Systems Research Institute Polish Academy of Sciences

Präsentation zum Thema: "Systems Research Institute Polish Academy of Sciences"—  Präsentation transkript:

1 Systems Research Institute Polish Academy of Sciences
KÖLPINSEE 2011 Rechnerunterstützte Endscheidungshilfe für kommunale Wasserwerke mittels mathematischer Modelle, Krigingsapproximation und Optimierung Jan Studzinski

2 Konzept des rechnergestützten Wassernetzmanagements
IBS PAN Warszawa Inhalt: Einführung Konzept des rechnergestützten Wassernetzmanagements Bausteine des entwickelten Informationssystems Rechnerprogramme in den Informationssystemsbausteinen Kooperation von Rechnerprogrammen Entwickelte mathematische Modelle Ausgewählte Aufgaben vom System ausgeführt Schlussfolgerungen

3 IBS PAN Warszawa 1. Einführung Welttrend – Inbetriebnahme von integrierten Informationssystemen zum komplexen Management von kommunalen Wasserwerken, u.a. auch Wassernetzen Integriertes System – besteht aus den zusammenarbeitenden Programmen, wodurch der Synergieeffekt entsteht Komplexes Management – Ausführung durch das System der Aufgaben von der technischen wie auch organisatorischen Art

4 Aktuelle und gemeine Praxis der Wasserwerksinformatisierung
IBS PAN Warszawa Aktuelle und gemeine Praxis der Wasserwerksinformatisierung Mangel an kompakten Systemen Mangel an Programmintegrierung Mangel an Handlungskomplexität der laufenden Programme

5 Zustandsursachen Angst der Unternehmen vor den Forschungsarbeiten
IBS PAN Warszawa Zustandsursachen Angst der Unternehmen vor den Forschungsarbeiten Ungewissheit hinsichtlich der zukünftigen Nutzen Hohe Kosten der geplanten Forschungsarbeiten Organisatorische Probleme Mangel an der erforderlichen Erfahrung Mangel an den geeigneten Förderprogrammen

6 Struktur des integrierten Informationssystems
IBS PAN Warszawa 2. Konzept des rechnergestützten Wassernetzmanagements vv Struktur des integrierten Informationssystems

7 3. Bausteine des entwickelten Informationssystems
IBS PAN Warszawa 3. Bausteine des entwickelten Informationssystems Das Informationssystem: hat eine offene Modularstruktur besteht aus den folgenden Bausteinen: GIS (Geographical Information System) – zur Herstellung der numerischen Karte des Wassernetzes SCADA (System of Control And Diagnostic Analysis) – zum Monitoring des Wassernetzes CIS (Customers Information System) – zur Erfassung der Daten von dem verkauften Trinkwasser mathematische Modelle und Algorithmen zur Simulation-, Optimierung-, Vorhersage- und Approximationsberechnungen

8 4. Rechnerprogramme in den Informationssystemsbausteinen
IBS PAN Warszawa 4. Rechnerprogramme in den Informationssystemsbausteinen Baustein: GIS Rechnervisualisierung des Wassernetzes Räumlich-tematische Analysen des Wassernetzes Berechnung der Hochkoordinaten von Wassernetzknotenpunkten Export von Wassernetzgraphen zum Wassernetzmodel Baustein: SCADA Visualisierung und Registrierung der Messdaten vom Wassernetz Ausfindung von Wasserausläufen Baustein: CIS Registrierung von Wassernetzbenutzern und vom Wasserverkauf

9 Baustein: Modelle und Rechenalgorithmen
Hydraulische Modellierung (Mosuw-H) Kalibrierung des hydraulischen Models (Mosuw-K) Optimierung und Planung des Wassernetzes (Mosuw-O) Pumpensteuerung (Mosuw-P) Vorhersage der hydraulischen Wassernetzbelastung (IDOL) Planung des Monitoringssystems (Mosuw-M) Ausfindung und Lokalisierung von Havariefällen (Mosuw-A) Berechnung der Hochkoordinaten von Wassernetzknotenpunkten (Kripog) Herstellung der Karten von Fluss- und Druckverteilungen im Wassernetz (Kripow) Herstellung der Karten der Wassernetzempfindlichkeit gegen Havariefälle (Kripom) IBS PAN Warszawa

10 IBS PAN Warszawa Programmsatz MOSUW

11 Programmsatz Krigingsapproximation
IBS PAN Warszawa Programmsatz Krigingsapproximation

12 Programmsatz Prozessmodellierung
IBS PAN Warszawa Programmsatz Prozessmodellierung

13 5. Kooperation von Rechnerprogrammen
IBS PAN Warszawa 5. Kooperation von Rechnerprogrammen Monitoring von Fluss- und Druckwerten des Wassers in bestimmten Wassernetzpunkten (SCADA) Hydraulische Berechnungen des Wassernetzes (GIS, CIS, Mosuw-H) Kalibrierung des hydraulischen Models (GIS, CIS, SCADA, Mosuw-K) Rechnervisualisierung des Wassernetzes (GIS) Ausfindung und Lokalisierung von Havariefällen (GIS, SCADA, CIS, Mosuw-A) Optimierung und Planung des Wassernetzes (GIS, CIS, Mosuw-O)

14 Steuerung des Wassernetzes (GIS, CIS, Mosuw-P)
IBS PAN Warszawa Steuerung des Wassernetzes (GIS, CIS, Mosuw-P) Registrierung von Wassernetzbenutzern und vom Wasserverkauf (CIS) Durchführung von räumlich-tematischen Analysen (GIS) Optimale Planung des Monitoringssystems (GIS, Mosuw-M, Kripom) Herstellung der Karten von Fluss- und Druckverteilungen des Wassers im Wassernetz (GIS, CIS, Mosuw-H, Kripow) Export von Wassernetzgraphen (GIS, CIS, Mosuw-H) Registrierung von Havariefällen (GIS) Berechnung von Hochkoordinaten der Wassernetzknotenpunkten (GIS, CIS, Mosuw-H, Kripog)

15 Model-H: Hydraulische Berechnung des Wassernetzes
IBS PAN Warszawa Synergieeffekt: Verbindung von mehreren Elementen gibt einen größeren Handlungseffekt als die einfache Summe von Effekten der einzelnen Elemente Beispiele: Model-H: Hydraulische Berechnung des Wassernetzes Optimierung: Berechnung von Min/Max einer Zielfunktion Model-H + Optimierung: Hydraulische Wassernetzberechnung + Optimierung und Planung des Wassernetzes + Wassernetzsteuerung + Kalibrierung des hydraulischen Models des Wassernetzes SCADA: Monitoring von Fluss- und Druckwerten des Wassers in bestimmten Messpunkten des Wassernetzes SCADA + Model-H: Monitoring von Fluss- und Druckwerten + Hydraulische Wassernetzberechnung + Ausfindung und Lokalisierung von Havariefällen

16 6. Entwickelte mathematische Modele
IBS PAN Warszawa 6. Entwickelte mathematische Modele Hydraulische Modelle des Wassernetzes Modelle zur Vorhersage der hydraulischen Wassernetzbelastung Modelle zur Vorhersage der Wasseraufnahme in typischen Wassernetzknoten

17 Hydraulische Modelle des Wassernetzes
IBS PAN Warszawa Hydraulische Modelle des Wassernetzes Model OHIO mit der Markierung von Wasserdruckwerten in den Wassernetzknoten 17

18 IBS PAN Warszawa Model Mosuw-H mit der Markierung von Flussrichtungen in den Wassernetzleitungen

19 IBS PAN Warszawa Modelle der hydraulischen Belastung des Wassernetzes Neuronalmodel MLP

20 IBS PAN Warszawa Fuzzysatzmodel

21 IBS PAN Warszawa Zeitreihenmodel

22 Numerische Visualisierung des Wassernetzes
IBS PAN Warszawa 7. Ausgewählte Aufgaben vom System ausgeführt GIS Numerische Visualisierung des Wassernetzes

23 Visualisierung der Messpunkte des Monitoringssystems
SCADA IBS PAN Warszawa Visualisierung der Messpunkte des Monitoringssystems 23

24 Export des Wassernetzgraphes von GIS zum Wassernetzmodel
GIS + Mosuw-H IBS PAN Warszawa Export des Wassernetzgraphes von GIS zum Wassernetzmodel

25 Angegebene Zielfunktionen zur Optimierung des Wassernetzes
IBS PAN Warszawa GIS + Mosuw-O (Optimierung und Planung) Angegebene Zielfunktionen zur Optimierung des Wassernetzes

26 Resultate der Optimierung
IBS PAN Warszawa Resultate der Optimierung

27 Festsetzung von Strängen zur Kalibrierung des Wassernetzmodels
IBS PAN Warszawa GIS + SCADA + Mosuw-K (Modelkalibrierung) Festsetzung von Strängen zur Kalibrierung des Wassernetzmodels

28 Angegebene Zielfunktionen zur Modelkalibrierung
IBS PAN Warszawa Angegebene Zielfunktionen zur Modelkalibrierung

29 Verteilung des Wasserdruckes im Wassernetz
IBS PAN Warszawa GIS + Mosuw-H + Kripow (Herstellung von Karten der Wasserdruckverteilung) Verteilung des Wasserdruckes im Wassernetz

30 Deckung des Wassernetzbereiches mit den Dreiecken
GIS + Mosuw-H + Kripog (Berechnung von Hochkoordinaten der Wassernetzknoten) Deckung des Wassernetzbereiches mit den Dreiecken

31 Vergleich der Resultate von den Dreieck- und Krigingsalgorithmen
IBS PAN Warszawa Vergleich der Resultate von den Dreieck- und Krigingsalgorithmen

32 IBS PAN Warszawa 8. Schlussfolgerungen Die Entwicklung von integrierten IT-Systemen zum komplexen Management von Wasserwerken ist zweckmäßig ( + / - ) Die Anknüpfung einer engen Zusammenarbeit zwischen den Unternehmen und Forschungsanstalten ist erforderlich ( + / - ) Die Anknüpfung einer engen Zusammenarbeit zwischen den Forschungsanstalten und IT-Firmen ist ratsam ( - ) Der Austausch von Erfahrungen zwischen den Wasserwerken ist ratsam (+ / - ) Die Unterstützung der Entwicklung von IT-Systemen für Wasserwerke und insbesondere für KMU mit passenden Förderprogrammen auf der nationalen, internationalen und europäischen Ebene ist erforderlich und notwendig (+ / - )

33 für Ihre Aufmerksamkeit
Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit