelos hidráulicos y clasificadores permite gestionar la incertidumbre de los datos mejor para obtener un diagnóstico de la localización de la fuga más preciso. El principal inconveniente recae en el coste computacional, aunque no se realiza en tiempo real, de los datos necesarios por el clasificador para aprender correctamente la dispersión de los datos. Además, el método es muy dependiente de la calidad del modelo hidráulico de la red. En el campo de la localización de fugas, se a propuesto un nuevo método de localización de fugas basado en modelos de datos mediante la regresión de múltiples parámetros sin el uso de modelo hidráulico. Este método presenta un claro beneficio respecto a las técnicas basadas en modelos hidráulicos ya que prescinde de su uso, aunque la información topológica de la red es aún necesaria. Además, la información del comportamiento de la red para cada fuga no es necesario, ya que el conocimiento del efecto hidráulico de una fuga en un determinado punto de la red es utilizado para la localización. Este método ha dado muy buenos resultados en la práctica, aunque es muy sensible al número de sensores y a su colocación en la red. Finalmente, se trata el problema de la colocación de sensores. El desempeño de la localización de fugas está ligado a la colocación de los sensores y es particular para cada método. Con el objetivo de maximizar el desempeño de los métodos de localización de fugas presentados, técnicas de colocación de sensores específicamente diseñados para ellos se han presentado y evaluado. Dado que el problema de combinatoria que presenta no puede ser tratado analizando todas las posibles combinaciones de sensores excepto en las redes más pequeñas con unos pocos sensores para instalar. Estas técnicas de colocación de sensores explotan el potencial de las técnicas de selección de variables para realizar la tarea deseada. Las técnicas de colocación de sensores propuestas reducen la carga computacional, requerida para tener en cuenta todos los datos necesarios para modelar bien la incertidumbre, comparado con otras propuestas de optimización al mismo tiempo que están diseñadas para trabajar en la tarea de la localización de fugas. Más concretamente, la propuesta basada en la técnica híbrida de selección de variables para la colocación de sensores es capaz de trabajar con cualquier técnica de localización de fugas que se pueda evaluar con la matriz de confusión y ser a la vez óptimo. Este método es muy bueno para la colocación de sensores, pero el rendimiento disminuye a medida que el número de sensores a colocar crece. Para evitar este problema, se propone método de colocación de sensores de forma incremental que presenta un mejor rendimiento para un número alto de sensores a colocar, aunque no es tan eficaz con pocos sensores a colocar

    Robust leak localization in water distribution networks using machine learning techniques

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    Aplicat embargament des de la data de lectura fins el 20 de desembre de 2019This PhD thesis presents a methodology to detect, estimate and localize water leaks (with the main focus in the localization problem) in water distribution networks using hydraulic models and machine learning techniques. The actual state of the art is introduced, the theoretical basis of the machine learning techniques applied are explained and the hydraulic model is also detailed. The whole methodology is presented and tested into different water distribution networks and district metered areas based on simulated and real case studies and compared with published methods. The focus of the contributions is to bring more robust methods against the uncertainties that effects the problem of leak detection, by dealing with them using the self-similarity to create features monitored by the change detection technique intersection-of-confidence-interval, and the leak localization where the problem is tackled using machine learning techniques. By using those techniques, it is expected to learn the leak behavior considering their uncertainty to be used in the diagnosis stage after the training phase. One method for the leak detection problem is presented that is able to estimate the leak size and the time that the leak has been produced. This method captures the normal, leak-free, behavior and contrast it with the new measurements in order to evaluate the state of the network. If the behavior is not normal check if it is due to a leak. To have a more robust leak detection method, a specific validation is designed to operate specifically with leaks and in the temporal region where the leak is most apparent. A methodology to extent the current model-based approach to localize water leaks by means of classifiers is proposed where the non-parametric k-nearest neighbors classifier and the parametric multi-class Bayesian classifier are proposed. A new data-driven approach to localize leaks using a multivariate regression technique without the use of hydraulic models is also introduced. This method presents a clear benefit over the model-based technique by removing the need of the hydraulic model despite of the topological information is still required. Also, the information of the expected leaks is not required since information of the expected hydraulic behavior with leak is exploited to find the place where the leak is more suitable. This method has a good performance in practice, but is very sensitive to the number of sensor in the network and their sensor placement. The proposed sensor placement techniques reduce the computational load required to take into account the amount of data needed to model the uncertainty compared with other optimization approaches while are designed to work with the leak localization problem. More precisely, the proposed hybrid feature selection technique for sensor placement is able to work with any method that can be evaluated with confusion matrix and still being specialized for the leak localization task. This last method is good for a few sensors, but lacks of precision when the number of sensors to place is large. To overcome this problem an incremental sensor placement is proposed which is better for a larger number of sensors to place but worse when the number is small.Aquesta tesi presenta una nova metodologia per a localització de fuites en xarxes de distribució d'aigua potable. Primer s'ha revisat l'estat del art actual i les bases teòriques tant de les tècniques de machine learning utilitzades al llarg de la tesi com els mètodes existents de localització de fuites. La metodologia presentada s'ha provat en diferents xarxes d'aigua simulades i reals, comparant el resultats amb altres mètodes publicats. L'objectiu principal de la contribució aportada és el de desenvolupar mètodes més robustos enfront les incerteses que afecten a la localització de fuites. En el cas de la detecció i estimació de la magnitud de la fuita, s'utilitza la tècnica self-similarity per crear els indicadors es monitoritzen amb la tècnica de detecció de canvis ("intersection-of-confidence-intervals"). En el cas de la localització de les fuites, s'han fet servir les tècniques de classificadors i interpoladors provinents del machine learning. A l'utilitzar aquestes tècniques s'espera captar el comportament de la fuita i de la incertesa per aprendre i tenir-ho en compte en la fase de la localització de la fuita. El mètode de la detecció de fallades proposat és capaç d'estimar la magnitud de la fuita i l'instant en que s'ha produït. Aquest mètode captura el comportament normal, sense fuita, i el contrasta amb les noves mesures per avaluar l'estat de la xarxa. En el cas que el comportament no sigui el normal, es procedeix a comprovar si això és degut a una fuita. Per tenir una mètode de detecció més robust, es fa servir una capa de validació especialment dissenyada per treballar específicament amb fuites i en la regió temporal en que la fuita és més evident. Per tal de millorar l'actual metodologia de localització de fuites mitjançant models hidràulics s'ha proposat l'ús de classificadors. Per una banda es proposa el classificador no paramètric k-nearest neighbors i per l'altre banda el classificador Bayesià paramètric per múltiples classes. Finalment, s'ha desenvolupat un nou mètode de localització de fuites basat en models de dades mitjançant la regressió de múltiples paràmetres sense l'ús del model hidràulic de la xarxa. Finalment, s'ha tractat el problema de la col·locació de sensors. El rendiment de la localització de fuites està relacionada amb la col·locació de sensors i és particular per a cada mètode de localització. Amb l'objectiu de maximitzar el rendiment dels mètodes de localització de fuites presentats anteriorment, es presenten i avaluen tècniques de col·locació de sensors específicament dissenyats ja que el problema de combinatòria no es pot manejar intentant cada possible combinació de sensors a part de les xarxes més petites amb pocs sensors per instal·lar. Aquestes tècniques de col·locació de sensors exploten el potencial de les tècniques de selecció de variables per tal de realitzar la tasca desitjada.Esta tesis doctoral presenta una nueva metodología para detectar, estimar el tamaño y localizar fugas de agua (donde el foco principal está puesto en el problema de la localización de fugas) en redes de distribución de agua potable. La tesis presenta una revisión del estado actual y las bases de las técnicas de machine learning que se aplican, así como una explicación del modelo hidráulico de las redes de agua. El conjunto de la metodología se presenta y prueba en diferentes redes de distribución de agua y sectores de consumo con casos de estudio simulados y reales, y se compara con otros métodos ya publicados. La contribución principal es la de desarrollar métodos más robustos frente a la incertidumbre de los datos. En la detección de fugas, la incertidumbre se trata con la técnica del self-similarity para la generación de indicadores que luego son monitoreados per la técnica de detección de cambios conocida como intersection-of-confidece-interval. En la localización de fugas el problema de la incertidumbre se trata con técnicas de machine learning. Al utilizar estas técnicas se espera aprender el comportamiento de la fuga y su incertidumbre asociada para tenerlo en cuenta en la fase de diagnóstico. El método presentado para la detección de fugas tiene la habilidad de estimar la magnitud y el instante en que la fuga se ha producido. Este método captura el comportamiento normal, sin fugas, del sistema y lo contrasta con las nuevas medidas para evaluar el estado actual de la red. En el caso de que el comportamiento no sea el normal, se comprueba si es debido a la presencia de una fuga en el sistema. Para obtener un método de detección más robusto, se considera una capa de validación especialmente diseñada para trabajar específicamente con fugas y durante el periodo temporal donde la fuga es más evidente. Esta técnica se compara con otras ya publicadas proporcionando una detección más fiable, especialmente en el caso de fugas pequeñas, al mismo tiempo que proporciona más información que puede ser usada en la fase de la localización de la fuga permitiendo mejorarla. El principal problema es que el método es más lento que los otros métodos analizados. Con el fin de mejorar la actual metodología de localización de fugas mediante modelos hidráulicos, se propone la utilización de clasificadores. Concretamente, se propone el clasificador no paramétrico k-nearest neighbors y el clasificador Bayesiano paramétrico para múltiples clases. La propuesta de localización de fugas mediante modelos hidráulicos y clasificadores permite gestionar la incertidumbre de los datos mejor para obtener un diagnóstico de la localización de la fuga más preciso. El principal inconveniente recae en el coste computacional, aunque no se realiza en tiempo real, de los datos necesarios por el clasificador para aprender correctamente la dispersión de los datos. Además, el método es muy dependiente de la calidad del modelo hidráulico de la red. En el campo de la localización de fugas, se a propuesto un nuevo método de localización de fugas basado en modelos de datos mediante la regresión de múltiples parámetros sin el uso de modelo hidráulico. Este método presenta un claro beneficio respecto a las técnicas basadas en modelos hidráulicos ya que prescinde de su uso, aunque la información topológica de la red es aún necesaria. Además, la información del comportamiento de la red para cada fuga no es necesario, ya que el conocimiento del efecto hidráulico de una fuga en un determinado punto de la red es utilizado para la localización. Este método ha dado muy buenos resultados en la práctica, aunque es muy sensible al número de sensores y a su colocación en la red. Finalmente, se trata el problema de la colocación de sensores. El desempeño de la localización de fugas está ligado a la colocación de los sensores y es particular para cada método. Con el objetivo de maximizar el desempeño de los métodos de localización de fugas presentados, técnicas de colocación de sensores específicamente diseñados para ellos se han presentado y evaluado. Dado que el problema de combinatoria que presenta no puede ser tratado analizando todas las posibles combinaciones de sensores excepto en las redes más pequeñas con unos pocos sensores para instalar. Estas técnicas de colocación de sensores explotan el potencial de las técnicas de selección de variables para realizar la tarea deseada. Las técnicas de colocación de sensores propuestas reducen la carga computacional, requerida para tener en cuenta todos los datos necesarios para modelar bien la incertidumbre, comparado con otras propuestas de optimización al mismo tiempo que están diseñadas para trabajar en la tarea de la localización de fugas. Más concretamente, la propuesta basada en la técnica híbrida de selección de variables para la colocación de sensores es capaz de trabajar con cualquier técnica de localización de fugas que se pueda evaluar con la matriz de confusión y ser a la vez óptimo. Este método es muy bueno para la colocación de sensores, pero el rendimiento disminuye a medida que el número de sensores a colocar crece. Para evitar este problema, se propone método de colocación de sensores de forma incremental que presenta un mejor rendimiento para un número alto de sensores a colocar, aunque no es tan eficaz con pocos sensores a colocar.Postprint (published version
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