DE102013214142A1

DE102013214142A1 - Schätzen von Verlusten in einem intelligenten Fluid-Verteilungssystem

Info

Publication number: DE102013214142A1
Application number: DE102013214142.4A
Authority: DE
Inventors: Vijay Arya; Balakrishnan Narayanaswamy
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2014-02-13
Also published as: US20140046603A1; CN103577684A

Abstract

Verfahren und zugehöriges System zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem, bei dem das Fluid-Verteilungssystem als ein Binärbaum dargestellt werden kann, von dem ein Satz linearer oder nichtlinearer Gleichungen erzeugt wird, der Fluidverluste als Funktionen von Messwerten von Eigenschaften von Fluid ausdrückt, das durch das Fluid-Verteilungssystem strömt. Operationen, die an diesen Gleichungen zum Minimieren von Messfehlern ausgeführt werden, ergeben Lösungen, die bei Begrenzung durch Bedingungen, die aus bekannten physikalischen und historischen Eigenschaften des Fluid-Verteilungssystems abgeleitet werden, einen Rückschluss über genaue Verlustpositionen und Verlustraten in dem Fluid-Verteilungssystem ermöglichen, selbst wenn die Verluste nicht genau direkt gemessen wurden oder wenn die Messwerte, die diese Leckverluste betreffen, Messfehler enthalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem.
HINTERGRUND
Es kann schwierig sein, Verluste zu erkennen und zu quantifizieren, die zwischen Messpunkten in einem Fluid-Verteilungssystem auftreten, wie etwa einem System, das Wasser, Öl oder Erdgas verteilt.
KURZDARSTELLUNG
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem bereit, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist:
ein Prozessor eines Computersystems empfängt eine Vielzahl von Messwerten von einer Vielzahl von Messeinheiten, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen fließt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt und genau identifiziert; und
der Prozessor analysiert die Vielzahl von Messwerten, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate als eine Funktion der Vielzahl von Messwerten zu identifizieren.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Computerprogrammprodukt bereit, das eine computerlesbare Hardware-Speichereinheit mit einem darin gespeicherten computerlesbaren Programmcode aufweist, wobei der Programmcode so eingerichtet ist, dass er durch einen Prozessor eines Computersystems ausgeführt wird, um ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem umzusetzen, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist, und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist:
der Prozessor eines Computersystems empfängt eine Vielzahl von Messwerten aus einer Vielzahl von Messeinheiten, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen fließt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt und genau identifiziert; und
der Prozessor analysiert die Vielzahl von Messwerten, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate als eine Funktion der Vielzahl von Messwerten zu identifizieren.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Computersystem bereit, das einen Prozessor, einen Speicher, der mit dem Prozessor verbunden ist, und eine computerlesbare Hardware-Speichereinheit aufweist, die mit dem Prozessor verbunden ist, wobei die Speichereinheit Programmcode enthält, der so gestaltet ist, dass er durch den Prozessor über den Speicher ausgeführt wird, um ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem umzusetzen, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist:
der Prozessor eines Computersystems empfängt eine Vielzahl von Messwerten aus einer Vielzahl von Messeinheiten, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen fließt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt und genau identifiziert; und
der Prozessor analysiert die Vielzahl von Messwerten, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate als eine Funktion der Vielzahl von Messwerten zu identifizieren.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Prozess zum Unterstützen einer Computerinfrastruktur bereit, wobei der Prozess ein Bereitstellen wenigstens eines Unterstützungsdienstes zum Erzeugen und/oder Integrieren und/oder Aufnehmen und/oder Unterhalten und/oder Verwenden von computerlesbarem Programmcode in einem Computersystem aufweist, wobei der Programmcode in Kombination mit dem Computersystem so gestaltet ist, dass er ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem umsetzt, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist:
der Prozessor eines Computersystems empfängt eine Vielzahl von Messwerten aus einer Vielzahl von Messeinheiten, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen fließt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt und genau identifiziert; und
der Prozessor analysiert die Vielzahl von Messwerten, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate als eine Funktion der Vielzahl von Messwerten zu identifizieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Struktur eines Computersystems und Computerprogrammcode, der verwendet werden kann, um ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem umzusetzen.
2 veranschaulicht eine grafische Darstellung der Baum-Topologie eines Fluid-Verteilungssystems.
3 ist ein Ablaufplan, der Schritte eines Verfahrens zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem durch Sparsity-Lösungen (Lösungen auf der Grundlage eines geringen Vorkommens) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
Ein Fluid-Verteilungssystem verteilt ein Gas oder eine Flüssigkeit wie etwa Wasser, Erdgas, Öl oder ein anderes verteilbares Fluid an eine Gruppe von Endbenutzer-Lieferpositionen und kann eine Gruppe von Verteilungsverbindungen aufweisen, wobei jede Verbindung in der Gruppe von Verteilungsverbindungen ein verteilungsfähiges Fluid zwischen einem Paar von verschiedenen Endpunkt-Positionen befördert.
Die Topologie des gesamten Fluid-Verteilungssystems oder eines Teils eines derartigen Fluid-Verteilungssystems kann grafisch als ein Baum dargestellt werden, der eine Menge von Knoten und eine Menge von Wegen aufweist, wobei jeder Weg in der Menge von Wegen zwei Knoten aus der Menge von Knoten verbindet und wobei die Menge von Knoten einen Wurzelknoten, einen oder mehrere Blattknoten und in nichttrivialen Fällen eine oder mehrere Zwischenknoten aufweist. 2 veranschaulicht ein Beispiel einer derartigen grafischen Baumdarstellung.
Ein Knoten eines derartigen Baums kann eine Position in dem Fluid-Verteilungssystem darstellen, und ein Weg eines derartigen Baums kann eine Verteilungsverbindung des Fluid-Verteilungssystems darstellen. Der Wurzelknoten des Baums kann eine Fluidquelle und eine Zwischenquelle des Fluid-Verteilungssystems wie etwa eine Pumpstation darstellen, und jeder Blattknoten des Baums kann einen End- oder Zwischen-Fluidzielpunkt des Fluid-Verteilungssystems wie etwa eine Wohnung oder eine Firma des Fluidverbrauchers darstellen.
Ein derartiger Baum kann ein Mutterbaum sein, der einen oder mehrere Unterbäume aufweist, wobei ein Unterbaum von dem einem oder mehreren Unterbäumen eine Teilmenge der Knoten des Mutterbaums und eine Teilmenge der Wege des Mutterbaums aufweist und wobei ein Weg des Unterbaums ein Knotenpaar des Unterbaums verbindet. Ein derartiger Unterbaum kann ein Teilsystem des durch den Mutterbaum dargestellten Fluid-Verteilungssystems darstellen, wobei das Teilsystem Fluide von einem Quellenpunkt, der durch den Wurzelknoten des Unterbaums dargestellt ist, an einen oder mehrere Zielpunkte verteilt, die jeweils durch einen Blattknoten des Unterbaums dargestellt sind.
Da es sich bei jedem Unterbaum selbst um einen Baum handelt, kann jeder Unterbaum, der eine Vielzahl von Wegen aufweist, ebenfalls ein Mutterbaum sein, der einen oder mehrere Unterbäume aufweist. in diesem Zusammenhang erfolgte Bezugnahmen auf einen Baum gelten somit ebenfalls für einen Unterbaum und für einen Unterbaum eines Unterbaums.
Bei einem „intelligenten” Fluid-Verteilungssystem handelt es sich um ein System, bei dem Strömungsraten, Strömungsvolumina oder andere Typen von messbaren Parametern durch „intelligente” Messeinrichtungen gemessen werden können, die gemessene Daten über eine lokale Verbindung oder über ein Netzwerk an ein Versorgungsunternehmen, einen Dienstanbieter oder eine andere Entität übertragen können. Intelligente Messeinrichtungen können außerdem in der Lage sein, eine Vielzahl von Messwerten zu sammeln und zu speichern, und Übertragungen von Entitäten zu empfangen, die auf gemessene Daten reagieren. Eine intelligente Messeinrichtung kann einen Prozessor aufweisen, der auf der Grundlage von Messwerten Berechnungen ausführen und Ergebnisse dieser Berechnungen an ein Versorgungsunternehmen, einen Dienstanbieter oder eine andere Entität übertragen kann.
Bei der intelligenten Messeinrichtung kann es sich um einen Durchfluss-Wasserzähler, einen Geschwindigkeits-Wasserzähler, eine elektromagnetische Messeinrichtung, einen Vibrationssensor oder einen anderen Typ von Messeinheit handeln, der einem Fachmann auf dem Gebiet der Konstruktion von Fluid-Verteilungssystemen bekannt ist.
Fluid, das durch eine Verteilungsverbindung strömt, kann durch Eigenschaften wie Strömungsrate oder Strömungsvolumen gekennzeichnet oder quantisiert werden. Diese Eigenschaften können durch herkömmliche Messeinrichtungen, durch intelligente Messeinrichtungen oder durch andere Messeinheiten gemessen werden, die an einem oder an beiden Endpunkt-Positionen, die die Verteilungsverbindung begrenzen, installiert sind, oder sie können aus derartigen Messwerten als eine Funktion der physikalischen Eigenschaften des Fluids abgeleitet werden.
Wenn z. B. ein Paar derartiger Messeinheiten gleichzeitig identische Strömungsvolumina an den Positionen des Eintritts-Endpunkts und des Austritts Endpunkts einer Verbindung misst, kann angenommen werden, dass das gesamte Fluid, das an dem Eintritts-Endpunkt in die Verbindung eintritt, die Verbindung an dem Austritts-Endpunkt ohne Verluste verlässt. Da sich messbare Eigenschaften einer Fluidströmung zeitlich ändern können, müssen derartige Messungen zeitnah erfolgen, um Werte einer Eigenschaft, die an unterschiedlichen Positionen eines Fluid-Verteilungssystems erfasst werden, genau zu vergleichen.
Wenn eine Messeinheit an einer Austritts-Endpunktposition einer Verteilungsverbindung einen Wert misst, der kleiner ist als ein Wert der gleichen Eigenschaft, der an der Eintritts-Endpunktposition der Verbindung gemessen wird, kann angenommen werden, dass ein Teil des Fluids, das an der Eintritts-Endpunktposition der Verbindung in die Verbindung eingetreten ist, die Verbindung nicht durch ihre Austritts-Endpunktposition verlassen hat. Diese Beobachtung kann eine „verlustbehaftete” Verteilungsverbindung angeben, wobei die verlustbehaftete Verbindung Fluid an einer Position längs des Verbindungswegs verliert.
Ein Verlust, der längs des Wegs einer verlustbehafteten Verbindung auftritt, kann das Ergebnis von Ursachen sein, zu denen eine Leckage, eine Blockierung, Diebstahl oder eine Fehlfunktion oder ein Ausfall von bestimmten Komponenten des Fluid-Verteilungssystems gehören, darunter die Messeinrichtungen, Pumpen, Steuerungsmechanismen und die Infrastruktur des Systems, die sich längs des Wegs der verlustbehafteten Verbindung, längs des Wegs einer anderen Verbindung oder an einem Endpunkt oder einem Übergangspunkt befinden, der eine Verbindung begrenzt, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Daraus kann gefolgert werden, dass synchronisierte und genaue Messungen an beiden Endpunkten einer Verteilungsverbindung ausgeführt werden müssen. Unter Umständen sind derartige synchronisierte und genaue Messungen jedoch nicht möglich, wenn z. B. an beiden Endpunkten jeder Verteilungsverbindung, an jeder Verbindungsstelle, die mehrere Verteilungsverbindungen verbindet, und an jeder Quellen- und Zielposition keine zuverlässigen Messeinheiten installiert sind. Gegebenenfalls sind synchronisierte und genaue Messungen nicht möglich, wenn eine Messeinheit ausfällt, ungenaue, störungsbehaftete oder nichtkonsistente Messwerte erzeugt oder falsch kalibriert ist. Des Weiteren kann die Position einer Verluststelle zwischen Messeinheiten liegen, die an Positionen installiert sind, die zu weit entfernt sind, um die Verluststelle mit ausreichender Genauigkeit zu lokalisieren.
Ausführungsformen der vorlegenden Erfindung widmen sich diesen Problemen durch ein neuartiges Verfahren, ein System, ein Computerprogrammprodukt und einen Dienst zum Schätzen einer Position einer Verluststelle oder einer Größe eines Verlusts, wenn ein Messwert, der durch eine in der Fluidverteilung vorhandenen Messeinheit erzeugt wird, nicht vorliegt oder ungenau ist. Ein Fluid-Verteilungssystem, dem eine genaue Messeinheit an einer Messposition fehlt, kann als ein Baum grafisch dargestellt werden, der eine verborgene oder nicht gemessene Variable aufweist. Eine derartige grafische Darstellung kann einer analogen Gruppe von linearen oder nichtlinearen Gleichungen zugehörig sein, die gesammelte Messwerte einer verbogenen oder nicht gemessenen Eigenschaft des Fluid-Verteilungssystems oder des Fluids, das das System verteilt, betreffen.
Diese und andere Typen von grafischen oder mathematischen Darstellungen ermöglichen inferenzielle Prozeduren, die verwendet werden können, um einen genauen Wert der verborgenen oder nicht gemessenen Eigenschaft als eine Funktion von genau gemessenen Daten abzuleiten, und dieser abgeleitete Wert kann dann verwendet werden, um eine Position oder eine Größe eines Verlusts zu schätzen. Diese Verfahren können inferenzielle Prozeduren aufweisen, die einem Fachmann auf dem Gebiet der Analyse, des maschinellen Lernens, der linearen Programmierung und nichtlinearer Programmierung bekannt sind.
Die Genauigkeit derartiger Inferenzen kann verbessert werden, indem externe Faktoren berücksichtigt werden, die aus der Kenntnis von Grenzzuständen, früheren Erkenntnissen oder anderen Eigenschaften des Fluid-Verteilungssystems abgeleitet werden, oder durch Berücksichtigung von logischen Grundsätzen wie „Occam's Razor”, die begründen, dass eine einfachste Lösung aus einer Gruppe von möglichen Lösungen wahrscheinlich korrekt ist. Zu derartigen externen Faktoren können Wartungsdatensätze einer Verteilungsverbindung oder Datensätze einer früheren Nutzung; Alter, Typ, Konstruktion, Zusammensetzung, Ausführung oder Zustand von Infrastrukturkomponenten eines Fluid-Verteilungssystems; oder eine Vorgeschichte von früheren Ausfällen und Reparaturen an Positionen längs einer oder mehreren Verbindungen gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können derartige externe Faktoren und logische Grundsätze verwendet werden, um eine Wahrscheinlichkeit des Verlusts längs einer Verteilungsverbindung abzuleiten, die durch gesammelte Messwerte nicht genau beschrieben wurde, oder sie können verwendet werden, um die Anzahl von möglichen Positionen und die Höhe derartiger Verluste zu verringern.
Fachleute auf dem Gebiet der der mathematischen Modellierung oder des maschinellen Lernens sind mit Inference-Algorithmen vertraut, die verwendet werden können, um verborgene oder nicht gemessene Variable in grafischen Modellen und ähnlichen Darstellungen von Datensätzen zu schätzen. Zu diesen bekannten Algorithmen können gehören: lineare und nichtlineare Programmierung, Bayes'sche Variationsverfahren (kollektives Lernen), Meinungsverbreitung (Summenprodukt-Nachrichtenübergabe), Markov-Kette-Monte-Carlo- und Gibbs-Abtast-Algorithmen und Verzweigungsbaum-Zerlegungsverfahren, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Bayes'sche Variationsverfahren leiten z. B. Eigenschaften nichtbeobachteter Variablen in einem statistischen Modell ab, das durch ein grafisches Modell dargestellt werden könnte, und Meinungsverbreitung ist ein Typ eines Nachrichtenübergabe-Algorithmus, der eine Ableitung an einem grafischen Modell ausführt, das einen Binärbaum oder einen gerichteten Graphen aufweisen kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können aus diesen oder ähnlichen Algorithmen wählen auf der Grundlage der Art, wie ein Algorithmus rechentechnischen Aufwand und Genauigkeit in Einklang bringt und auf der Grundlage einer relativen Wirksamkeit eines Algorithmus bei einer erwarteten Größe oder einer erwarteten Komplexität eines Datensatzes, der durch ein grafisches Modell dargestellt wird.
Die vorliegende Erfindung kann jedes dieser oder ähnlicher Verfahren verwenden, um eine Position oder einen Betrag eines Verlustes an einer Position abzuleiten, die in einem Fluid-Verteilungssystem enthalten ist, wobei eine Eigenschaft einer Fluidströmung, die in dem Fluid-Verteilungssystem vorhanden ist, nicht genau gemessen wurde. Diese Ableitungen können durch grafisches Modellieren des Systems als eine oder mehrere Baum-Datenstrukturen, Lesen eines oder mehrerer Sätze von Messwerten von intelligenten Messeinrichtungen, die an Positionen des Verteilungssystems installiert sind, und Ableiten des Auftretens, der Position oder des Betrags eines Verlusts an einer Position, die in dem Fluid-Verteilungssystem vorhanden ist, oder längs einer Verteilungsverbindung, die in dem Fluid-Verteilungssystem vorhanden ist, durch die Anwendung mathematischer Prozeduren oder Algorithmen, die oben beschrieben wurden, oder als eine Funktion der Eigenschaften des Fluid-Verteilungssystems.
1 zeigt den Aufbau eines Computersystems und Computerprogrammcode, der verwendet werden kann, um ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem umzusetzen. 1 bezieht sich auf Objekte 101 bis 115.
Aspekte der vorliegenden Erfindung können die Form einer reinen Hardware-Ausführungsform, einer reinen Software-Ausführungsform (zu der Firmware, residente Software, Mikrocode usw. gehören) oder einer Ausführungsform annehmen, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, die hier alle allgemein als ”Schaltung”, ”Modus” oder ”System” bezeichnet werden können. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das ein oder mehrere computerlesbare physisch-materielle (z. B. Hardware) Medien oder Einheiten mit darauf gespeicherten computerlesbaren Programmcode aufweisen, wobei der computerlesbare Programmcode so eingerichtet ist, dass er durch einen Prozessor eines Computersystems ausgeführt wird, um die Verfahren der vorliegenden Erfindung umzusetzen. In einer Ausführungsform weisen das/die physisch-materiellen computerlesbaren Medien und/oder Einheiten (z. B. Hardware-Medien und/oder Einheiten), die den Programmcode speichern, wobei der Programmcode, der Verfahren der vorliegenden Erfindung umsetzt, im Allgemeinen kein Signal oder insbesondere kein vorübergehendes Signal aufweist.
Jede Kombination aus einem oder mehreren computerlesbaren Medien oder Einheiten kann verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Bei dem computerlesbaren Speichermedium kann es sich z. B. um ein/eine elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, -vorrichtung oder -einheit oder jede geeignete Kombination des Vorhergehenden handeln, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein. Zu spezifischeren Beispielen (eine nicht erschöpfende Liste) des computerlesbaren Speichermediums kann Folgendes gehören: eine elektrische Verbindung, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), ein Funkerkennungsetikett (RFID), ein tragbarer Compactdisk-Festwertspeicher (CD-ROM), eine optische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit oder jede geeignete Kombination des Vorhergehenden. Im Kontext dieses Dokuments kann ein computerlesbares Speichermedium jedes physisch-materielle Medium oder jede Hardware-Einheit sein, das bzw. die ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zur Befehlsausführung enthalten oder speichern kann.
Ein computerlesbares Signalmedium kann ein verbreitetes Datensignal mit computerlesbarem Programmcode enthalten, der darin verkörpert ist, z. B. ein Sendefunksignal oder digitale Daten, die über ein Ethernet-Kabel geleitet werden. Ein derartiges verbreitetes Signal kann jede von einer Vielzahl von Formen annehmen, zu denen elektromagnetische Signale, Lichtimpulse, die Modulation eines Trägersignals oder jede geeignete Kombination hiervon gehören, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Programmcode, der auf einem computerlesbaren Medium verkörpert ist, kann unter Verwendung jedes geeigneten Mediums übertragen werden, wozu drahtlose Datenübertragungsmedien, Lichtwellenleiterkabel, elektrisch leitende Kabel, elektromagnetische HF- oder Infrarot-Übertragungen oder jede geeignete Kombination aus dem Vorhergehenden gehören, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder Kombination aus einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben sein, zu denen Programmiersprachen wie Java, Smalltalk und C++ gehören, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein, und eine oder mehrere Scriptsprachen, zu denen Scriptsprachen wie JavaScript, Perl und PHP gehören, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein. Der Programmcode kann nur auf dem Computer eines Benutzers, teilweise auf dem Computer eines Benutzers, als ein eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Computer eines Benutzers und teilweise auf einem fernen Computer oder nur auf dem fernen Computer oder Server ausgeführt werden. In dem zuletzt genannten Szenario kann der ferne Computer mit dem Computer des Benutzers durch jeden Netzwerktyp verbunden sein, darunter ein Lokalbereichs-Netzwerk (LAN), ein Weitbereichs-Netzwerk (WAN), ein Intranet, ein Extranet oder ein Firmennetzwerk, das Kombinationen von LANs, WANs, Intranets und Extranets aufweisen kann, oder die Verbindung kann zu einem externen Computer (z. B. über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters) hergestellt werden.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind oben und nachfolgend unter Bezugnahme auf Ablaufplan-Darstellungen und/oder Blockschaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es ist klar, dass jeder Block der Ablaufplan-Darstellungen und/oder Blockschaubilder und Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplan-Darstellungen und/oder Blockschaubildern der 1 bis 4 durch Computerprogrammbefehle umgesetzt werden können. Diese Computerprogrammbefehle können einem Prozessor eines Mehrzweck-Computers, eines speziellen Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine zu bilden, so dass Befehle, die über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, Mittel zum Umsetzen der Funktionen/Wirkungen, die in dem Block oder den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds spezifiziert sind, erzeugen.
Diese Computerprogrammbefehle können außerdem in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Einheiten anweisen kann, in einer bestimmten Weise zu funktionieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsgegenstand produzieren, wozu Befehle gehören, die die Funktion/Wirkung umsetzen, die in dem Block/den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds spezifiziert sind.
Die Computerprogrammbefehle können außerdem in einen Computer, andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen oder andere Einheiten geladen werden, um eine Reihe von Operationsschritten zu bewirken, die auf dem Computer, der anderen programmierbaren Vorrichtung oder anderen Einheiten ausgeführt werden sollen, um einen mittels Computer umgesetzten Prozess zu erzeugen, so dass die Befehle, die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt werden, Prozesse zum Umsetzen der Funktionen/Wirkungen, die in dem Block oder Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds spezifiziert sind, bereitstellen.
Die Ablaufplan-Darstellungen und/oder Blockschaltbilder der 1 bis 4 veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb von möglichen Umsetzungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in dem Ablaufplan oder Blockschaltbildern ein Modul, Segment oder Abschnitt von Code, das/der einen oder mehrere ausführbare Befehle zum Umsetzen der spezifizierten logischen Funktionen) aufweist, repräsentieren. Es sollte außerdem angemerkt werden, dass in einigen alternativen Umsetzungen die in dem Block angegebenen Funktionen nicht in der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten können. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die nacheinander gezeigt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder die Blöcke können gelegentlich in Abhängigkeit von der beteiligten Funktionalität in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird außerdem angemerkt, dass jeder Block der Blockschaltbilder und/oder Ablaufplan-Darstellung und Kombinationen von Blöcken in den Blockschaltbildern und/oder der Ablaufplan-Darstellung durch auf spezielle Hardware gestützte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Wirkungen ausführen, oder Kombinationen aus spezieller Hardware und Computerbefehlen umgesetzt werden können.
In 1 weist ein Computersystem 101 einen Prozessor 103 auf, der über eine oder mehrere E/A-Schnittstellen 109 mit einem oder mehreren Hardware-Datenspeichereinheiten 111 und einer oder mehreren E/A-Einheiten 113 bis 115 verbunden ist.
Bei Hardware-Datenspeichereinheiten 111 kann es sich um Magnetbandlaufwerke, feststehende oder Wechsel-Festplatten, optische Platten, mit Speichern ausgestattete mobile Einheiten und Festkörper-Direktzugriffs- oder Festwert-Speichereinheiten handeln, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein. Zu E/A-Einheiten können gehören: Eingabeeinheiten 113 wie etwa Tastaturen, Scanner, handgehaltene Telekommunikationseinheiten, berührungsempfindliche Anzeigen, Tablets, biometrische Lesevorrichtungen, Joysticks, Trackballs oder Computermäuse, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein; und zu Ausgabeeinheiten 115 können gehören: Drucker, Platter, Tablets, Mobiltelefone, Anzeigen oder klangerzeugende Einheiten, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein. Datenspeichereinheiten 111, Eingabeeinheiten 113 und Ausgabeeinheiten 115 können entweder lokal oder an fernen Standorten angeordnet sein, an denen sie über eine Netzwerkschnittstelle mit der E/A-Schnittstelle 109 verbunden sind.
Der Prozessor 103 kann außerdem mit einer oder mehreren Speichereinheiten 105 verbunden sein, zu denen dynamischer RAM (DRAM), statischer RAM (SRAM), programmierbarer Festwertspeicher (PROM), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGA), sichere digitale Speicherkarten, SIM-Karten und andere Typen von Speichereinheiten gehören, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Wenigstens eine Speichereinheit 105 enthält gespeicherten Computer-Programmcode 107, der ein Computerprogramm darstellt, das auf einem Computer ausführbare Befehle aufweist. Der gespeicherte Computer-Programmcode enthält ein Programm, das ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umsetzt und kann andere Ausführungsformen umsetzen, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, wozu die in den 1 bis 4 veranschaulichten Verfahren gehören. Die Datenspeichereinheiten 111 können den Computer-Programmcode 107 speichern. In den Speichereinheiten 111 gespeicherter Computer-Programmcode 107 ist so beschaffen, dass er durch den Prozessor 103 über die Speichereinheiten 105 ausgeführt werden kann. Der Prozessor 103 führt den gespeicherten Computer-Programmcode 107 aus.
Somit offenbart die vorliegende Erfindung einen Prozess zum Unterstützen einer Computer-Infrastruktur, Integrieren, Aufnehmen, Unterhalten und Verwenden von computerlesbarem Code in dem Computersystem 101, wobei der Code in Kombination mit dem Computersystem 101 in der Lage ist, ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem auszuführen.
Jede der Komponenten der vorliegenden Erfindung könnte durch einen Dienstanbieter erzeugt, integriert, beherbergt, unterhalten, verwendet, verwaltet, bedient, unterstützt usw. werden, der anbietet, ein Verfahren in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Somit offenbart die vorliegende Erfindung eine Prozess zum Verwenden oder integrieren einer Datenverarbeitungsinfrastruktur, der das Integrieren von computerlesbarem Code in das Computersystem 101 aufweist, wobei der Code in Kombination mit dem Computersystem 101 in der Lage ist, ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem auszuführen.
Eine oder mehrere Datenspeichereinheiten 111 (oder eine oder mehrere zusätzliche Speichereinheiten sind in 1 nicht gezeigt) können als computerlesbare Hardware-Speichereinheiten verwendet werden, die ein darin verkörpertes computerlesbares Programm aufweisen und/oder andere darin gespeicherte Daten aufweisen, wobei das computerlesbare Programm gespeicherten Computer-Programmcode 107 aufweist. Im Allgemeinen kann ein Computerprogrammprodukt (oder alternativ ein Herstellungsgegenstand) des Computersystems 101 die computerlesbare Hardware-Speichereinheit aufweisen.
2 veranschaulicht eine grafische Darstellung einer Baum-Topologie eines Fluid-Verteilungssystems. 2 weist Objekte auf, die durch Bezugszeichen 201 bis 229 gekennzeichnet sind.
in 2 stellen kreisförmige Knoten des Baums intelligente Messeinrichtungen dar, die eine Quellen-Messeinrichtung S 201, Zwischen-Messeinrichtungen k 205, a 211 und b 213 und Ziel-Messeinrichtungen d1 223, d2 225, d3 227 und d4 229 aufweisen.
Bei diesem Beispiel stellt der Baum von 2 eine Verteilungsverbindung des Fluid-Verteilungssystems dar, die ein Paar von Messeinrichtungen des Fluid-Verteilungssystems als ein gerichteter Weg 203, 207, 209, 215, 217, 219 oder 221 verbindet. Jede Verteilungsverbindung ist durch eine vorgeschaltete Messeinrichtung an einem Punkt des Fluideintritts in die Verbindung und durch eine nachgeschaltete Messeinrichtung an einem Punkt des Fluidaustritts aus der Verbindung begrenzt. Die Richtung der Fluidströmung durch eine Verbindung von dem Eintrittspunkt der Verbindung zu dem Austrittspunkt der Verbindung ist in der Figur durch eine Richtung einer Pfeilspitze gezeigt, die an einem Weg gezeigt ist, der der Verbindung in dem Fluid-Verteilungssystem entspricht.
Die Verbindung k-b ist z. B. durch die vorgeschaltete Messeinrichtung k und die nachgeschaltete Messeinrichtung b begrenzt, und Fluid, das durch die Verbindung k-b strömt, die in 2 durch den Weg 209 gezeigt ist, strömt auf der Seite abwärts von der Messeinrichtung k, die durch den Knoten 205 dargestellt ist, zur Messeinrichtung b, die durch den Knoten 213 dargestellt ist, in der Richtung der Pfeilspitze des Wegs 209. In 2 sind intelligente Messeinrichtungen, die durch Knoten 201, 205, 211, 213 und 223 bis 229 dargestellt sind, willkürlich als Volumenstrom-Messeinrichtungen definiert, in anderen Ausführungsformen könnten diese Messeinrichtungen jedoch andere Typen von Daten wie etwa Fluidgeschwindigkeit, Fluidtemperatur, Fluiddruck oder eine Kombination hiervon aufzeichnen.
Der in 2 gezeigte Baum stellt ein Fluid-Verteilungssystem dar, bei dem die Verteilungsverbindung S-k 203 durch Messeinrichtungen S 201 und k 205 begrenzt ist, die Verteilungsverbindung k-a 207 durch Messeinrichtungen k 201 und a 205 begrenzt ist, die Verteilungsverbindung k-b 209 durch Messeinrichtungen k 205 und b 213 begrenzt ist, die Verteilungsverbindung a-d1 215 durch Messeinrichtungen a 211 und d1 223 begrenzt ist, die Verteilungsverbindung a-d2 217 durch Messeinrichtungen a 211 und d2 225 begrenzt ist, die Verteilungsverbindung b-d3 219 durch Messeinrichtungen b 213 und d3 227 begrenzt ist und die Verteilungsverbindung b-d4 221 durch Messeinrichtungen b 213 und d4 229 begrenzt ist.
In anderen Ausführungsformen können Messeinrichtungen in einem anderen Muster verteilt sein, wobei die Begrenzungen von Verteilungsverbindungen gemäß einem anderen Verfahren identifiziert werden, oder einige Verteilungsverbindungen sind gegebenenfalls nicht durch Messeinrichtungen begrenzt Verteilungsverbindungen können sequenziell kombiniert sein, um größere Verbindungen logisch zu bilden, oder sie können in Gruppen von logischen Teilverbindungen unterteilt sein. Die Verteilungsverbindung S-b könnte z. B. die Verbindungen 203 und 209 aufweisen und würde durch die Messeinrichtung S 201 und die Messeinrichtung b 213 begrenzt sein.
Bei anderen Ausführungsformen kann eine Fluid-Verteilung durch ein anderes grafisches Modell oder einen anderen Typ des grafischen Modells dargestellt werden oder könnte nicht durch ein grafisches Modell dargestellt werden.
3 ist ein Ablaufplan, der Schritte eines Verfahrens zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem durch Sparsity-Lösungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 3 weist die Schritte 301 bis 309 auf. Jeder dieser Schritte kann durch einen einzelnen Prozessor eines Computersystems ausgeführt werden oder kann unter einer Vielzahl von Prozessoren eines Computersystems oder unter einer Vielzahl von Computersystemen unterteilt sein. In einigen Ausführungsformen können alle oder einige dieser Prozessoren und Computersysteme im gesamten Fluidmesssystem verteilt sein, können in Messeinheiten eingebettet oder an diesen angebracht sein oder können sich an einer Position befinden, die von der des Fluid-Verteilungssystems verschieden ist.
Im Schritt 301 wird eine grafische Darstellung eines Fluid-Verteilungssystems gemäß den oben beschriebenen Verfahren entworfen. In der grafischen Darstellung, die in dem Beispiel von 2 gezeigt ist, kann das dargestellte Fluid-Verteilungssystem an jedem der Knoten 201, 205, 211, 213 und 223 bis 229 eine intelligente Messeinrichtung aufweisen, jedoch müssen genaue Messwerte nicht ständig von jeder dieser Messeinrichtungen zur Verfügung stehen. in anderen Ausführungsformen kann ein Fluid-Verteilungssystem durch mehrere grafischen Darstellungen dargestellt sein, ein Fluid-Verteilungssystem kann durch andere Typen von grafischen Darstellungen dargestellt sein oder ein Fluid-Verteilungssystem muss nicht grafisch dargestellt sein.
Der Schritt 303 beschreibt den Schritt zum Sammeln von Messwerten von Messpositionen, die jeweils eine Verteilungsverbindung des intelligenten Fluid-Verteilungssystems begrenzen, das durch 2 dargestellt ist. Diese Messwerte werden von intelligenten Messeinrichtungen gesammelt, die einen Messwert in Echtzeit melden oder die eine Reaktionslatenzzeit aufweisen, die gering genug ist, um eine Echtzeitmeldung anzunähern, so dass die Messwerte die Ableitung von Informationen über Fluidströmungen, darunter die Position und die Größe von Verlusten, ermöglichen können, die zu dem Zeitpunkt, an dem die Messwerte aufgenommen und gemeldet werden, näherungsweise genau sind. Bei diesen Messwerten kann es sich um Fluidströmungsraten, Fluidströmungsvolumina oder andere Typen von messbaren Angaben handeln, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Eine Menge oder eine Teilmenge dieser Messwerte kann an Zeitpunkten gesammelt werden, die nahezu identisch sind oder die synchronisiert sind, wobei die Menge oder Teilmenge wenigstens einen Messwert von jeder der wenigstens zwei der intelligenten Messeinrichtungen aufweist. Diese zeitliche Einschränkung kann Schlussfolgerungen über die Fluidströmung zwischen Messpositionen der wenigstens zwei Messeinrichtungen oder an anderen Positionen in dem Fluid-Verteilungssystem näherungsweise zu den Zeitpunkten ermöglichen, an denen die Messwerte aufgenommen oder gemeldet werden.
Wenn es nicht möglich ist, eine Menge von Messwerten innerhalb einer Schwellen-Zeitspanne zu sammeln, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die eine ausreichende Anzahl von genauen Messwerten analysieren, in der Lage sein, mathematische oder statistische Verfahren zu verwenden, um Fehler in anderen Messwerten, die durch das Fehlen einer Synchronisation der Messwert-Sammelzeitpunkte bewirkt werden, zu identifizieren und zu korrigieren.
In einigen Ausführungsformen können mehrere Mengen oder Teilmengen dieser Messwerte über eine längere Zeitperiode gesammelt und gemeinsam analysiert werden, um zusätzliche Messdaten bereitzustellen, die die Genauigkeit oder Präzision von Verlustschätzungen verbessern können. Die Messwerte, die eine gleiche Menge oder Teilmenge aus den mehreren Mengen oder Teilmengen aufweisen, sollten jedoch den oben beschriebenen Synchronisations- und Zeitbeschränkungen entsprechen. Jede Menge oder Teilmenge aus den mehreren Mengen oder Teilmengen können Messwerte aus einer anderen Teilmenge aus der Menge von intelligenten Messeinrichtungen 201, 205, 211, 213 und 223 bis 229 aufweisen.
Die Schritte 305 bis 309 beschreiben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die das Identifizieren einer Verteilungsverbindung ermöglichen, längs der ein starker Verlust auftritt, selbst wenn die im Schritt 303 gesammelten Messwerte diese Verbindung oder diesen Verlust nicht direkt oder genau identifizieren.
In einem umfangreichen Fluid-Verteilungssystem kann eine kleine Anzahl von „verlustbehafteten” Verteilungsverbindungen infolge von Beschädigung, Blockierung, Ausfall oder Fehlfunktion, Diebstahl, innewohnender Unwirksamkeiten oder aus anderen Gründen hohe Verluste aufweisen. Wenn jedoch ein Fluid, das in eine derartige verlustbehaftete Verbindung einströmt und aus dieser ausströmt, nicht durch ein Paar Messeinrichtungen, die sich an gegenüberliegenden Enden der Verbindung befinden, direkt und genau gemessen wird, können diese Verluste nicht einfach oder schnell erfasst, lokalisiert oder quantifiziert werden. im Allgemeinen erfordert das Identifizieren derartiger Verluste und derartiger verlustbehafteter Verbindungen ein Verfahren, das Funktionen von gesammelten Messwerten der Messeinrichtung mit unbekannter Genauigkeit verwendet, um Messungenauigkeiten zu korrigieren und längs Verbindungen auftretende Verluste zu schätzen, die nicht gemessen werden oder durch eine Messeinrichtung mit ungenauer Zuverlässigkeit gemessen werden.
In einem praktisch ausgeführten, möglicherweise verlustbehafteten Fluid-Verteilungssystem, bei dem reale Messwerte infolge von Störungen fehlerbehaftet sein können, aus anderen Gründen ungenau oder inkonsistent sein können oder an bestimmten Positionen oder zu bestimmten Zeiten nicht verfügbar sein können, kann sich ein gemessener Wert von einem idealen gemessenen Wert unterscheiden, der in einem perfekten, störungsfreien und verlustlosen System erwartet werden würde, wobei weder der gemessene Wert noch der ideale Wert einen wahren Wert identifizieren könnte, der eine reale Strömung von Fluid durch das praktisch ausgeführte, möglicherweise verlustbehaftete System genau kennzeichnen würde.
Ein derartiges reales System kann daher durch verborgene oder unbekannte wahre Werte von kennzeichnenden Parametern wenigstens teilweise gekennzeichnet werden, und diese verborgenen oder unbekannten wahren Werte müssen identifiziert werden, um die Position und die Größe eines Verlusts, einer Leckage oder einer Blockierung genau zu schätzen. Die Sparsity-Grundsätze (Grundsätze eines geringen Vorkommens), die hier beschrieben werden, legen fest, dass diese verborgenen oder unbekannten wahren Werte durch ein Minimieren der Anzahl der von null verschiedenen Unterschiede zwischen wahren und gemessenen Werten geschätzt werden können.
Diese Minimierungsfunktion kann ein Beispiel eines berechnungstechnisch undurchführbaren kombinatorischen Problems sein, das in polynomialer Zeit nicht gelöst werden kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lösen dieses Problem durch das Einsetzen von berechnungstechnisch machbaren Verfahren, die eine korrekte Lösung in einem Fluid-Verteilungssystem identifizieren können, das bestimmte Kriterien erfüllt, die Sparsity-Beschränkungen (Beschränkungen eines geringen Vorkommens) aufweisen können. Zu diesen berechnungstechnisch machbaren Verfahren gehören L0-Minimierung, L1-Minimierung und L2-Minimierung, wobei L1-Minimierung bei der Anwendung auf ein System linearer Gleichungen eine minimierte Lösung für ein analoges kombinatorisches Problem in Systemen erzeugen kann, die störungsfreie Messeinheiten aufweisen, und L2-Minimierung bei Anwendung auf ein System analoger nichtlinearer Gleichungen eine minimierte Lösung für ein kombinatorisches Problem in Systemen erzeugen kann, die störungsbehaftete Messeinheiten aufweisen.
In den Schritten 305 bis 309 werden bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diese neuartige Technik durch eine Optimierungs- und Ableitungsprozedur umgesetzt, die einen Satz linearer oder nichtlinearer Gleichungen ableitet, bei der es sich um eine Funktion eines grafischen Modells handeln kann, das im Schritt 301 erzeugt wurde, und eine weitere Funktion von möglicherweise ungenauen Messwerten sein kann, die im Schritt 303 gesammelt wurden. Eine Menge von Lösungen für diesen Satz von Gleichungen kann dann auf eine optimale „minimierte” Lösung (oder eine nahezu optimale Annäherung an die optimale Lösung) reduziert werden, indem ein lineares oder nichtlineares Programm auf der Grundlage des Satzes von Gleichungen gelöst wird, wobei diese minimierte Lösung eine optimale „sparsest” Lösung (Lösung mit einem „geringsten Vorkommen”) darstellt, bei der die größte Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie die Position und die Größe von Verlusten in dem Fluid-Verteilungssystem genau schätzt. Diese Optimierung weist des Minimieren der Größe von Fehlern in den gesammelten Messwerten auf und kann ferner das Anwenden einer bekannten Minimierung wie die oben beschriebene aufweisen, um eine Näherungslösung zu identifizieren.
Unter Umständen ist eine „sparsest” Lösung allgemein nicht eindeutig und ist keine korrekte Lösung. Wenn jedoch ein Fluid-Verteilungssystem eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Verlusten aufweist, wie das häufig in realen Systemen der Fall ist, kann eine Lösung für eine sparsest Lösung eine wirkungsvolle Art sein, um eine optimale oder nahezu optimale Lösung zu identifizieren, bei der die größte Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie Positionen und Größen von Verlusten genau schätzt. Selbst wenn bei einem System eine größere Anzahl von Verlusten auftritt, kann dieses Verfahren wirkungsvoll sein, wenn die Verluste nicht nahe einer Verzweigungsposition oder einer Übergangsposition des Fluid-Verteilungssystems gebündelt auftreten.
Formale inferenzielle Verfahren können ferner in einem System, das als ein Baum grafisch dargestellt werden kann, ein Schätzen von Werten und dem Verteilen von verborgenen oder nicht gemessenen Variablen in dem Baum als eine Funktion einer Teilmenge von gemessenen Werten ermöglichen. Wenn somit in den Ausführungsformen der 2 und 3 die Schritte 305 bis 309 mehrere wahrscheinliche Lösungen mit geringem Vorkommen (multiple likely sparse solutions) oder eine Lösung mit geringstem Vorkommen (sparsest solution) identifizieren, die keine korrekte Lösung darstellt, kann es möglich sein, des Weiteren eine eindeutige korrekte oder wahrscheinlichste Lösung abzuleiten, indem „frühere Informationen” über das Fluid-Verteilungssystem berücksichtigt werden. Wie oben beschrieben können zu bekannten Ableitungsalgorithmen, die derartige Funktionen ausführen können, gehören: Meinungsverbreitung (Summenprodukt-Nachrichtenübergabe), Bayes'sche Variationsverfahren (kollektives Lernen), Markov-Kette-Monte-Carlo- und Gibbs-Abtast-Algorithmen und Verzweigungsbaum-Zerlegungsverfahren, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Im Schritt 305 kann eine Teilmenge von Datensätzen der im Schritt 301 gesammelten Messwerte verwendet werden, um ein System linearer Gleichungen zu erzeugen. Dieses Erzeugen kann eine Funktion von Strömungserhaltungsgleichungen aufweisen, die einem Fachmann auf dem Gebiet der Fluiddynamik, der Analyse oder der Entwicklung von Fluid-Verteilungssystemen bekannt ist. Wenn die Komplexität des Fluid-Verteilungssystems groß ist, kann bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stattdessen ein System nichtlinearer Gleichungen erzeugt werden, das mit Verfahren gelöst wird, die eine L2-Minimierung aufweisen, wobei diese Verfahren zu den nachfolgend beschriebenen analog sein können.
Bei einem Verfahren zum Erzeugen eines Systems nichtlinearer Gleichungen ist einer Verteilungsverbindung i eine dimensionslose Durchflussrate α_i zugehörig, die eine Mengen-Ausströmrate_i von Fluid, das aus der Verbindung i strömt, als eine Funktion einer Menge des Fluids, das in die Verbindung i strömt, identifiziert. Bei diesem Beispiel wird eine Durchflussrate α_i der Verteilungsverbindung i definiert als: α_i = Ausströmrate_i/Einströmrate_i wobei die Einströmrate_i eine Strömungsrate von Flüssigkeit in die Verteilungsverbindung i bezeichnet und die Ausströmrate_i eine Strömungsrate von Flüssigkeit aus der Verteilungsverbindung i bezeichnet. Bei anderen Ausführungsformen kann die Durchflussrate anders definiert sein oder andere Eigenschaften der Fluidströmung durch die Verbindung i wie etwa das Volumen der Strömung können in ähnlicher Weise analysiert werden. Wenn bei einem Beispiel Messeinheiten eine Eingangsströmung von 189,3 Liter/Sekunde, die in eine Verbindung i strömt, und eine Ausgangsströmung von 170,3 Liter/Sekunde, die aus der Verbindung I strömen, messen, beträgt
α_i = (170,3 Liter/Sekunde/189,3 Liter/Sekunde) = 0,9, was eine Durchflussrate von 90% darstellt.
Bei einem Beispiel auf der Grundlage des Verfahrens von Schritt 305 und 2 sollen vier Wurzel-Blatt-(ursprüngliche Quelle zum endgültigen Ziel)Durchflussraten α_S-d1, α_S-d2, α_S-d3, und α_S-d4, ermittelt werden, wobei: α_S-d1 eine Durchflussrate zwischen der Messeinrichtung S 201 und der Messeinrichtung d1 223 längs eines Wegs bezeichnet, der die Verteilungsverbindungen 203, 207 und 215 aufweist; α_S-d2 eine Durchflussrate zwischen der Messeinrichtung S 201 und der Messeinrichtung d2 225 längs eines Wegs bezeichnet, der die Verteilungsverbindungen 203, 207 und 217 aufweist; α_S-d3 eine Durchflussrate zwischen der Messeinrichtung S 201 und der Messeinrichtung d3 227 längs eines Wegs bezeichnet, der die Verteilungsverbindungen 203, 209 und 219 aufweist; und α_S-d4 eine Durchflussrate zwischen der Messeinrichtung S 201 und der Messeinrichtung d4 229 längs eines Wegs bezeichnet, der die Verteilungsverbindungen 203, 209 und 221 aufweist.
Bei diesem Beispiel können die Durchflussraten aller Verteilungsverbindungen 203, 207, 209, 215, 217, 219 und 221 von 2 genau geschätzt werden, wenn eine Menge von bekannten genauen Messwerten von allen Messeinrichtungen 201, 205, 211, 213 und 223 bis 229 gesammelt werden, und wobei alle Messwerte, die an diesen Messeinrichtungen gesammelt werden, zu Zeitpunkten genommen werden, die in eine Zeitpanne fallen, die klein genug ist, dass die Menge von Messwerten näherungsweise eine Menge von gleichzeitigen Messwerten einer einzelnen Fluidströmung darstellt. Der obere Schwellenwert einer derartigen Zeitspanne ist ein von der Ausführung abhängiger Wert, der durch spezielle Strömungseigenschaften, die Topologie, die Messeinrichtungsanordnung, die tatsächliche Fluideinströmung und Verbrauchsmuster des Fluid-Verteilungssystems oder andere Faktoren festgelegt sein kann.
Bei einem trivialen Beispiel ist es möglich, eine Durchflussrate einer Verteilungsverbindung α_S-d1, die durch ein Paar genauer Messeinrichtungen S 201 und d1 223 begrenzt wird, als Funktion eines Paars von näherungsweise gleichzeitigen Messungen von den beiden genauen begrenzenden Messeinrichtungen 201 und 223 zu berechnen. In diesem Fall identifiziert eine Differenz zwischen einem gemessenen Eingangswert und einem gemessenen Ausgangswert direkt einen Verlust von Fluid, der längs einer Verteilungsverbindung zwischen der Eingangs-Messeinrichtung und der Ausgangs-Messeinrichtung, und eine Durchflussrate kann durch das oben beschriebene Verfahren aus diesen Werten abgeleitet werden.
Es ist jedoch nicht so einfach, eine Durchflussrate über einen komplexeren Weg zu identifizieren, der mehrere möglicherweise nichtgemessene oder ungenau gemessene Verteilungsverbindungen, Übergänge, parallele Verlustpunkte oder andere Komplikationsfaktoren aufweist. Wenn zum Beispiel in 2 die Messeinrichtung b 213 keine genauen Messwerte erzeugt, könnte ein Verlust längs der Verteilungsverbindung 209 nicht in einfacher Weise von einem Verlust längs der Verbindung 219 oder längs der Verbindung 221 unterschieden werden.
Bei dem Fluid-Verteilungssystem und der grafischen Darstellung von 2 könnte der Schritt 305 von 3 somit Erzeugungssysteme von linearen oder nichtlinearen Gleichungen umfassen, die Funktionen von synchronisierten Mengen von Messwerten sind, die im Schritt 301 gesammelt wurden, wobei jede Gleichung in dem Gleichungssystem einer Menge von synchronisierten Messwerten entsprechen kann.
In dem aktuellen Beispiel weist eine Menge von gesammelten Messwerten einen Messwert von jeder Messeinrichtung aus der Menge von Messeinrichtungen 201, 205, 211, 213 und 223 bis 229 auf, wobei alle Messwerte aus dieser Menge von Messwerten in einer Zeitspanne genommen werden, die kurz genug ist, dass die Menge von Messwerten näherungsweise gleichzeitige Messungen einer einzigen Strömung durch die gemessenen Verbindungen darstellen kann.
Dabei ist der gesammelte Messwert m(S, t0) ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung S zum Zeitpunkt t0 erfolgt, der gesammelte Messwert m(d1, t1) ist ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung d1 223 zum Zeitpunkt t1 erfolgt, der gesammelte Messwert m(d2, t2) ist ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung d2 225 zum Zeitpunkt t2 erfolgt, der gesammelte Messwert m(d3, t3) ist ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung d3 227 zum Zeitpunkt t3 erfolgt, der gesammelte Messwert m(d4, t4) ist ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung d4 229 zum Zeitpunkt t4 erfolgt, der gesammelte Messwert m(k, t5) ist ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung k 205 zum Zeitpunkt t5 erfolgt, der gesammelte Messwert m(a, t6) ist ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung a 211 zum Zeitpunkt t6 erfolgt, der gesammelte Messwert m(b, t7) ist ein Volumen der Strömungsmessung, die durch die Messeinrichtung b 213 zum Zeitpunkt t7 erfolgt, wobei die Messzeitpunkte t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6, und t7 dicht genug beieinander liegen, dass die Menge von acht Messwerten näherungsweise eine Menge von gleichzeitigen Messwerten derselben Strömung darstellt.
Wenn alle diese Messwerte zur Verfügung stehen und genau sind, können Durchflussraten für die Verbindung 203 zwischen der Messeinrichtung S 301 und der Messeinrichtung k 205, für die Verbindung 207 zwischen der Messeinrichtung k 205 und der Messeinrichtung a 211, für die Verbindung 209 zwischen der Messeinrichtung k 205 und der Messeinrichtung b 213, für die Verbindung 215 zwischen der Messeinrichtung a 211 und der Messeinrichtung d1 223, für die Verbindung 217 zwischen der Messeinrichtung a 211 und der Messeinrichtung d2 225, für die Verbindung 219 zwischen der Messeinrichtung b 213 und der Messeinrichtung d3 227 und für die Verbindung 221 zwischen der Messeinrichtung b 213 und der Messeinrichtung d4 229 identifiziert werden.
Diese Berechnungen identifizieren somit eine Menge von direkt gemessenen Durchflussraten:
α_k = m(k, t1)/m(S, t0) = Durchflussrate über die Verbindung 203
α_a = m(a, t6)/m(k, t5) = Durchflussrate über die Verbindung 207
α_b = m(b, t7)/m(k, t5) = Durchflussrate über die Verbindung 209
α_d1 = m(d1, t1)/m(a, t6) = Durchflussrate über die Verbindung 215
α_d2 = m(d2, t2)/m(a, t6) = Durchflussrate über die Verbindung 217
α_d3 = m(d3, t3)/m(b, t7) = Durchflussrate über die Verbindung 219
α_d4 = m(d4, t4)/m(b, t7) = Durchflussrate über die Verbindung 221
Wenn bei einem weiteren Beispiel eine Menge von näherungsweise gleichzeitigen Messwerten von der Quellen-Messeinrichtung S 201 und von vier Ziel-Messeinrichtungen d1 223, d2 225, d3 227 und d4 229 gesammelt wird, kann man versuchen, in ähnlicher Weise Quelle-Ziel-Durchflussraten (oder „Wegverhältnisse” (path gains)) α_S-d1, α_S-d2, α_S-d3, α_S-d4 längs der zusammengesetzten vier Verteilungsverbindungen zu identifizieren, die an der Quelle S 201 beginnen und die jeweils an einem der Zielorte d1 223, d2 225, d3 227 bzw. d4 229 enden:
α_S-d1 = m(d1, t1)/m(S, t0)
α_S-d2 = m(d2, t2)/m(S, t0)
α_S-d3 = m(d3, t3)/m(S, t0)
α_S-d4 = m(d4, t4)/m(S, t0)
Die Verwendung dieser Messwerte und Durchflussraten, um die Position und die Größe von Verlusten genauer zu identifizieren, könnte jedoch nicht ganz so einfach sein, wenn keine zuverlässigen Messwerte von dazwischen liegenden Übergangspositionen zur Verfügung stehen, die mehr als zwei Verteilungsverbindungen verbinden. Wenn z. B. die Messeinrichtungen k 205, a 211 und b 213 nicht zur Verfügung stehen oder unzuverlässige Messwerte erzeugen, kann es unklar sein, ob sich eine Leckage zwischen der Messeinrichtung S 201 und der Messeinrichtung d1 223 längs der Verbindung 203, der Verbindung 207 oder der Verbindung 215 befindet.
Die Prozedur des Schritts 305 widmet sich diesem Problem durch Schätzen von Durchflussraten für eine Verteilungsverbindung 203, 207, 209, 215, 217, 219 oder 221, wenn keine zuverlässigen Messwerte von jedem Knoten längs eines Wegs zur Verfügung stehen, der die Verbindung aufweist. Bei diesem Beispiel erfordert diese Ausgabe die Ableitung eines Satzes linearer Gleichungen. Bei anderen Beispielen können analoge nichtlineare Gleichungen oder eine Kombination aus analogen linearen und analogen nichtlinearen Gleichungen abgeleitet werden.
Bei diesem Beispiel weist der Satz linearer Gleichungen die Gleichung (1) auf, die eine direkte Anwendung des Gesetzes der Strömungserhaltung ist, das festlegt, dass die Summe aller Strömungen in eine Leitung hinein gleich der Summe aller Strömungen aus der Leitung heraus sein muss, wobei diese Strömungen Verluste aufweisen, die längs der Leitung auftreten. Die linearen Gleichungen (2) bis (5) werden aus der Beobachtung abgeleitet, dass die Durchflussrate der Verteilungsverbindung das Produkt aus den Durchflussraten der Teilverbindungen ist, wenn eine Verteilungsverbindung zwei oder mehr Teilverbindungen aufweist.
In anderen Fällen stehen unterschiedliche Teilmengen von Messeinheiten gegebenenfalls nicht zur Verfügung oder sind unzuverlässig sein. In diesen Fällen kann der Schritt 305 einen ähnlichen Satz linearer oder nichtlinearer Gleichungen erzeugen, der einen anderen Satz von verborgenen oder unbekannten Werten aufweist, wobei Lösungen für den ähnlichen Satz einen anderen Satz von unbekannten Wegverhältnissen oder Durchflussraten des Fluid-Verteilungssystems identifiziert.
Es soll z. B. ein Fall betrachtet werden, bei dem ein Verlust an einer unbekannten Position längs einer zusammengesetzten Verbindung S-b auftritt, wobei die zusammengesetzte Verbindung S-b die Messeinrichtung S 201 und die Messeinrichtung b 213 über die Teilverbindung 203 und die Teilverbindung 209 verbindet. Wenn die Messeinrichtung k 205 von 2 nicht zur Verfügung steht oder unzuverlässig ist, könnte ein Verfahren, das zum Schätzen einer Position oder einer Größe eines Verlusts ausschließlich auf beobachtbare Messwerten vertraut, zuverlässige Messwerte von der Messeinrichtung S 201 und der Messeinrichtung b 213 verwenden, um eine Durchflussrate längs der zusammengesetzten Verbindung S-b zwischen S 201 und b 213 zu identifizieren. Die Nichtverfügbarkeit von zuverlässigen Messwerten von der Messeinrichtung k 205 verhindert jedoch eine genaue Identifizierung von einzelnen Durchflussraten längs der Teilverbindung 203 und der Teilverbindung 209, wodurch es schwierig oder unmöglich ist, die Position eines Verlusts mit einer Genauigkeit zu identifizieren, die zum Feststellen ausreichend ist, welche der Teilverbindungen 203 oder 209 verlustbehaftet ist.
Das Verfahren des Schritts 305 könnte sich diesem Problem widmen durch das Hinzufügen von linearen Gleichungen (6) bis (8). Die Gleichung (6) gibt ein Erhaltungsgesetz wieder analog von jenem der Gleichung (1), ergibt jedoch eine Durchflussrate α_S-b, wobei α_S-b ein Fluid kennzeichnet, das über die zusammengesetzte Verbindung S-b von der Quellenposition S 201 über die Zwischenposition k 205 zur Zielposition b 213 strömt.
Die Gleichung (7) gibt ein ähnliches Erhaltungsgesetz wieder, das einen unbekannten Wert einer Strömung durch den Punkt b 213 ausdrückt, das ihn als eine Summe von messbaren Strömungen an den Punkten d3 227 und d4 229 definiert. Die Gleichung (8) drückt die Durchflussrate α_S-b als Produkt aus einer Durchflussrate der Teilverbindung 205 zwischen S 201 und k 205 und einer Durchflussrate der Teilverbindung 209 zwischen k 205 und b 213 aus.
Die resultierenden Gleichungen (6) bis (8) ermöglichen im Schritt 307 das Identifizieren eines Satzes möglicher Werte von α_S-b durch direkte mathematische Prozeduren, die einem Fachmann auf dem Gebiet des Aufbaus von Fluid-Verteilungssystemen oder der linearen Algebra bekannt sind.
Das Lösen eines Satzes linearer Gleichungen, der im Schritt 305 erzeugt wird, ergibt möglicherweise nicht nur eine Lösung. Diese Gleichungen können stattdessen mehrere Sätze von möglichen Werten für Variable, ergeben, die Durchflussraten darstellen, oder für Variable, die zum Identifizieren von Durchflussraten verwendet werden können. Die Schritte 307 und 309 verringern die Anzahl möglicher Lösungen in einem derartigen Lösungssatz auf eine oder mehrere „Sparse”-Lösungen (Lösungen mit „geringem Vorkommen”), bei denen die größte Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie die Position oder die Größe eines Verlusts genau schätzen.
Im Schritt 307 wird ein System von im Schritt 305 erzeugter linearer Gleichungen gelöst, um einen Lösungssatz möglicher Werte von Durchflussraten zu erzeugen, die von gesammelten Messwerten möglicherweise nicht direkt abgeleitet werden können. Dieses System linearer Gleichungen kann durch Anwenden von direkten mathematischen Prozeduren gelöst werden, die einem Fachmann auf dem Gebiet des Aufbaus von Fluid-Verteilungssystemen oder der linearen Algebra bekannt sind.
Bei Ausführungsformen, bei denen ein Fluid-Verteilungssystem durch ein ähnliches System nichtlinearer Gleichungen beschrieben wird, können ähnliche oder analoge bekannte mathematische Prozeduren verwendet werden, um einen ähnlichen Lösungssatz zu erzeugen.
Im Schritt 309 wird ein Lösungssatz vom Schritt 307 optimiert, um eine sparsest Lösung durch das Anwenden von mathematischen Techniken, die einem Fachmann auf dem Gebiet der linearen Programmierung oder der kombinatorischen Optimierung bekannt sind, oder durch eine Verarbeitung des Lösungssatzes durch ein handelsübliches Optimierungs-Softwarepaket wie z. B. IBM ILOG CPLEX Optimization Studio zu erzielen.
Das Verfahren von Schritt 309 gründet sich auf eine Annahme, dass Verluste in einem Fluid-Verteilungssystem im Allgemeinen ungewöhnliche Ereignisse sind, die längs einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Verteilungsverbindungen auftreten. Diese Annahme beschränkt einen Satz von Lösungen auf ein Problem zum Identifizieren einer Durchflussrate längs eines nicht gemessenen Wegs einer Verteilungsverbindung durch das Begrenzen des Satzes von Lösungen auf einen minimierten Satz von „sparsest” Lösungen, wobei die Begrenzung eine Funktion einer Einschränkung ist, dass die Anzahl von zu identifizierenden Durchflussraten in Bezug auf die Gesamtanzahl von Durchflussraten, die eine lokale Topologie des Fluid-Verteilungssystems kennzeichnen, klein ist.
Bei einigen Umsetzungen können die Ressourcenanforderungen einer Sparsity-Minimierungsprozedur (Prozedur zum Minimieren eines geringen Vorkommens) unzulässig sein. In diesen Fällen können weniger rechenintensive mathematische Prozeduren eingesetzt werden, die bestimmte Einschränkungen einer kombinatorischen Sparsity-Minimierungsprozedur erleichtern, um eine minimale Lösung anzunähern oder zu identifizieren.
Bei diesen bekannten, weniger rechenintensiven „entspannten” mathematischen Techniken kann es sich um L1-Minimierung handeln, die an einem linearen Programm ausgeführt werden kann, das bekannte Werte und verborgene Werte aufweist, und bei der in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein bekannter Wert einen genauen Wert aufweisen kann, der durch eine Messeinheit gemeldet wird, und ein verborgener Wert kann einen verfälschten, unbekannten, unzuverlässigen oder nicht verfügbaren Messwert aufweisen.
Die L1-Optimierung kann die beste Wahl darstellen, wenn eine Anzahl von verborgenen Werten klein ist in Bezug auf eine Anzahl von bekannten Werten. Außerdem können jedoch andere bekannte weniger rechenintensive Techniken ausgewählt werden, und die Auswahl einer derartigen Technik kann in Abhängigkeit einer Eigenschaft eines Messwerts, wie etwa der Störgröße des Messwerts, oder kann in Abhängigkeit von anderen Eigenschaften des Verteilungssystems erfolgen.
Bei diesen bekannten, weniger rechenintensiven „entspannten” mathematischen Techniken kann es sich außerdem um L2-Minimierung handeln, die an einem Programm nichtlinearer Gleichungen ausgeführt werden kann, um Sparse-Lösungen (Lösungen mit geringem Vorkommen) auszuwählen, die die Größe von Fehlern in Variablenwerten, die die nichtlinearen Gleichungen aufweisen, minimal machen. Die L2-Minimierung kann genauere Ergebnisse in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugen, bei denen größere Anzahlen von Messwerten gesammelt wurden und bei denen Fehler in diesen Messwerten bekannt sind oder deren Vorhandensein angenommen wird, wie etwa in einem Fluid-Verteilungssystem, das Messeinheiten aufweist, die störungsbehaftet sind oder geringe Toleranzen aufweisen.
Bei diesen Umsetzungen kann es sich um Umsetzungen handeln, bei denen Messeinheiten keine genauen oder konsistenten Messwerte erzeugen, bei denen Messwerte von einer Position des Fluid-Verteilungssystems nicht zur Verfügung stehen, bei denen Messwerte an Zeitpunkten gesammelt werden, die nicht in eine bestimmte Schwellen-Zeitspanne fallen, oder bei denen andere Versäumnisse oder bekannte oder vermutete Fehler in Messwerten vorhanden sind, die von Messeinheiten gesammelt werden, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Wenn eine L1-Minimierungsoperation an einem linearen Programm ausgeführt wird, das in den Schritten 305 und 307 abgeleitet wurde, kann die L1-Minimierungsoperation eine sparsest Lösung identifizieren, bei der die größte Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie genaue Werte für nicht gemessene oder unzuverlässige Durchflussraten schätzt. Wenn eine L2-Minimierungsoperation an einem nichtlinearen Programm ausgeführt wird, das in den Schritten 305 und 307 abgeleitet wurde, kann die L2-Minimierungsoperation eine sparsest Lösung identifizieren, bei der die größte Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie genaue Werte für nicht gemessene oder unzuverlässige Durchflussraten schätzt.
Diese Sparsity-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 3 beschrieben ist, identifiziert und korrigiert somit unbekannte oder ungenaue Durchflussraten in einem Fluid-Verteilungssystem, wobei einige Durchflussraten nicht genau gemessen wurden, indem Fehler in „verborgenen”, nicht zur Verfügung stehenden oder ungenauen gemessenen Werten minimiert werden.
In Fällen, bei denen die sparsest Lösung nicht eindeutig oder nicht vollkommen korrekt ist, können externe Faktoren oder frühere Informationen wie oben beschrieben über das Fluid-Verteilungsnetz verwendet werden, um eine eindeutige korrekte Lösung aus einem Satz von Sparse-Lösungen auszuwählen, der durch eine Minimierungsoperation vom Schritt 309 identifiziert wird.

Claims

Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist: einen Prozessor eines Computersystems, der eine Vielzahl von Messwerten von einer Vielzahl von Messeinheiten empfängt, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen strömt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt oder genau identifiziert; und wobei der Prozessor die Vielzahl von Messwerten analysiert, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate in Abhängigkeit von der Vielzahl von Messwerten identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaft das Strömungsvolumen, die Strömungsgeschwindigkeit, den Fluiddruck, die Fluidtemperatur oder eine Kombination aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Analysieren ferner aufweist, dass der Prozessor ein mathematische Modell konstruiert, das das Fluid-Verteilungssystem darstellt, wobei das Modell eine Vielzahl von Knoten und eine Vielzahl von Wegen aufweist und wobei ein erster Knoten aus der Vielzahl von Knoten die erste Position darstellt, ein zweiter Knoten aus der Vielzahl von Knoten die zweite Position darstellt und ein erster Weg aus der Vielzahl von Wegen die erste Verteilungsverbindung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Analysieren ferner das Erzeugen und das Lösen eines Satzes von Gleichungen aufweist, um eine unbekannte Durchflussrate längs der verlustbehafteten Verteilungsverbindung zu schätzen, wobei die unbekannte Durchflussrate eine Funktion eines unbekannten Werts der Eigenschaft eines Fluids ist, das durch eine Endposition der verlustbehafteten Verteilungsverbindung strömt, und wobei die Eigenschaft des Fluids, das durch die Endposition strömt, durch die Vielzahl von Messwerten nicht direkt und genau identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Analysieren ferner das Minimieren von Messfehlern aufweist, die die Gleichungen aufweisen, um eine Sparse-Lösung (Lösung mit geringem Vorkommen) zu erzeugen, und wobei das Minimieren eine Anwendung einer L0-Minimierung, einer L1-Minimierung, einer L2-Minimierung, einen Markov-Ketten-Monte-Carlo-Algorithmus, einen Gibbs-Abtastungs-Algorithmus, Übergangsbaum-Zerlegungsverfahren, ein Bayes'sches Variationsverfahren, Meinungsverbreitung, andere häufige Ableitungsprozeduren, Gesetze der Strömungserhaltung oder eine Kombination hiervon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Analysieren ferner eine Funktion bekannter physikalischer Eigenschaften des Fluid-Verteilungssystems, Angaben über das Verhalten des Fluid-Verteilungssystems in der Vergangenheit, Störungseigenschaften der Messeinheiten oder eine Kombination hiervon aufweist.
Computerprogrammprodukt, das eine computerlesbare Hardware-Speichereinheit aufweist mit darin gespeichertem computerlesbaren Programmcode, wobei der Programmcode für ein Ausführen durch einen Prozessor eines Computersystems eingerichtet ist, um ein Verfahren zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem umzusetzen, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist: der Prozessor eines Computersystems empfängt eine Vielzahl von Messwerten von einer Vielzahl von Messeinrichtungen, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen strömt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt und genau identifiziert; und der Prozessor die Vielzahl von Messwerten analysiert, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate als eine Funktion der Vielzahl von Messwerten zu identifizieren.
Computersystem, das einen Prozessor, einen Speicher, der mit dem Prozessor verbunden ist, und eine computerlesbare Hardware-Speichereinheit aufweist, die mit dem Prozessor verbunden ist, wobei die Speichereinheit Programmcode enthält, der so eingerichtet ist, dass er durch den Prozessor über den Speicher ausgeführt wird, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist: der Prozessor eines Computersystems empfängt eine Vielzahl von Messwerten von einer Vielzahl von Messeinrichtungen, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen strömt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt und genau identifiziert; und der Prozessor die Vielzahl von Messwerten analysiert, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate als Funktion der Vielzahl von Messwerten zu identifizieren.
Prozess zum Unterstützen einer Computerinfrastruktur, wobei der Prozess das Bereitstellen wenigstens eines Unterstützungsdienstes zum Erzeugen und/oder Integrieren und/oder Beherbergen und/oder Aufrechterhalten und/oder Verwenden von computerlesbarem Programmcode in einem Computersystem aufweist, wobei der Programmcode in Kombination mit dem Computersystem zum Umsetzen eines Verfahrens zum Schätzen von Verlusten in einem Fluid-Verteilungssystem eingerichtet ist, wobei das Fluid-Verteilungssystem eine Vielzahl von Positionen und eine Vielzahl von Verteilungsverbindungen aufweist und wobei eine erste Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen eine erste Position aus der Vielzahl von Positionen mit einer zweiten Position aus der Vielzahl von Positionen verbindet, wobei das Verfahren aufweist: der Prozessor eines Computersystems empfängt eine Vielzahl von Messwerten von einer Vielzahl von Messeinrichtungen, wobei ein empfangener Messwert aus der Vielzahl von Messwerten eine Eigenschaft eines Fluids identifiziert, das durch eine Messposition aus der Vielzahl von Positionen strömt, und wobei die Vielzahl von Messwerten eine Fluid-Verlustposition aus der Vielzahl von Positionen oder eine Fluid-Verlustrate längs einer verlustbehafteten Verteilungsverbindung aus der Vielzahl von Verteilungsverbindungen nicht direkt und genau identifiziert; und der Prozessor die Vielzahl von Messwerten analysiert, um die Fluid-Verlustposition oder die Fluid-Verlustrate als eine Funktion der Vielzahl von Messwerten zu identifizieren.