BR112017000075B1 - Método para detectar anomalias em uma rede de distribuição, em particular, distribuição de água - Google Patents

Abstract

A invenção diz respeito a um método que usa um modelo hidráulico da rede, descrevendo os dados estruturais e as leis que governam os fluxos distribuídos. O modelo é suprido com dados operacionais relativos a parâmetros de entrada primários e, valores teóricos são obtidos usando os parâmetros de saída primários. Os valores teóricos são comparados com valores medidos. Em caso de uma diferença considerável, o parâmetro de saída primário correspondente se torna um parâmetro de entrada secundário em um modelo inverso incluindo novos parâmetros de saída secundários, que são adicionados ao modelo direto ou que correspondem aos parâmetros de entrada primários. Os parâmetros de saída secundários são preferencialmente aqueles aos quais o parâmetro de saída primário com o valor anormal é particularmente sensível. Se necessário, o método é implementado repetitivamente, restringindo gradualmente o número de parâmetros de saída secundários.

Description

[0001] A presente invenção diz respeito a um método para detectar anomalias em um sistema de suprimento de fluido, em particular, uma rede que distribui fluidos newtonianos, ainda mais particularmente, para distribuição de água, mas também, por exemplo, em redes de aquecimento urbano e/ou condicionamento de ar.

[0002] O desempenho operacional está no centro do gerenciamento de tais redes. O nível de desempenho pode ser substancialmente melhorado usando ferramentas para detectar e localizar anomalias hidráulicas, por exemplo, nas redes de transporte e distribuição de água potável.

[0003] Em tais redes, diferentes tipos de incidentes podem ocorrer e têm sérias consequências para o operador. Elas podem ter vazamentos, interrupções de suprimento para os consumidores, falhas operacionais de componente, erros de manuseio em uma intervenção ou após uma intervenção, ação maliciosa, comportamento anormal ou mau funcionamento na casa de um consumidor.

[0004] Em redes muito estendidas e parcialmente inacessível (enterradas), supervisão direta é ineficiente ou frequentemente impossível. Nem tem supervisão medindo instrumentos suficientes, em virtude de uma anomalia local poder ter efeitos em uma ampla área da rede ou mesmo em toda a rede, que complica os diagnósticos.

[0005] São conhecidos métodos de detecção que são baseados em técnicas estatísticas. Eles não possibilitam caracterizar nem localizar a anomalia.

[0006] Outros métodos de detecção conhecidos são baseados em modelos hidráulicos usando algoritmos evolucionários (algoritmos genéticos) para detectar e/ou localizar anomalias. Esses métodos evolucionários são altamente exigentes em termos de recursos de computação, que os torna difícil de aplicar em uma grande escala.

[0007] O objetivo da presente invenção é propor um método efetivo para detectar e/ou localizar e/ou caracterizar e/ou quantificar uma anomalia em uma rede de distribuição que pode, como apropriado, ser vasta, como em uma rede de distribuição de água potável.

[0008] De acordo com a invenção, o método para detectar anomalias em uma rede de distribuição compreende: - o estabelecimento, para a rede, de um modelo direto compreendendo os seguintes elementos: - dados estruturais da rede, - dados operacionais relativos aos parâmetros escolhidos como parâmetros de entrada primários descrevendo um cenário operacional, - leis ligando os ditos dados estruturais, os parâmetros de entrada primários e parâmetros de saída primários (simulando o modelo); - a execução do modelo direto para determinar valores teóricos dos parâmetros de saída primários (resolução o problema inverso); - a obtenção de medições dos parâmetros de saída primários; - a comparação dos valores teóricos e das medições; - no caso onde a comparação revela pelo menos um parâmetro de saída primário que é anormal em virtude de um desvio significante entre valor teórico e medição, o estabelecimento de um modelo inverso que é derivado do modelo direto introduzindo pelo menos um parâmetro de saída primário anormal como um parâmetro de entrada secundário do modelo inverso, o modelo inverso também compreendendo pelo menos um parâmetro de saída secundário além dos parâmetros de saída primários retidos; - a execução do modelo inverso.

[0009] Preferivelmente, a rede de distribuição é uma rede de distribuição de fluido.

[0010] O estabelecimento do modelo inverso pode compreender uma minimização de uma função de desvio entre medição e simulação no ponto de medição, relativa a um conjunto configurável de parâmetros.

[0011] O parâmetro de entrada secundário pode tomar o valor de medição como valor.

[0012] A execução do modelo inverso é preferivelmente realizada pelo motor de simulação hidráulica.

[0013] A resolução do problema inverso pode implementar um algoritmo numérico de minimização do desvio entre saídas teóricas e medidas também usando o cálculo no modelo direto das sensibilidades das saídas em relação às entradas.

[0014] Os dados estruturais são tipicamente relativos à topografia da rede, à natureza e às características de seus componentes, etc.

[0015] "Parâmetro de entrada primário" denota um parâmetro operacional. Os parâmetros operacionais são tipicamente variáveis no tempo. Por exemplo, em uma rede de distribuição de água, uma vazão, uma pressão, etc., das quais o valor é usado como dados de entrada para o modelo direto. Este valor pode ser suprido por um instrumento de medição ou ser conhecido de uma outra maneira tal como, por exemplo, uma estatística de consumo em função de o data e tempo. Em geral, os parâmetros de entrada primários compreendem parâmetros descritivos das condições nos limites da rede. Por exemplo, em uma rede hidráulica, a vazão de suprimento da rede e as vazões supridas aos consumidores.

[0016] No geral, o adjetivo "primário" significa "relativo ao modelo direto", enquanto o adjetivo "secundário" significará "relativo ao modelo inverso".

[0017] Um "cenário" é um caso de operação da rede. Por exemplo, em uma rede hidráulica, o cenário começa com um certo nível de enchimento em um tanque de suprimento, e, à medida que o cenário progride, o tanque é ressuprido com uma certa vazão enquanto ele supre água à rede em função das vazões tomadas nos pontos de consumo. As diferentes vazões mudam de acordo com respectivos diagramas de sincronismo que formam parte do cenário.

[0018] As leis são em particular as leis da física aplicável. Por exemplo, em uma rede hidráulica, a perda de carga (queda de pressão) entre dois pontos da rede em função da taxa de escoamento e dos dados estruturais da rede entre os dois pontos.

[0019] Os "parâmetros de saída primários" são parâmetros que podem ser calculados por execução do modelo direto para obter seu valor teórico, e que são ao mesmo tempo mensuráveis usando a instrumentação da rede fornece uma medição de cada qual dos parâmetros de saída primários, ou conhecidos, por exemplo, pela estatística anterior.

[0020] No método de acordo com a invenção, o valor teórico e o valor real dos parâmetros de saída primários são comparados e considera-se que existe uma anomalia na rede se existir uma discrepância entre os valores teóricos e medidos.

[0021] Quando um parâmetro de saída primário é "anormal" até ao ponto em que existe entre seus valores teóricos e de medição um desvio excedendo uma margem de erro aceitável, um modelo inverso é resolvido (executado) para o qual o parâmetro de saída primário anormal se torna um parâmetro de entrada secundário no qual o valor de medição é dado como valor. Em particular, para o modelo inverso ter os graus de liberdade matemáticos necessários, pelo menos uma variável adicional é introduzida no modelo inverso que compreende um novo parâmetro de saída secundário. Preferivelmente, esses novos parâmetros de saída secundários são escolhidos astutamente em função da anomalia do resultado da comparação com as medições após a execução do modelo direto.

[0022] A execução do modelo inverso fornece resultados que são tanto diretamente informativos, por exemplo, os novos parâmetros de saída têm um valor teórico que torna possível identificar a anomalia com uma certeza suficiente, ou torna possível convergir para uma identificação como essa iterativamente, como será explicado a seguir.

[0023] Assim, a invenção explora finamente a consistência de todas as variáveis (parâmetros operacionais) ligadas pelas "leis", tipicamente as equações de comportamento da rede, em particular, hidráulico.

[0024] Pelo menos um parâmetro de saída secundário pode ser um parâmetro adicionado ao modelo hidráulico, relativo ao modelo direto.

[0025] Por exemplo, se um vazamento for suspeito em um ponto da rede, uma vazão de vazamento pode ser adicionada como parâmetro de saída secundário que deve ser determinado usando o modelo inverso.

[0026] Pelo menos um parâmetro de saída secundário pode também corresponder a pelo menos um dado suprimido, relativo ao modelo direto. Por exemplo, se um parâmetro de entrada primário indicar uma válvula em posição aberta, mas a anomalia revelada pelo desvio entre o valor teórico e o valor medido para pelo menos um parâmetro de entrada primário sugere que esta válvula poderia ser fechada ou parcialmente fechada, o parâmetro de entrada primário em questão é escolhido como parâmetro de saída secundário, e suprimido dos parâmetros de entrada para a execução do modelo inverso.

[0027] Em uma modalidade preferida, pelo menos um parâmetro de saída secundário é selecionado aplicando pelo menos um critério revelando a probabilidade que pelo menos um novo parâmetro de saída secundário é implicado nos desvios observados entre medições e valores teóricos.

[0028] Observando novamente o exemplo anterior, um valor de vazão medido que é anormal relativo ao valor teórico em um dado ponto da rede, por exemplo, torna provável que tanto uma válvula que foi considerada aberta esteja fechada, ou que existe um vazamento significante, quanto que existe uma vazão de contracorrente anormal à jusante (lista não limitante).

[0029] De acordo com um recurso particular muito preferencial da invenção, pelo menos alguns dos dados operacionais, valores teóricos e medições compreendem série temporal, ou seja, séries de valores, cada qual associada com uma programação.

[0030] Assim, o modelo direto e o modelo inverso são trabalhados não apenas estatisticamente, mas também dinamicamente. Isto torna possível que o modelo conduza verificações de consistência adicional. Por exemplo, o modelo pode compreender uma lei ligando a variação do nível de um tanque a uma soma de vazões medidas em diferentes pontos da rede. Em caso de anomalia, não apenas o valor do desvio no momento de operação é obtido, mas também uma função do desvio, dando o desvio em função de todos ou parte dos parâmetros primários (execução do modelo direto) ou parâmetros secundários (execução do modelo secundário), quer eles sejam parâmetros de entrada quer de saída.

[0031] As medições, quer elas sejam usadas para obter certos dados funcionais quer eles relacionem aos parâmetros de saída para obter os valores de medição a ser comparados com os valores teóricos, são então também obtidos na forma de série temporal. Em vez de usá-los no estado bruto, eles são preferivelmente levados a passar por uma suavização antes de eles serem comparados com os valores teóricos. Assim, as funções de desvio são por si automaticamente suavizadas.

[0032] Em uma etapa de iniciação no início da implementação de um cenário, certos dados funcionais podem ser difíceis de acessar. Tal é tipicamente o caso com dados de consumo. Por exemplo, concernente a uma rede de distribuição de água, é difícil saber o consumo hora por hora alimentado pela rede, ou por cada sub-rede desta rede. De acordo com a invenção, é feita provisão para substituir tais dados que são difíceis de acessar em tempo real com dados que são historicamente conhecidos, ou conhecidos pela experiência. Por exemplo, a partir de estudos prévios, o consumo estimado de uma dada sub-rede é conhecido a cada hora do dia e da noite, junto com informação a respeito da desses valores. É possível, pelo menos no estágio de iniciação, usar essa série temporal como dados funcionais.

[0033] Certos dados estruturais ou funcionais podem ser desconhecidos ou incertos. Por exemplo, em uma rede de distribuição de água, a altitude dos pontos de medição de pressão é importante, uma vez que cada metro adicional de altitude corresponde a uma queda de pressão de aproximadamente 10 kPa, que deve ser levado em conta para os resultados obtidos com as equações que governam dinâmica de escoamento para ser justo. Diâmetros da tubulação, rugosidade da tubulação, e outros parâmetros que influenciam as perdas de topo no escoamento, podem ser insuficientemente conhecidos, notavelmente em instalações velhas.

[0034] Notadamente, para um caso como esse, pode ser prudente, durante uma etapa de iniciação, usar um modelo inverso para determinar certos dados estruturais ou operacionais que são impossíveis ou difíceis de obter diretamente, o modelo inverso sendo executado dando por certos os valores de certos parâmetros de saída primários, de acordo com os valores conhecidos ou medidos para esses parâmetros.

[0035] De acordo com um aspecto importante da invenção, na execução do modelo direto, cálculos de sensibilidade de pelo menos alguns dos parâmetros de saída primários para as variações de pelo menos alguns dos outros parâmetros são incorporadas e, para o modelo inverso, parâmetros de entrada primários no qual o parâmetro de saída primário que exibe a anomalia é mais particularmente sensível são escolhidos como parâmetros de saída secundários.

[0036] A sensibilidade pode ser obtida teoricamente como a derivada de um parâmetro relativa a cada um dos outros, conhecendo as leis que ligam esses parâmetros entre si, ou ainda experimentalmente comparando as variações da medição do parâmetro de saída com as variações dos outros parâmetros para todos os valores da série. A sensibilidade pode ser diferentes em diferentes faixas de valores do parâmetro par o qual a sensibilidade é avaliada e, em diferentes faixas de valores do parâmetro relativo a qual a sensibilidade é avaliada. A sensibilidade pode então ser expressa como uma função ou como uma tabela de valores. A sensibilidade pode ser positiva ou negativa, dependendo se os parâmetro de saída mudam na mesma direção, ou respectivamente na direção inversa, dos parâmetro relativo ao qual a sensibilidade do parâmetro de saída é calculada.

[0037] Em uma implementação preferida: - pelo modelo direto, uma função de desvio do valor do desvio entre valor teórico e medição para os parâmetro de saída primário anormal é obtida em função dos parâmetros de saída secundários; - o gradiente da função do desvio em relação aos parâmetros é calculado de acordo com as sensibilidades; - pela aplicação do modelo inverso, um conjunto de novos dados é determinado, modificando os dados iniciais, e para o qual o gradiente geral da função do desvio exibe um valor zero, indicativo de sensibilidades positivas e negativas que são neutralizadas relativas aos parâmetros; - a partir desses parâmetros, é selecionado um subconjunto que é formado daqueles para os qual a sensibilidade é do mesmo sinal; - o método é recomeçado iterativamente restringindo os parâmetros de saída secundários àqueles que formam parte do subconjunto; - e assim por diante, até que a anomalia seja localizada com um único parâmetro ou uma pequena quantidade de parâmetros.

[0038] Para formar o subconjunto, preferência é dada à escolha do sinal de sensibilidade correspondente aos parâmetros mais provavelmente implicados, de acordo com sua natureza, o valor realístico que resultaria de uma variação na direção que leva o valor teórico anormal para o valor de medição correspondente.

[0039] Tipicamente, quando um único parâmetro de saída primário exibe uma anomalia do valor medido relativo ao valor teórico, preferência é dada à suposição de um erro de medição, acima de tudo se o parâmetro que exibem a anomalia forem ligadas nos limites topográficos da rede apenas através de outros pontos de medição. Neste caso, é possível começar verificando o aparelho de medição antes de aplicar o modelo inverso. Entretanto, o modelo inverso pode ser aplicado iterativamente para concluir no erro de medição confirmando que não é plausível nenhuma combinação de valores para os outros parâmetros se a medição anormal for considerada como suposição. Se a medição originar de um ponto de medição no limite da rede, é mais provável que a anomalia origine de um elemento excepcional além dos limites topográficos da rede. Por exemplo, um consumidor injeta água de poço na rede, em vez de tirar água suprida pela rede. Os dados operacionais nos pontos de consumo devem então talvez ser questionados.

[0040] Em uma implementação sofisticada, o modelo direto e a comparação dos valores teóricos e medidos são executados ciclicamente, e a execução do modelo inverso é automaticamente ativada quando pelo menos dois parâmetros de saída primários exibem uma anomalia do valor medido em relação ao valor teórico.

[0041] Preferivelmente, os elementos do modelo compreendem adicionalmente indicações de incertezas nos dados e nos parâmetros, e, durante a comparação, essas incertezas são levadas em conta para considerar uma medição do parâmetro de saída como sendo conformal ou, ao contrário, anormal.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0042] Outros recursos e vantagens particulares da invenção emergirão adicionalmente da seguinte descrição, relacionando os exemplos não limitantes concernentes a uma rede de distribuição de água potável, também chamada "rede hidráulica".

Observação preliminar

[0043] A descrição seguinte serve como uma descrição de qualquer recurso particular que ela contém, quer ele seja considerado isolado dos outros recursos particulares, mesmo se ele formar parte do mesmo parágrafo ou da mesma sentença, quer ele sirva como uma descrição de qualquer combinação de tais recursos particulares, quando um recurso particular como esse ou combinação de recursos particulares é distintivo da tecnologia e oferece um efeito técnico, quer sozinho ou em combinação com conceitos apresentados anteriormente, e este recurso particular é expresso exatamente nos termos desta descrição ou em termos mais ou menos generalizados.

Vocabulário

[0044] O vocabulário seguinte é usado:

[0045] Série temporal: sequência finita de dados escalares indexados por tempo, no geral espaçados por uma duração constante.

[0046] Modelo hidráulico: a menos que de outra forma especificada, descreve o modelo hidráulico de uma rede transporte e/ou de distribuição de água potável: conjunto de dados descrevendo a topologia (gráfico da rede), a topografia (altitude), as características das seções definindo seu comportamento hidráulico (comprimento, diâmetro interno, material e/ou rugosidade, coeficiente de perda de topo singular, singularidades, etc.), as características do equipamento definindo seu comportamento hidráulico (diâmetro, coeficiente de perda de topo, valor do ponto de ajuste, curva de bomba, etc.), consumos nominais associados com os nós do gráfico, e um cenário descrevendo as condições operacionais.

[0047] Cenário: conjunto de dados situacionais ou operacionais descrevendo as condições nos limites usados com um modelo hidráulico para simular o comportamento de um sistema hidráulico em condições particulares, tais como os níveis iniciais dos tanques, a série temporal de modulação dos consumos por setor e/ou por tipo de consumidor, os estados das bombas, válvulas, pontos de ajuste de equipamento ativo controlado e/ou as regras de servocontrole.

[0048] Medição: série temporal derivada de um sistema de aquisição de dados. Uma medição é associada com um componente individual particular do modelo hidráulico (arco ou seção para uma medição de vazão, nó para uma medição de pressão, tanque para uma medição de nível).

[0049] Modelo direto: a simulação do modelo hidráulico consiste em resolver numericamente as equações de fluxo estacionário descritas e parametrizadas pelo modelo hidráulico, e sua evolução dinâmica, usando as condições nos limites descritos no cenário. Os resultados são vazões, velocidades, perdas de topo, estados, pressões em qualquer ponto do sistema e em qualquer momento, esses resultados sendo normalmente apresentados na forma de série temporal ou em forma de mapa.

[0050] Modelo inverso: (resolução do problema inverso) consiste em resolver numericamente as equações de fluxo estacionário e sua evolução em tempo. Elas são descritas e parametrizadas pelo modelo hidráulico e um cenário, relativo a um ou mais parâmetros do modelo ou do cenário, usando as medições de certas vazões (ou velocidade), e/ou pressões e/ou níveis de tanque.

[0051] Dados de leitura remota: série de índice de consumo para um metro, medido com uma periodicidade de 1 a 24 horas, e remotamente transmitido no geral pelo menos uma vez ao dia.

[0052] Característica: valor escalar ou série temporal contendo informação significante para o processo estudado.

Geral

[0053] A implementação do método de acordo com a invenção juntamente usa dados operacionais obtidos de um sistema de monitoramento remoto, tornando possível construir um cenário, um modelo hidráulico do sistema da rede hidráulica, e um sistema para analisar os resultados da execução do modelo. - O programa de modelagem hidráulica incorpora um cálculo explícito das sensibilidades dos resultados (medições) relativos aos dados de entrada (consumos nos nós e resistências hidráulicas nos arcos), tornando possível calcular o gradiente do erro de simulação relativo aos parâmetros, então a resolução do problema inverso. - O use do modelo inverso também torna possível atenuar a ausência de certas medições necessárias na construção de um cenário. - O uso do modelo direto torna possível detectar anomalias no comportamento do sistema. - O uso do modelo inverso torna possível localizar, em espaço e possivelmente em tempo, a possível origem da anomalia. - O uso opcional de dados de leitura remota torna possível modernizar a distribuição espacial dos consumos descritos no modelo hidráulico.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0054] Os elementos que são supridos como entrada para a execução do modelo, a comparação com as medições dos parâmetros de saída primários, e, se apropriado, a execução do modelo inverso, compreendem: - os dados estruturais da rede, que podem compreender pontos de ajuste e dados do estado para o equipamento; - os parâmetros selecionados para constituir os parâmetros de entrada primários, e a série temporal de seus valores escalares, obtidos por medição ou por dados da leitura remota disponíveis para todos ou parte dos subscritores, ou ainda por estatísticas existentes; - os parâmetros selecionados para constituir os parâmetros de saída primários e a série temporal das medições desses parâmetros; - informação a respeito da precisão e das incertezas das medições e dos parâmetros, suas ponderações relativas, a ativação dos parâmetros selecionados para ser parâmetros de entrada secundários e parâmetros de saída secundários durante a resolução do problema inverso.

Operações individuais - Construção do cenário a partir das medições e série dos estados

[0055] Esta operação consiste na transcrição das medições para uma forma que pode ser usada pelo software de modelagem hidráulica. Por exemplo, a soma algébrica da série temporal de vazões de entrada/saída de um setor hidráulico é convertida em série de modulação para os consumos nominais do setor.

- Resolução do problema direto, cálculo das características

[0056] Esta operação consiste em lançar o motor de simulação hidráulica, como dados de entrada, com o modelo hidráulico do sistema e o cenário criado pela operação anterior. As saídas usadas são a série temporal simulada (valores teóricos dos parâmetros de saída primários) comparáveis com medições disponíveis para esses parâmetros.

- Cálculo das características

[0057] Para cada ponto de medição (parâmetro de saída primário), a característica é calculada com base nas séries dos valores residuais, definidos como a diferença entre valor simulado (valor teórico) e valor medido (suavizados ou não), calculados na etapa de aquisição da medição. A característica indica se existe ou não uma anomalia.

- Resolução do problema inverso (caso geral)

[0058] Uma resolução do problema inverso é uma operação iterativa que consiste em minimizar, usando um algoritmo de otimização, uma função de desvio entre medição e simulação (valor teórico) no ponto de medição (algoritmo que opera pelo método da soma do quadrado ou o método dos valores absolutos da série de valores residuais), relativo a um conjunto configurável de parâmetros. Na função do desvio, cada ponto de cada série é ponderado por um coeficiente, calculado a partir de uma incerteza a priori e da variância empírica local das medições.

[0059] O cálculo é feito usando medições marcadas com data em uma janela de tempo predeterminada (por exemplo, de 4 a 24 horas).

[0060] Cada iteração do problema de minimização exige o cálculo da função de desvio baseando no cálculo do problema direto. O método de otimização usado envolve o cálculo do gradiente da função do desvio relativo aos parâmetros. O valor deste gradiente é calculado explicitamente a partir das sensibilidades (derivadas) das medições relativas aos parâmetros do modelo hidráulico, que é executado explicitamente de uma maneira aninhada com a resolução do problema direto.

[0061] Um dos aspectos da inovação é, por um lado, o cálculo explícito das sensibilidades ao mesmo tempo como a resolução do problema direto, e seu uso para calcular o gradiente; por outro lado, a possibilidade de escolher os parâmetros relativos aos quais o problema inverso é resolvido, por exemplo: - Dados estruturais (características hidráulicas das seções e equipamento tal como a rugosidade ou os coeficientes de perda de topo singular (PCS)) - Dimensão (altitude) dos sensores de pressão e/ou nível - Distribuição espacial dos consumos - Modulação temporal de um ou mais tipos de consumo de distribuição espacial predefinida.

[0062] Um outro elemento importante da inovação lies no uso das sensibilidades para localizar a anomalia, quando o parâmetro identificado é associado com inúmeros componentes do modelo. Neste caso, quando a solução é obtida, as sensibilidades tomam valores positivos para certos componentes, valores negativos para outros, em virtude de o gradiente geral tomar um valor zero no ideal. É então suficiente repetir a resolução do método, relativo a um dos dois subconjuntos dos componentes cujo gradiente é do mesmo sinal, para determinar localização da anomalia. A sequência propriamente formada de subconjuntos aninhados de componentes localiza a anomalia com maior precisão.

[0063] A precisão da localização é a maior quando a densidade de medições é grande e sua disposição é tendenciosa para a determinação do tipo de parâmetro selecionado.

- Problema inverso aplicado para a reconstrução de uma medição essencial durante uma etapa de iniciação

[0064] Quando uma medição essencial para a construção de um cenário (por exemplo, uma vazão de entrada ou saída de um setor) é indisponível, a resolução do modelo inverso torna possível reconstruir esta medição que falta, desde que certas condições de perceptibilidade são atendidas, neste caso em que outras medições existem cujos valores são relacionados à medição que falta (por exemplo, nível do tanque e/ou medições de pressão).

[0065] Um cenário inicial é então construído usando uma série predeterminada, e o problema inverso é resolvido relativo ao parâmetro que consiste na série que falta.

- Execução do modelo inverso aplicado para a detecção de anomalias

[0066] Aplicado a identificação de dados estruturais tais como rugosidade ou PCS (perda de topo singular), a resolução do problema inverso (execução do modelo inverso) torna possível ajustar o modelo hidráulico, para identificar anomalias de resistência hidráulica tais como erros de entrada de diâmetro ou comprimento do tubo e localizar valores fechados esquecidos após uma intervenção.

[0067] Aplicado para a identificação de parâmetros estruturais tais como as altitudes dos sensores ou os pontos de ajuste de equipamento, a resolução do problema inverso torna possível diagnosticar perdas de caráter representativo do modelo hidráulico após uma intervenção que resultou na modificação de um dos parâmetros da rede.

[0068] Aplicada a identificação da distribuição espacial dos consumos ou a série dos coeficientes de modulação de um ou mais tipos de consumidores, a resolução do problema inverso torna possível localizar as anomalias de consumo. O desvio de cada parâmetro entre seus valores teóricos e de medição constitui um indicador quantitativo ou uma característica que pode ser usada para a detecção de anomalias.

- Interpretação das características e anomalias

[0069] Indicadores de conformidade: para cada característica, um ou mais indicadores quantitativos é/são calculados: critério de Nash, "Índice de Conformidade", taxa de ultrapassagem de um limiar de erro.

[0070] Anomalias: para cada medição, um indicador qualitativo é calculado (bom/razoavelmente bom/medíocre/fraco) com base na posição de seus indicadores de conformidade relativos a limiares operacionalmente estabelecidos. Os valores classificados como "medíocres" ou "fracos" são identificados como anomalias.

[0071] Uma anomalia isolada em um setor é classificada "anomalia de medição"; a observação de diversas anomalias em um setor dispara uma "anomalia de rede". Vantagens

[0072] O conjunto que consiste nos componentes explicados anteriormente pode ser conectado no sistema de informação técnica do operador de um sistema de suprimento de água potável. O conjunto é construído de tal maneira que ele pode ser ativado regularmente, com uma frequência entre a frequência de aquisição dos dados medidos e uma vez ao dia. Nessas condições, a detecção e a caracterização da anomalia são muito mais rápidas do que com os métodos normalmente usados e a efetividade operacional das mesmas é consideravelmente melhorada.

[0073] Na fase de desdobramento de um modelo hidráulico para uma rede, a invenção torna possível reduzir bastante o tempo de ajuste do modelo.

Primeira modalidade exemplar

[0074] A invenção é configurada para modelar um setor hidráulico alimentado por gravidade por dois tanques de carga A e B.

[0075] O modelo hidráulico consiste de um arquivo no formato PICCOLO/GANESSA_SIM.

[0076] O gerador do cenário usado é GANESSA_GS.

[0077] O motor de simulação hidráulica incorporando a resolução do problema direto ou inverso (execução do modelo) é GANESSA_SIM.

[0078] Os elementos que alimentam o modelo são a vazão de entrada de cada tanque, o nível de cada tanque, a vazões de saída de cada tanque e a pressão em um ponto remoto, na frequência de uma vez ao dia. O fluxímetro de saída do tanque A exibe uma anomalia que consiste em submedição por aproximadamente 10%.

[0079] O modelamento hidráulico direto por 24 horas produz, entre outras coisas, o agregado da soma algébrica das vazões de entrada e saída dos tanques. A característica de "nível calculado menos nível medido" dá informação sobre a integridade das medições de vazão, um desvio opositivo no final do período indicando uma submedição das vazões de saída, ou um sobremedição das vazões de entrada. O indicador calculado a partir dessa característica revela uma anomalia; o sinal da característica para cada qual das medições de vazão de saída indica a direção da anomalia.

[0080] O modelo inverso configurado, como parâmetros de saída secundários, com um ajuste de consumo adicional no ponto de saída de cada tanque e uma série temporal de coeficientes, calcula o ajuste das duas séries de intensidade para cada ponto de saída do tanque. A série associada com o ponto de saída do tanque A exibe um perfil proporcional a vazão de saída de A, correspondente a um consumo da ordem de 10%, enquanto a série associada com B exibe intensidades insignificantes.

Segundo exemplo

[0081] A invenção é configurada para modelar um setor hidráulico alimentado por uma tubulação mestre nos dois pontos A e B.

[0082] O modelo hidráulico consiste em um arquivo no formato EPANET.

[0083] O gerador do cenário usado é GANESSA_GS.

[0084] O motor de simulação hidráulica incorporando a resolução do problema inverso é GANESSA_SIM.

[0085] As medições são as vazões e pressões de entrada (pontos A e B), e as medições de pressão obtidas em seis pontos adicionais distribuídos na rede de distribuição.

[0086] Inicialmente, a invenção foi usada fora de linha para ajustar o ajuste hidráulico do modelo: o modelo inverso torna possível identificar a altitude precisa dos pontos de medição de pressão, da resistência hidráulica das duas válvulas de entrada, e da rugosidade média das quatro principais classes de materiais dos quais as tubulações do setor são construídas.

[0087] Em segundo lugar, a invenção é implementadas com uma frequência diária. Um baixo consumo adicional (por exemplo, 1 L/s) é distribuído por todos os nós do modelo, por exemplo, proporcionalmente aos comprimentos do tubo que são conectados neles, e designou um código do consumidor particular (por exemplo, "VAZAMENTO"), e uma série temporal é associada com este código de "VAZAMENTO", iniciado com zero ou valores unitários. O problema inverso é então resolvido relativo aos coeficientes da série temporal dos coeficientes de "VAZAMENTO". A característica correspondente é então analisada: se o consumo correspondente for abaixo de um limiar predeterminado, então a situação é considerada normal. De outra forma, uma anomalia de consumo é suposta. A invenção é então uma vez novamente implementada após ter realocado o consumo adicional apenas nos nós para os quais a sensibilidade calculada na etapa anterior é negativa, e feita assim com diversas repetições, até o número de nós restantes ficar abaixo de um limiar predeterminado. Os últimos conjuntos de nós correspondentes são então reportados como localização da anomalia, e o valor médio do consumo adicional (associado com "VAZAMENTO"), somo sua intensidade.

[0088] Obviamente, a invenção não está limitada aos exemplos descritos.

Claims (12)

1. Método para detectar anomalias em uma rede de distribuição de fluido, que compreende as seguintes etapas: - estabelecer, para a rede de distribuição, um modelo direto compreendendo os seguintes elementos: - dados estruturais da rede de distribuição relativos a topografia da dita rede de distribuição e compreendendo pontos de ajuste ou dados do estado de equipamento da dita rede de distribuição, - dados operacionais relativos aos parâmetros escolhidos como parâmetros de entrada primários descrevendo um cenário operacional, - leis que relacionam dados estruturais, os parâmetros de entrada primários e parâmetros de saída primários; - executar o modelo direto por um motor de simulação hidráulica para determinar valores teóricos dos parâmetros de saída primários; - antes de ou após todas ou parte das etapas precedentes, obter medições emitidas a partir dos sistemas de aquisição de dados dos parâmetros de saída primários; - comparar os valores teóricos com as medições; caracterizado pelo fato de que: - no caso onde a comparação revela pelo menos um parâmetro de saída primário que é anormal em virtude de um desvio significante entre valor teórico e medição, estabelecer um modelo inverso compreendendo uma minimização de uma função de desvio entre medição e simulação no ponto de medição, relativa a um conjunto configurável de parâmetros, o modelo inverso sendo derivado do modelo direto introduzindo pelo menos um parâmetro de saída primário anormal como um parâmetro de entrada secundário do modelo inverso, o parâmetro de entrada secundário tomando o valor de medição como valor, e o modelo inverso também compreendendo pelo menos um parâmetro de saída secundário além daqueles dos parâmetros de saída primários que são retidos; - executar o modelo inverso pelo motor de simulação hidráulica; - localizar uma anomalia da rede de distribuição a partir da execução do modelo inverso.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro de saída secundário é um parâmetro adicionado no modelo, relativo ao modelo direto.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro de saída secundário corresponde a pelo menos um dos dados suprimido, relativo ao modelo direto.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro de saída secundário é selecionado pela aplicação de pelo menos um critério revelando a probabilidade de que pelo menos um novo parâmetro de saída secundário seja implicado nos desvios observados entre medições e valores teóricos.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dos dados operacionais, valores teóricos e medições compreendem série temporal, ou seja, séries de valores cada qual associada com uma programação.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as séries temporais formadas a partir dos valores obtidos das medições são suavizadas após uma duração característica configurável.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, em uma etapa de iniciação, um modelo inverso é usado para determinar certos dados estruturais ou operacionais que são impossíveis ou difíceis de obter diretamente, o modelo inverso sendo executado tomando para conferir os valores de certos parâmetros de saída primários.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que na execução do modelo direto, cálculos de sensibilidade de pelo menos alguns dos parâmetros de saída primários nas variações de pelo menos alguns dos outros parâmetros são incorporados, e em que, para o modelo inverso, parâmetros de entrada primários aos quais o parâmetro de saída primário anormal é mais particularmente sensível são escolhidos como parâmetros de saída secundários.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: - pelo modelo direto, uma função de desvio do valor do desvio entre valor teórico e medição para o parâmetro de saída primário anormal é obtida, em função dos parâmetros de saída secundários; - pelo cálculo de acordo com as sensibilidades do gradiente da função do desvio relativo aos parâmetros; - pela aplicação do modelo inverso, um conjunto de novos dados é determinado, modificando os dados iniciais, e para o qual o gradiente geral da função do desvio exibe um valor nulo, indicativo de sensibilidades positivas e negativas que são neutralizadas; - a partir dos parâmetros relativos nos quais as sensibilidades são calculadas, seleciona-se um subconjunto que é formado daqueles para os quais a sensibilidade é do mesmo sinal; - o método é recomeçado iterativamente restringindo os parâmetros de saída secundários àqueles que formam parte do subconjunto; - e assim até que a anomalia seja localizada com um único parâmetro ou um pequeno número de parâmetros.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que quando um único parâmetro de saída primário exibe uma anomalia do valor medido relativo ao valor teórico, a suposição de um erro de medição é favorecida.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o modelo direto e a comparação dos valores teóricos e medidos são executados ciclicamente, e em que a execução do modelo inverso é automaticamente ativada quando pelo menos dois parâmetros de saída primários exibem uma anomalia do valor medido relativo ao valor teórico.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que os elementos do modelo compreendem adicionalmente indicações de incertezas sobre os dados e os parâmetros e, durante a comparação, essas incertezas são levadas em conta para considerar uma medição do parâmetro de saída como sendo conforme ou, ao contrário, anormal.