DE102018201550A1

DE102018201550A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz

Info

Publication number: DE102018201550A1
Application number: DE102018201550.3A
Authority: DE
Inventors: Utz Wever; Wolfram Klein; Birgit Obst; Tim Schenk; Jan Christoph Wehrstedt; Nils Weinert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2019-08-01
Also published as: WO2019149747A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz (1) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst:Erfassen (S1) von ersten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes (1) während einer ersten Zeitspanne (P) angeben;Kalibrieren (S2) eines Simulationsmodells (20) für das Versorgungsnetz (1) anhand der ersten Sensordaten;Simulieren (S3) des Versorgungsnetzes (1) anhand des mit den ersten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells (20) zum Bestimmen von simulierten Daten;Erfassen (S4) von zweiten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes (1) während einer nach der ersten Zeitspanne (P) liegenden zweiten Zeitspanne (P) angeben;Auswerten (S5) der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten; undErmitteln (S6) der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz (1) in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens.Ein Eingriff auf ein Versorgungsnetz, insbesondere ein Rehabilitationseingriff, kann rechtzeitig erfolgen, um größere Versorgungsstörungen zu verhindern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen einer solchen Notwendigkeit.
Bei Versorgungsnetzen, zum Beispiel bei Wassernetzen, kann es zu unerwünschten Leitungsdefekten kommen, die zu Störungen in der Versorgung führen. Ein Rohrbruch in einem Leitungswassernetz kann zum Beispiel dazu führen, dass viele Haushalte kein Leitungswasser mehr bekommen und es können weitreichende Schäden, z.B. Unterspülung, in der Umgebung auftreten. Um solche Störungen zu minimieren, können vorbeugend Wartungen, Reparaturen und/oder Erneuerungen der Leitungen vorgenommen werden. Es kann dabei wünschenswert sein, zu bestimmen, wann solche Eingriffe auf die Leitungen des Versorgungsnetzes notwendig sind.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst:

Erfassen von ersten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes während einer ersten Zeitspanne angeben;
Kalibrieren eines Simulationsmodells für das Versorgungsnetz anhand der ersten Sensordaten;
Simulieren des Versorgungsnetzes anhand des mit den ersten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells zum Bestimmen von simulierten Daten;
Erfassen von zweiten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes während einer nach der ersten Zeitspanne liegenden zweiten Zeitspanne angeben;
Auswerten der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten; und
Ermitteln der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens

Das Versorgungsnetz kann ein Wassernetz, insbesondere ein Trinkwassernetz oder ein Abwassernetz, ein Gasnetz oder ein Stromnetz sein. Das Versorgungsnetz umfasst insbesondere Leitungen, zum Beispiel Rohre oder Kabel, zum Verteilen von vorgegebenen Stoffen an Benutzer. Die vorgegebenen Stoffe können Wasser, Gas, Erdöl, Strom oder dergleichen sein. Bei dem Versorgungsnetz kann es sich auch um ein Pipelinesystem handeln.
Die ersten Sensordaten dienen insbesondere dazu, das Versorgungsnetz während der ersten Zeitspanne zu charakterisieren. Die ersten Sensordaten können zum Beispiel einen Druck oder mehrere Drücke und/oder eine Durchströmungsgeschwindigkeit oder mehrere Durchströmungsgeschwindigkeiten innerhalb der Leitungen des Versorgungsnetzes angeben. Weitere Beispiele werden im Folgenden noch näher beschrieben.
Die ersten Sensordaten können anhand von Sensoren erfasst werden, die in dem Versorgungsnetz angeordnet werden. Bei den Sensoren handelt es sich beispielsweise um Drucksensoren, Temperatursensoren oder Geräuschsensoren. Die Sensoren können dauerhaft in den Leitungen des Versorgungsnetzes angeordnet sein, oder zum Erfassen der ersten Sensordaten vorläufig in die Leitungen angeordnet werden.
Während der ersten Zeitspanne befindet sich das Versorgungsnetz insbesondere in einem Zustand, der durch die ersten Sensordaten beschrieben wird. Bei den ersten Sensordaten kann es sich auch um Eigenschaften des Versorgungsnetzes zu einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt während der ersten Zeitspanne handeln.
Die ersten Sensordaten können verwendet werden, um das Simulationsmodell zu kalibrieren. Es kann auch von einer Initialisierung des Simulationsmodells gesprochen werden. Die ersten Daten dienen bei dem Kalibrieren insbesondere dazu, Randbedingungen des Simulationsmodells zu definieren.
Das Simulationsmodell ist insbesondere ein Modell für hydraulische Simulationen, wie zum Beispiel das EPANET-Programm der United States Environmental Protection Agency (z.B. die Version 2.00.12). Das Simulationsmodell kann dazu dienen, eine Entwicklung eines Zustands des Versorgungsnetzes zu simulieren. Diese Zustandsentwicklung kann durch die simulierten Daten wiedergeben werden. Das Simulationsmodell läuft insbesondere parallel zum realen Versorgungsnetz mit und bestimmt anhand der simulierten Daten simulierte, zu erwartende Eigenschaften des Versorgungsnetzes.
Die zweiten Sensordaten dienen insbesondere dazu, das Versorgungsnetz während der zweiten Zeitspanne zu charakterisieren. Es kann sich bei den zweiten Sensordaten um dieselben physikalischen Größen wie die ersten Sensordaten handeln. Die zweiten Sensordaten können mit den gleichen Sensoren wie die ersten Sensordaten erfasst werden. Im Folgenden werden die ersten und zweiten Sensordaten auch zusammen als „Sensordaten“ bezeichnet.
Während der zweiten Zeitspanne befindet sich das Versorgungsnetz insbesondere in einem Zustand, der durch die zweiten Sensordaten beschrieben wird. Bei den zweiten Sensordaten kann es sich auch um Eigenschaften des Versorgungsnetzes zu einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt während der zweiten Zeitspanne handeln.
Die zweite Zeitspanne liegt insbesondere nach der ersten Zeitspanne. Zwischen den beiden Zeitspannen kann eine vorbestimmte Zeit liegen, zum Beispiel ein paar Monate oder ein Jahr. Es ist möglich, dass die erste und zweite Zeitspanne gleich lang sind. Sie können sich beispielsweise über eine Stunde oder über ein paar Stunden erstrecken. Die erste Zeitspanne und/oder die zweite Zeitspanne können auch jeweils nicht zusammenhängend sein. Die ersten und/oder zweiten Sensordaten können beispielsweise während mehreren aufeinanderfolgenden Nächten gemessen werden.
Die durch das Simulationsmodell simulierten Daten können im Hinblick auf die zweiten Sensordaten ausgewertet werden. Hierbei können die simulierten Daten zum Beispiel mit zweiten Sensordaten verglichen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei den simulierten Daten und den zweiten Sensordaten um die gleichen physikalischen Größen handelt.
Das Auswerten der simulierten Daten ermöglicht zum Beispiel, Abweichungen der simulierten Daten von den (realen) zweiten Sensordaten zu erkennen. Solche Abweichungen können darauf hindeuten, dass das Versorgungsnetz sich nicht wie erwartet verhält. Es kann zum Beispiel erkannt werden, dass sich Leitungen eines Versorgungsnetzes schneller als erwartet abnutzen.
Anhand des Ergebnisses der Auswertung der simulierten Daten kann beispielweise bestimmt werden, dass eine Reparatur oder ein Austausch von Leitungen des Versorgungsnetzes notwendig ist. Die Reparatur oder der Austausch sind dabei Beispiele für Eingriffe auf das Versorgungsnetz.
Es wird insbesondere die Notwendigkeit des Eingriffs ermittelt. Die Notwendigkeit des Eingriffs kann angeben, dass ein Eingriff noch nicht notwendig ist, dass ein Eingriff bald notwendig ist, oder dass ein Eingriff sofort notwendig ist. Falls bestimmt wird, dass der Eingriff bald notwendig ist, kann ferner bestimmt werden, wann genau der Eingriff erfolgen muss.
Dadurch, dass die Notwendigkeit des Eingriffs bestimmt wird, kann erreicht werden, dass die Leitungen des Versorgungsnetzes rechtszeitig ausgetauscht oder repariert werden. Es kann auch davon gesprochen werden, dass Rehabilitationsmaßnahmen für das Versorgungsnetz rechtzeitig durchgeführt werden. Dadurch können Störungen in der Versorgung mit dem Versorgungsnetz reduziert werden. Eine Ausfallsicherheit des Versorgungsnetzes kann somit verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Berechnen von ersten Kalibrierungsdaten anhand der ersten Sensordaten, wobei die ersten Kalibrierungsdaten das Versorgungsnetz währen der ersten Zeitspanne charakterisieren;
Berechnen von zweiten Kalibrierungsdaten anhand der zweiten Sensordaten, wobei die zweiten Kalibrierungsdaten das Versorgungsnetz währen der zweiten Zeitspanne charakterisieren; und
Vergleichen der ersten und der zweiten Kalibrierungsdaten, wobei das Ermitteln der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichens erfolgt.

Die ersten und zweiten Kalibrierungsdaten sind insbesondere Daten, die aus den Sensordaten abgeleitet werden. Die Kalibrierungsdaten werden insbesondere im Rahmen von Kalibrierungen des Simulationsmodells ermittelt. Falls die Sensordaten einen Druck und eine Durchflussgeschwindigkeit innerhalb der Leitung angeben, können als Kalibrierungsdaten zum Beispiel Widerstandsbeiwerte innerhalb der Leitung berechnet werden. Die Kalibrierungsdaten können auch einen Innendurchmesser der Leitungen angeben.
Durch die Überwachung der Kalibrierungsdaten, welche durch das Vergleichen der ersten und zweiten Kalibrierungsdaten erfolgt, können unerwünschte Änderungen in den Kalibrierungsdaten erkannt werden. Eine Änderung der Kalibrierungsdaten kann darauf hinweisen, dass der entsprechende Leitungsabschnitt näher untersucht werden sollte.
Gemäß einer Ausführungsform geben die simulierten Daten einen zeitlichen Verlauf eines simulierten Zustands des Versorgungsnetzes an. Insbesondere beschreiben die simulierten Daten eine erwartete Entwicklung des Versorgungsnetzes. In Ausführungsformen beschreiben die Kalibrierungsdaten einen zeitlichen Verlauf des Zustands des Versorgungsnetzes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform geben die simulierten Daten den simulierten Zustand des Versorgungsnetzes während der zweiten Zeitspanne an. Die simulierten Daten umfassen insbesondere eine Prognose für den Zustand des Versorgungsnetzes während der zweiten Zeitspanne.
Die simulierten Daten und die zweiten Sensordaten betreffen beispielsweise die gleiche Zeitspanne. Dieses hat z.B. den Vorteil, dass die simulierten Daten bei ihrer Auswertung direkt mit den zweiten Sensordaten verglichen werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Versorgungsnetz ein Wassernetz, ein Stromnetz, ein Gasnetz und/oder ein Erdölnetz, statt eines Netzes kann auch ein Pipelinesystem betrachtet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Eingriff eine Sanierung und/oder eine Erneuerung von Leitungen des Versorgungsnetzes. Unter einer Sanierung ist insbesondere eine Reparatur zu verstehen. Die Erneuerung kann auch ein Austausch der Leitungen sein. Die Sanierung und Erneuerung sind insbesondere Beispiele für Rehabilitationsmaßnahmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner
Eingreifen auf das Versorgungsnetz, falls ermittelt wird, dass der Eingriff auf das Versorgungsnetz notwendig ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Auswerten der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten ein Vergleichen der simulierten Daten mit den zweiten Sensordaten, und die Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz wird in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichens bestimmt.
Beim Vergleichen der simulierten Daten mit den zweiten Sensordaten kann beispielsweise ein Unterschied zwischen den realen Sensordaten und den simulierten Daten berechnet oder ermittelt werden. Dieser Unterschied kann dann mit vorgespeicherten Schwellenwerten verglichen werden. Beim Überschreiten und/oder Unterschreiten des vorgespeicherten Schwellenwerts kann ermittelt werden, dass der Eingriff auf das Versorgungsnetz notwendig ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Auswerten der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten anhand eines statischen Analyseverfahrens, insbesondere anhand eines neuronalen Netzes, anhand einer historischen Analyse oder anhand einer Analyse eines Änderungsverhaltens über Zeit und/oder Ort.
Anhand des neuronalen Netzes kann ausgehend von den Sensordaten ein zu erwartender Zustandsverlauf des Versorgungsnetzes bestimmt werden. Dieser kann dann mit den zweiten Daten verglichen werden.
Die historische Analyse erfolgt zum Beispiel unter Berücksichtigung von vorgespeicherten Daten, die Eigenschaften von Versorgungsnetzen zu unterschiedlichen Zeitpunkten angeben.
Es ist auch möglich, das Änderungsverhalten der Sensordaten zu überwachen. Es kann zum Beispiel ein Unterschied zwischen den ersten und zweiten Sensordaten für eine selbe vorbestimmte physikalische Größe überwacht werden. Es können auch Variationen zwischen Sensordaten an unterschiedlichen Stellen des Versorgungsnetzes, z.B. in unterschiedlichen Leitungen des Versorgungsnetzes, verfolgt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Kalibrieren des Simulationsmodells anhand der zweiten Sensordaten;
Simulieren des Versorgungsnetzes anhand des mit den zweiten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells zum Bestimmen von weiteren simulierten Daten;
Erfassen von dritten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes während einer nach der zweiten Zeitspanne liegenden dritten Zeitspanne angeben;
Auswerten der weiteren simulierten Daten unter Berücksichtigung der dritten Sensordaten; und
Ermitteln der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens der weiteren simulierten Daten.

Die zweiten Sensordaten können zur erneuten Kalibrierung des Simulationsmodells eingesetzt werden. Das neu kalibrierte Simulationsmodell erzeugt dann weitere simulierte Daten, die anschließend unter Berücksichtigung von dritten Sensordaten, die während einer dritten Zeitspanne erfasst werden, ausgewertet werden.
Diese Schritte können beliebig oft wiederholt werden. Das Simulationsmodell läuft somit über eine längere Zeit, zum Beispiel über 10 Jahre, parallel zum Versorgungsnetz mit. Während der Zeit, in der das Simulationsmodell neben dem realen Versorgungsnetz mitläuft, liegen zwei Datensätze vor, die das Versorgungsnetz beschreiben: die realen Sensordaten sowie die simulierten Daten. Dadurch kann eine Erkennung von Unregelmäßigkeiten und Problemen in dem Versorgungsnetz verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich das Versorgungsnetz während der ersten Zeitspanne, während der zweiten Zeitspanne und/oder während der dritten Zeitspanne in einem stationären Zustand. Unter einem stationären Zustand ist insbesondere zu verstehen, dass die Sensordaten während der gesamten Zeitspanne nicht oder nur wenig variieren. Wenn das Versorgungsnetz sich während einer bestimmten Zeitspanne in einem stationären Zustand befindet, kann insbesondere angenommen werden, dass die Sensordaten während dieser Zeitspanne konstant sind.
Das Versorgungsnetz befindet sich insbesondere in einem stationären Zustand, wenn wenige Ventilstell- und Abnahmeänderungen erfolgen. Bei Wasserversorgungsnetzen ist dies zum Beispiel nachts der Fall, beispielsweise zwischen 2 und 3 Uhr nachts. Die Sensordaten zu messen, wenn sich das Versorgungsnetz in einem stationären Zustand befindet, ist insbesondere vorteilhaft, weil dadurch die Anzahl an Parametern, die die Sensordaten beeinflussen können, minimiert wird. Dadurch kann ein besseres Verständnis des Versorgungsnetzes gewonnen werden und die Notwendigkeit des Eingriffs kann mit höherer Zuverlässigkeit bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die simulierten Daten simulierte Werte für die Sensordaten. Anders ausgedrückt, können die simulierten Daten dieselben physikalischen Größen wie die Sensordaten beschreiben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform entsprechen die Kalibrierungsdaten anderen Größen als den Sensordaten. Insbesondere beschreiben die Kalibrierungsdaten nicht dieselben physikalischen Größen wie die Sensordaten. Die Kalibrierungsdaten sind dann z.B. Größen, die nicht den Sensordaten entsprechen. Die Kalibrierungsdaten sind beispielsweise nicht direkt mit den Sensoren messbare Größen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform geben die simulierten Daten und/oder die Kalibrierungsdaten Daten einen Durchmesser einer Leitung des Versorgungsnetzes, einen Druck und/oder Durchfluss in dem Versorgungsnetz, einen Widerstandsbeiwert in dem Versorgungsnetz und/oder eine Verwirbelung in dem Versorgungsnetz an. Insbesondere handelt es sich bei dem Druck und dem Durchfluss um simulierte Daten, während es sich bei den restlichen Eigenschaften um Kalibrierungsdaten handelt.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts veranlasst.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst:

eine erste Erfassungseinheit zum Erfassen von ersten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes während einer ersten Zeitspanne angeben;
eine Kalibrierungseinheit zum Kalibrieren eines Simulationsmodells für das Versorgungsnetz anhand der ersten Sensordaten;
eine Simulationseinheit zum Simulieren des Versorgungsnetzes anhand des mit den ersten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells zum Bestimmen von simulierten Daten;
eine Erfassungseinheit zum Erfassen von zweiten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes während einer nach der ersten Zeitspanne liegenden zweiten Zeitspanne angeben;
eine Auswerteeinheit zum Auswerten der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten; und
eine zweite Ermittlungseinheit zum Ermitteln der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens.

Die jeweilige Einheit, zum Beispiel die erste Erfassungseinheit oder die Kalibrierungseinheit, kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Steuerrechner eines Fahrzeuges ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung geeignet, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts durchzuführen.
Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Vorrichtung entsprechend.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt ein Beispiel für ein Versorgungsnetz;
2 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
4 zeigt eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die 1 zeigt ein Beispiel für ein Versorgungsnetz 1. Es handelt sich dabei um ein Wassernetz. Das Wassernetz 1 umfasst als Rohre 3 ausgebildete Leitungen, die dazu dienen, Wasser von einem Wasserspeicher 2 zu Gebäuden 4, 5 und 6 zu führen. Jedes Gebäude 4, 5 und 6 verfügt über zumindest einen Wasseranschluss 7, über den dem Gebäude 4, 5 und 6 das Wasser zur Verfügung gestellt wird. Das Wasser kann in den jeweiligen Gebäuden 4, 5 und 6 zum Beispiel für Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen, Duschen usw. verwendet werden.
In den Rohren 3 sind zwei Sensoren 8, 9 fest angeordnet. Der Sensor 8 ist hier ein Drucksensor, der einen Druck des Wassers, das das Rohr 3 durchströmt, erfasst. Bei dem Sensor 9 handelt es sich um einen Sensor, der eine Durchströmungsgeschwindigkeit (auch Durchfluss genannt) innerhalb des Rohres 3 misst. In Ausführungsformen können auch andere Sensoren eingesetzt werden. Es können auch mehrere Sensoren 8 und/oder mehrere Sensoren 9 in den Rohren 3 angeordnet werden, um eine vollständige Information über den Druck und die Durchströmungsgeschwindigkeit innerhalb der Rohre 3 zu erhalten.
Je länger das Wassernetz 1 in Betrieb ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Rohr 3 bricht. Um dieses zu verhindern, werden die Rohre 3 vorbeugend gewartet und/oder ausgetauscht. Das heißt, es wird auf das Wassernetz 1 eingegriffen, um Rehabilitationsmaßnahmen durchzuführen.
Um den Zeitpunkt des Eingriffs auf das Wassernetz 1 zu bestimmen, wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs verwendet. So ein Verfahren ist in der 2 dargestellt, welche ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz 1 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
In einem Schritt S0 werden das Wassernetz 1 sowie eine Simulationsmodell bereitgestellt. Bei dem Simulationsmodell handelt es sich um das EPANET-Programm, das durch die United States Environmental Protection Agency bereitgestellt wird. Mit dem Simulationsmodell kann das Wassernetz 1 abgebildet werden. Konstante Eigenschaften des Wassernetzes 1, wie zum Beispiel das Material, aus dem die Rohre 3 sind, werden bereits vor dem Durchführen von Simulationen in dem EPANET-Programm festgelegt.
In einem Schritt S1 werden während einer ersten Zeitspanne erste Sensordaten erfasst. Die ersten Sensordaten werden anhand der beiden Sensoren 8, 9 erfasst. Es handelt sich dabei um Werte für den Druck in dem Rohr 3 und für den Durchfluss des Rohres 3 während der ersten Zeitspanne. Die erste Zeitspanne erstreckt sich von 2 bis 3 Uhr morgens, weil das Wassernetz 1 sich da in einem stationären Zustand befindet.
In einem Schritt S2 wird das Simulationsmodell anhand der erfassten ersten Sensordaten kalibriert. Das heißt, dass Parameter des Simulationsmodells anhand der ersten Sensordaten festgelegt werden. Diese Parameter entsprechen ersten Kalibrierungsdaten, die anhand der ersten Sensordaten berechnet werden und einen Durchmesser und/oder Widerstandsbeiwert der Rohre 3 angeben. Nach dieser Kalibrierung ist das Simulationsmodell bereit, Simulationen des Wassernetzes 1 durchzuführen.
In einem Schritt S3 wird das Wassernetz 1 anhand des Simulationsmodells simuliert. Dadurch wird ein zu erwartender zeitlicher Verlauf des Wassernetzes 1 erhalten, welcher durch simulierte Daten beschrieben wird. Die simulierten Daten geben den zu erwartenden Druck und den zu erwartenden Innendurchmesser des Rohres 3 an.
In einem Schritt S4 werden zweite Sensordaten mit den Sensoren 8, 9 erfasst. Die Erfassung der zweiten Sensordaten erfolgt in analoger Weise wie die Erfassung der ersten Sensordaten, nur zu einem späteren Zeitpunkt, nämlich während einer zweiten Zeitspanne.
In einem Schritt S5 werden die simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten ausgewertet. Hierbei werden die simulierten Daten, die den erwarteten Zustand des Wassernetzes 1 während der zweiten Zeitspanne beschreiben, mit den realen, anhand der Sensoren 8, 9 gemessenen zweiten Sensordaten verglichen.
Hierzu wird jeweils für den Druck und für den Durchfluss ein Unterschied zwischen den zweiten Sensordaten und den simulierten Daten für die zweite Zeitspanne berechnet.
Der Unterschied zwischen dem simulierten Druck und dem Druck der zweiten Sensordaten wird mit einem Druckschwellenwert verglichen. Liegen hier Abweichungen, die z.B. durch Schwellwerte festgelegt werden, vor, dann hat sich das Netzverhalten (z.B. durch Alterung) verändert. Ist der Unterschied größer als der Druckschwellenwert, wird daraus ein unerwartetes Verhalten des Wassernetzes 1 geschlossen. Bei einem ungewöhnlichen Druckwert kann es empfehlenswert sein, das Rohr 3 auszutauschen. Liegt eine Abweichung vor, wird insbesondere eine erneute Kalibrierung durchgeführt, wobei zweite Kalibrierungsdaten berechnet werden.
Der Unterschied zwischen den Kalibrierungsdaten wird mit einem weiteren Schwellenwert verglichen. Ist der Unterschied größer als der Schwellenwert, wird daraus ein unerwartetes Verhalten des Wassernetzes 1 geschlossen. Ein ungewöhnlicher Innendurchmesser bedeutet für das Wassernetz 1 zum Beispiel, dass es besonders viele Kalkablagerungen gibt, die zu einer Rohrverstopfung und auf Dauer zu einem Rohrbruchführen können. In diesem Fall kann es empfehlenswert sein, das Rohr 3 mit den Kalkablagerungen zu reinigen.
In einem Schritt S6 wird im Hinblick auf die Ergebnisse aus dem Schritt S5 bestimmt, ob ein Eingriff auf das Wassernetz 1 notwendig ist oder nicht. Falls bestimmt wird, dass der Eingriff notwendig ist, kann zudem angegeben werden, wann dieser Eingriff erfolgen soll. Die Bestimmung des Eingriffszeitpunkts kann in Abhängigkeit des in dem Schritt S5 berechneten Unterschieds erfolgen. Nach einem Eingriff wird das Simulationsmodell neu Kalibriert, um das geänderte Netzverhalten korrekt abzubilden.
Ein alternatives Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf das Wassernetz 1 ist in der 3 dargestellt. Die 3 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In der 3 entsprechen die Schritte S1, S2, S3, S4, S5 und S6 den bereits beschriebenen Schritten S1, S2, S3, S4, S5 und S6. Sie sind dabei anders dargestellt als in der 2. Im Folgenden werden die Unterschiede zwischen den Verfahren gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform erläutert.
Die 3 zeigt (unten) eine Zeitachse zum besseren Verständnis des zeitlichen Verlaufs der Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform. Zudem ist das reale Wassernetz 1 in der 3 getrennt von dem Simulationsmodell dargestellt. In der 3 ist dem Simulationsmodell das Bezugszeichen 20 zugewiesen.
Der bereits beschriebene Schritt S1, also das Erfassen von ersten Sensordaten, erfolgt zwischen Zeitpunkten t₀ und t₁ , welche die erste Zeitspanne P₁ definieren. Die erste Zeitspanne P₁ dauert eine Stunde. Die erste Zeitspanne kann auch aus mehreren nicht zusammenhängenden Zeitabschnitten bestehen. Nach dem Erfassen der ersten Sensordaten werden diese in einem Schritt S9 an das Simulationsmodell 20 übertragen.
Das Simulationsmodell 20 führt anschließend die Schritte S2 (Kalibrieren des Simulationsmodells 20 anhand der ersten Sensordaten) und S3 (Simulieren des Wassernetzes 1 anhand des Simulationsmodells 20) durch. Der Schritt S3 erstreckt sich dabei bis in eine zweite Zeitspanne P₂ hinein, die sich zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ erstreckt. Die zweite Zeitspanne P₂ dauert eine Stunde. Die zweite Zeitspanne kann auch aus mehreren nicht zusammenhängenden Zeitabschnitten bestehen. Zudem liegt der Zeitpunkt t₂ drei Monate später als der Zeitpunkt t₀ .
Parallel zum Simulieren des Wassernetzes 1 anhand des Simulationsmodells 20 werden während der zweiten Zeitspanne P₂ in dem Schritt S4 in dem Wassernetz 1 die zweiten Sensordaten erfasst. Diese werden in einem Schritt S10 an das Simulationsmodell 20 übertragen.
In dem bereits beschriebenen Schritt S5 wertet das Simulationsmodell 20 die simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten aus. In dem Schritt S6 wird anhand des Ergebnisses des Auswertens die Notwendigkeit eines Eingriffs auf das Wassernetz 1 bestimmt. Falls in dem Schritt S6 bestimmt wird, dass ein Eingriff auf das Wassernetz 1 notwendig ist, zum Beispiel weil die Kalkablagerungen in den Rohren 3 die Rohre 3 verstopfen, wird in einem Schritt S7 solch ein Eingriff durchgeführt. Der Eingriff umfasst z.B. eine Sanierung der Rohre 3.
Falls in dem Schritt S6 bestimmt wird, dass ein Eingriff auf das Wassernetz 1 noch nicht notwendig ist, wird das anhand der Schritte S2, S3, S4, S5, S6 und S10 bereits beschriebene Verfahren im Wesentlichen wiederholt. Die im Folgenden beschriebenen Schritte S2', S3', S4', S5', S6' und S10' entsprechen dabei den jeweiligen Schritten S2, S3, S4, S5, S6 und S10 und werden deswegen nur kurz erläutert.
In dem Schritt S2' wird das Simulationsmodell 20 anhand der zweiten Sensordaten neu kalibriert bzw. aktualisiert. In dem Schritt S3' wird anhand des aktualisierten Simulationsmodells 20 eine Simulation des Wassernetzes 1 durchgeführt. Dabei werden weitere simulierte Daten erzeugt. In dem Schritt S4' werden dritte Sensordaten, die das Wassernetz 1 während einer dritten Zeitspanne P₃ beschreiben, anhand der Sensoren 8, 9 erfasst. Die dritte Zeitspanne P₃ dauert auch eine Stunde. Sie erstreckt sich zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅ , wobei zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₄ drei Monate liegen. In dem Schritt S10' werden die dritten Sensordaten an das Simulationsmodell 20 übertragen.
In dem Schritt S5' werden die weiteren simulierten Daten unter Berücksichtigung der dritten Sensordaten ausgewertet. In dem Schritt S6' wird anhand des Ergebnisses des Auswertens aus dem Schritt S5' die Notwendigkeit eines Eingriffs auf das Wassernetz 1 bestimmt. Falls in dem Schritt S6' bestimmt wird, dass ein Eingriff auf das Wassernetz 1 notwendig ist, wird in einem Schritt S7' solch ein Eingriff durchgeführt. Falls in dem Schritt S6' bestimmt wird, dass ein Eingriff auf das Wassernetz 1 noch nicht notwendig ist, wird das beschrieben Verfahren erneut wiederholt.
Hierbei wird insbesondere in einem Schritt S2'', der den Schritten S2 und S2' entspricht, anhand der dritten Sensordaten eine erneute Kalibrierung bzw. Aktualisierung des Simulationsmodells 20 durchgeführt. In einem Schritt S3'', der den Schritten S3 und S3' entspricht, wird anhand des aktualisierten Simulationsmodells 20 eine Simulation des Wassernetzes 1 durchgeführt. Anschließend können weitere Sensordaten erfasst werden, die wiederum zum Auswerten der in dem Schritt S3'' erzeugten simulierten Daten verwendet werden können.
Das Verfahren aus der 3 wird insbesondere solange durchgeführt, bis bestimmt wird, dass ein Eingriff auf das Wassernetz 1 notwendig ist.
Die 4 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz 1. Die Vorrichtung 10 ist geeignet, die Verfahren gemäß der ersten und/oder der zweiten Ausführungsform aus den 2 und 3 durchzuführen. Hierzu umfasst die Vorrichtung 10 eine erste Erfassungseinheit 11, eine Kalibrierungseinheit 12, eine Simulationseinheit 13, eine zweite Erfassungseinheit 14, eine Auswerteeinheit 15 und eine Ermittlungseinheit 16, die über interne Leitungen 17 miteinander verbunden sind.
Die erste Erfassungseinheit 11 dient dazu, während der ersten Zeitspanne P₁ erste Sensordaten zu erfassen. Die Kalibrierungseinheit 12 ist zum Kalibrieren des Simulationsmodells 20 anhand der ersten Sensordaten geeignet. Die Simulationseinheit 13 dient zum Simulieren des Versorgungsnetzes 20 anhand des mit den ersten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells 20 zum Bestimmen von simulierten Daten. Die zweite Erfassungseinheit 14 ist geeignet, während der zweiten Zeitspanne P₂ zweite Sensordaten zu erfassen. Die Auswerteeinheit 15 dient dazu, die simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten auszuwerten. Die Ermittlungseinheit 16 ist geeignet, die Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz 1 in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens zu ermitteln.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Das beschrieben Verfahren kann zum Beispiel auch zum Bestimmen der Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Erdölnetz oder ein Gasnetz statt auf das beschriebene Wassernetz verwendet werden. Es ist auch denkbar, einen einzigen Sensor oder drei oder mehrere Sensoren zum Erfassen der Sensordaten einzusetzen. Die Sensoren können auch andere physikalische Größen als Druck und Innendurchmesser erfassen, zum Beispiel eine Durchströmungsgeschwindigkeit. Die Kalibrierungsdaten können zum Beispiel auch Verwirbelungseigenschaften umfassen. Die Auswertung der simulierten Daten kann in Alternativen auch anhand von neuronalen Netzen erfolgen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz (1), umfassend: Erfassen (S1) von ersten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes (1) während einer ersten Zeitspanne (P₁) angeben; Kalibrieren (S2) eines Simulationsmodells (20) für das Versorgungsnetz (1) anhand der ersten Sensordaten; Simulieren (S3) des Versorgungsnetzes (1) anhand des mit den ersten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells (20) zum Bestimmen von simulierten Daten; Erfassen (S4) von zweiten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes (1) während einer nach der ersten Zeitspanne (P₁) liegenden zweiten Zeitspanne (P₂) angeben; Auswerten (S5) der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten; und Ermitteln (S6) der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz (1) in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens (S5).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Berechnen von ersten Kalibrierungsdaten anhand der ersten Sensordaten, wobei die ersten Kalibrierungsdaten das Versorgungsnetz währen der ersten Zeitspanne (P₁) charakterisieren; Berechnen von zweiten Kalibrierungsdaten anhand der zweiten Sensordaten, wobei die zweiten Kalibrierungsdaten das Versorgungsnetz währen der zweiten Zeitspanne (P₂) charakterisieren; und Vergleichen der ersten und der zweiten Kalibrierungsdaten, wobei das Ermitteln (S6) der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz (1) in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die simulierten Daten einen zeitlichen Verlauf eines simulierten Zustands des Versorgungsnetzes (1) angeben; oder dass die simulierten Daten den simulierten Zustand des Versorgungsnetzes (1) während der zweiten Zeitspanne (P₂) angeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsnetz (1) ein Wassernetz, ein Stromnetz, ein Gasnetz, ein Erdölnetz und/oder eine entsprechende Pipeline ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff eine Sanierung und/oder eine Erneuerung von Leitungen des Versorgungsnetzes umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch: Eingreifen (S7) auf das Versorgungsnetz, falls ermittelt wird, dass der Eingriff auf das Versorgungsnetz (1) notwendig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten (S5) der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten ein Vergleichen der simulierten Daten mit den zweiten Sensordaten umfasst, und die Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz (1) in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichens bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten (S5) der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten anhand eines statischen Analyseverfahrens, insbesondere anhand eines neuronalen Netzes, anhand einer historischen Analyse oder anhand einer Analyse eines Änderungsverhaltens über Zeit und/oder Ort, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch: Kalibrieren (S2') des Simulationsmodells (20) anhand der zweiten Sensordaten; Simulieren (S3') des Versorgungsnetzes (1) anhand des mit den zweiten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells (20) zum Bestimmen von weiteren simulierten Daten; Erfassen (S4') von dritten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes (1) während einer nach der zweiten Zeitspanne (P₂) liegenden dritten Zeitspanne (P₃) angeben; Auswerten (S5') der weiteren simulierten Daten unter Berücksichtigung der dritten Sensordaten; und Ermitteln (S6') der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz (1) in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens der weiteren simulierten Daten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Versorgungsnetz (1) während der ersten Zeitspanne (P₁), während der zweiten Zeitspanne (P₂) und/oder während der dritten Zeitspanne (P₃) in einem stationären Zustand befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die simulierten Daten simulierte Werte für die Sensordaten sind, und/oder dass die Kalibrierungsdaten anderen Größen als den Sensordaten entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die simulierten Daten und/oder Kalibrierungsdaten einen Durchmesser einer Leitung (3) des Versorgungsnetzes (1), einen Druck und/oder Durchfluss in dem Versorgungsnetz (1), einen Widerstandsbeiwert in dem Versorgungsnetz (1) und/oder eine Verwirbelung in dem Versorgungsnetz (1) angeben.
Computerprogrammprodukt, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 veranlasst.
Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Notwendigkeit eines Eingriffs auf ein Versorgungsnetz (1), umfassend: eine erste Erfassungseinheit (11) zum Erfassen von ersten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes (1) während einer ersten Zeitspanne (P₁) angeben; eine Kalibrierungseinheit (12) zum Kalibrieren eines Simulationsmodells (20) für das Versorgungsnetz (1) anhand der ersten Sensordaten; eine Simulationseinheit (13) zum Simulieren des Versorgungsnetzes (1) anhand des mit den ersten Sensordaten kalibrierten Simulationsmodells (20) zum Bestimmen von simulierten Daten; eine zweite Erfassungseinheit (14) zum Erfassen von zweiten Sensordaten, die Eigenschaften des Versorgungsnetzes (1) während einer nach der ersten Zeitspanne (P₁) liegenden zweiten Zeitspanne (P₂) angeben; eine Auswerteeinheit (15) zum Auswerten der simulierten Daten unter Berücksichtigung der zweiten Sensordaten; und eine Ermittlungseinheit (16) zum Ermitteln der Notwendigkeit des Eingriffs auf das Versorgungsnetz (1) in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Auswertens.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die geeignet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.