Παρακολούθηση λειτουργίας και ανίχνευση δυσλειτουργιών σε δίκτυα ύδρευσης με χρήση πιθανοτικών μεθόδων
| datacite.contributor.RelatedPerson | Δήμας, Αθανάσιος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Φουρνιώτης, Νικόλαος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Παππάς, Χριστόφορος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Δημακόπουλος, Άγγελος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Αναγνώστου, Μάριος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Εμμανουήλ, Στέργιος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Λαγγούσης, Ανδρέας | |
| dc.contributor.author | Περδίος, Αναστάσιος | |
| dc.contributor.other | Perdios, Anastasios | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-19T07:15:14Z | |
| dc.date.available | 2025-06-19T07:15:14Z | |
| dc.date.issued | 2025-06-06 | |
| dc.degree | doctoralThesis | |
| dc.description.abstract | Στη παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύχθηκε μεθοδολογικό πλαίσιο, βασιζόμενο σε πιθανοτικές μεθόδους, το οποίο χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση του επίπεδου λειτουργίας τόσο των επιμέρους εγκαταστάσεων του δικτύου προσαγωγής (εξωτερικού υδραγωγείου) του Δήμου Πατρέων, όσο και των μειωτών πίεσης (PRVs) στις εισόδους των επιμέρους ζωνών του δικτύου διανομής (εσωτερικού υδραγωγείου) του Δήμου. Συνολικά αναπτύχθηκαν 9 αλγόριθμοι, η εφαρμογή των οποίων καθιστά εφικτή την αποτίμηση του επιπέδου λειτουργίας των υποδομών του δικτύου και την έκδοση ειδοποιήσεων για πιθανές δυσλειτουργίες (alerts), μέσω στατιστικής ανάλυσης της συλλεγόμενης πληροφορίας. Η τελευταία αφορά ενδεδειγμένες παραμέτρους λειτουργίας των επιμέρους εγκαταστάσεων (δηλ. υδρευτικές γεωτρήσεις, αντλιοστάσια, δεξαμενές/πιεζοθραυστικά φρεάτια, και αγωγοί προσαγωγής). Ειδικότερα, το σύνολο των 9 αλγόριθμων περιλαμβάνει: -1 αλγόριθμο για τον έλεγχο πληρότητας και αποκατάστασης συνέχειας χρονοσειρών. -2 αλγόριθμους για τον υπολογισμό του συντελεστή απόδοσης υδρευτικών γεωτρήσεων και αντλιοστασίων. -2 αλγόριθμους για τον υπολογισμό της παροχής διαρροών σε αγωγούς προσαγωγής και δεξαμενές. -2 αλγόριθμους για την ανίχνευση απότομων και σταδιακών αλλαγών στις εκτιμώμενες χρονοσειρές των λειτουργικών παραμέτρων των εγκαταστάσεων ενδιαφέροντος. -2 αλγόριθμους για την ανίχνευση και την κατηγοριοποίηση των δυσλειτουργιών σε μειωτές πίεσης (PRV). Mέσω του αλγόριθμου ελέγχου πληρότητας και αποκατάστασης συνέχειας χρονοσειρών επιτυγχάνεται η επίλυση ζητημάτων που αφορούν στην πρωτογενή πληροφορία, όπως ελλειπούσες τιμές, διπλοεγγραφές (για την ίδια χρονική στιγμή), και η ύπαρξη αρνητικών ή/και μηδενικών τιμών στις χρονοσειρές των παραμέτρων λειτουργίας των επιμέρους εγκαταστάσεων. Οι δυο αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν για τον υπολογισμό του συντελεστή απόδοσης των υδρευτικών γεωτρήσεων και των αντλιοστασίων, επιτρέπουν την αποτίμηση της υφιστάμενης κατάστασης των αντλητικών συστημάτων των συγκεκριμένων εγκαταστάσεων και την παρακολούθηση του επιπέδου λειτουργίας του μετρητικού εξοπλισμού. Επιπροσθέτως, με την εφαρμογή των αλγόριθμων εκτίμησης απωλειών σε δεξαμενές/πιεζοθραυστικά φρεάτια και αγωγούς προσαγωγής, καθίσταται δυνατή η ανίχνευση απωλειών νερού και ο εντοπισμός ζητημάτων βαθμονόμησης των μετρητικών διατάξεων. Στο πλαίσιο της σφαιρικότερης αποτίμησης του πραγματικού επιπέδου λειτουργίας των εγκαταστάσεων και με γνώμονα την αποφυγή εσφαλμένων ειδοποιήσεων (alerts) από δυσλειτουργίες του μετρητικού εξοπλισμού, αναπτύχθηκαν δυο αλγόριθμοι, οι οποίοι μέσω κατάλληλων στατιστικών ελέγχων επιτρέπουν την ανίχνευση απότομων και σταδιακών μεταβολών στις χρονοσειρές των λειτουργικών παραμέτρων (δηλ. χρονοσειρές συντελεστών απόδοσης και παροχών απωλειών ύδατος, βλέπε παραπάνω) των υπό παρακολούθηση εγκαταστάσεων. Όσον αφορά στους μειωτές πίεσης (PRVs), αναπτύχθηκαν δυο αλγόριθμοι βασιζόμενοι σε πιθανοτικές μεθόδους, μέσω των οποίων επιτυγχάνεται ο εντοπισμός σοβαρών δυσλειτουργιών και η κατηγοριοποίηση αυτών, ώστε να καθίσταται εφικτή η αναγνώριση των αιτιών που προξενούν τις παρατηρούμενες δυσλειτουργίες. Η πλειονότητα των αλγόριθμων ενσωματώθηκε στην επιχειρησιακή πλατφόρμα «PerManeNt», η οποία υλοποιήθηκε στο πλαίσιο της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ – ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ και συγχρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης (ΕΤΠΑ) της Ευρωπαϊκής Ένωσης και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ) (κωδικός έργου: T2ΕΔΚ-04177). Αντικείμενο του έργου αποτέλεσε η παρακολούθηση της λειτουργίας, ο επιχειρησιακός έλεγχος, και η αειφόρος ενεργειακή διαχείριση δικτύων ύδρευσης, μέσω αναπτύξεως ολοκληρωμένης πλατφόρμας ευφυών εφαρμογών, η οποία εφαρμόζεται σε επιμέρους τμήματα/εγκαταστάσεις του δικτύου προσαγωγής της Πάτρας με Διαχειριστή την Δημοτική Επιχείρηση Ύδρευσης και Αποχέτευσης Πάτρας (ΔΕΥΑΠ). Η εφαρμογή των προαναφερθέντων αλγόριθμων σε πραγματικά δεδομένα πιστοποίησε εμπράκτως την αποτελεσματικότητα και την ακρίβεια αυτών, καθώς στο σύνολο των περιπτώσεων αποτυπώθηκε επιτυχώς το επίπεδο λειτουργίας της εκάστοτε εγκατάστασης και του μετρητικού εξοπλισμού, ενώ σε συγκεκριμένες περιπτώσεις εντοπίστηκαν δυσλειτουργίες των οποίων η μετέπειτα επιδιόρθωση απέφερε σημαντικά οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Ειδικότερα, εντοπίστηκαν μειωμένες τιμές στους συντελεστές απόδοσης υδρευτικής γεώτρησης και αντλιοστασίου, μέσω των οποίων ποσοτικοποιήθηκε το χαμηλό επίπεδο λειτουργίας των ανωτέρω υποδομών, το οποίο συνεπάγεται αυξημένο λειτουργικό κόστος. Επίσης, στο κομμάτι των δεξαμενών και των αγωγών προσαγωγής διαπιστώθηκαν ζητήματα βαθμονόμησης των μετρητικών διατάξεων και ανιχνεύθηκαν σημαντικές απώλειες νερού, οι οποίες μεγεθύνουν το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του δικτύου προσαγωγής. Επιπλέον, μέσω της εφαρμογής του αλγόριθμου εντοπισμού δυσλειτουργιών σε μειωτές πίεσης, ανιχνεύθηκαν επιτυχώς σοβαρές δυσλειτουργίες του μειωτή πίεσης σε υφιστάμενη ζώνη διαχείρισης πίεσης του δικτύου διανομής, τουλάχιστον 2 ημέρες νωρίτερα από την ημερομηνία επισκευής της βλάβης. | |
| dc.description.sponsorship | Η παρούσα διδακτορική διατριβή υλοποιήθηκε με την οικονομική υποστήριξη της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ - ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ και συγχρηματοδοτήθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ) (κωδικός έργου Τ2ΕΔΚ-04177) | |
| dc.description.translatedabstract | We develop a probabilistic framework to monitor the operational level of the water supply infrastructure of the Municipality of Patras, as well as the functionality of the pressure reducing valves (PRVs) located at the inlets of each individual Pressure Management Area (PMA) of the water distribution network. A total of 9 algorithms were developed and implemented, enabling: a) assessment of the network’s operational level, and b) issuance of alerts for possible malfunctions, through statistical analysis of the available data concerning operational parameters of individual infrastructures of the water supply network (i.e. pumping wells, pumping stations, reservoirs and pipes). More specifically, the nine algorithms include: -1 preprocessing algorithm for the time series. -2 algorithms for estimation of the efficiency coefficients of pumping wells and pumping stations. -2 algorithms for estimation of water losses of reservoirs and pipes. -2 algorithms for detection of abrupt and gradual changes in the time series of the operational parameters -2 algorithms for detecting and categorizing malfunctions in pressure reducing valves (PRVs). Data preprocessing is accomplished through an algorithm dedicated to data sanity checks and corrections, resolving issues related to missing values, double entries (for the same timestamp) and negative and/or zero values in the time series of the operational parameters. The algorithmic procedures developed for estimation of the efficiency coefficients of pumping wells and pumping stations allow for: a) assessment of the current operational state of the pumping infrastructure, and b) monitoring of the operational level of the metering equipment. In addition, water loss detection and estimation in reservoirs and pipes, as well as identification of calibration issues of the metering equipment are accomplished via the implementation of dedicated algorithms. In the context of a more comprehensive assessment of the actual operational level of the corresponding infrastructures, and to avoid false alerts resulting from malfunction of the metering equipment, two additional algorithms were developed. These allow for the detection of abrupt and gradual changes in the time series of the operational parameters (i.e. efficiency coefficient and water losses) through appropriate statistical testing. Regarding pressure reducing valves (PRVs), two algorithms based on probabilistic methods have been developed to: a) detect severe malfunctions and, b) categorize them in groups directly linked to their causal/triggering mechanisms. The majority of the algorithms were integrated into an operational platform named “PerManeNt”, in the context of a research project co‐financed by the European Regional Development Fund of the European Union and Greek national funds through the Operational Program Competitiveness, Entrepreneurship and Innovation, under the call RESEARCH – CREATE – INNOVATE (project code: T2EDK-04177). The aim of the research project “PerManeNt” was the development of an integrated platform for operational monitoring, smart control, and sustainable energy management of water supply networks. The integrated platform is fully operational and used to monitor the supply network of the city of Patras, located in western Greece. The application of the aforementioned algorithms verified their effectiveness and accuracy, as in all cases the operational level of the corresponding infrastructure and metering equipment was successfully assessed, while in specific cases malfunctions were detected. Their subsequent repair resulted in significant economic and environmental benefits. In particular, low efficiency coefficient values were found for one pumping well and a pumping station, quantifying their poor operational level related to increased operating costs. Regarding reservoirs and pipes, calibration issues for some of the metering devices were identified, followed by detection of water losses that increased the environmental footprint of the water supply network. In addition, the implementation of the proposed algorithms for pressure reducing valves allowed for reliable detection and alerting of major PRV malfunctions at least 2 days prior to the repair date reported by the Municipal Enterprise of Water Supply and Sewerage of the City of Patras (DEYAP), substantially reducing its response time with significant financial and operational benefits. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/29683 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NoDerivs 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Δίκτυα ύδρευσης | |
| dc.subject | Παρακολούθηση επιπέδου λειτουργίας | |
| dc.subject | Ανίχνευση δυσλειτουργιών | |
| dc.subject | Απώλειες νερού | |
| dc.subject.alternative | Water networks | |
| dc.subject.alternative | Monitoring | |
| dc.subject.alternative | Detection | |
| dc.subject.alternative | Water losses | |
| dc.title | Παρακολούθηση λειτουργίας και ανίχνευση δυσλειτουργιών σε δίκτυα ύδρευσης με χρήση πιθανοτικών μεθόδων | |
| dc.title.alternative | Monitoring of the operational level and detection of malfunctions in water distribution and supply networks using probabilistic methods |