Автоматизоване управління потокорозподілом систем подачі й розподілу води в штатних та аварійних режимах роботи

Пропонуються два способи формування підмножин цієї множини. Перший з них припускає автоматичне формування множини альтернативних варіантів структур мережі. При заданому місці розташування споживачів і насосних станцій (вершин графа) загальне число можливих графів є досить великим. Множина альтернативних варіантів графа мережі формується за допомогою модифікованого алгоритму методу комівояжера. Другий - це задання альтернативної множини можливих структур СПРВ експертом, який добре знає особливості функціонування керованого об'єкта.

Одночасно з вибором оптимальної структури СПРВ необхідно визначати параметри мережі, що забезпечують мінімум векторної функції критеріїв якості функціонування СПРВ і оптимальні режими роботи насосних станцій. З технічної точки зору ця множина охоплює найбільш розповсюджені способи раціонального проектування систем подачі та розподілу води.

Запропонована наступна укрупнена структура вектору вирішення x: де S множина можливих структур мережі (графів); множина можливих параметрів (діаметрів) ділянок СПРВ; R - множина можливих витратно-напірних характеристик насосних станцій.

Обмеженням на множину можливих рішень є такі вимоги: 1) вектор рішень повинен надавати такі варіанти графа мережі, що відповідають вимогам структурного резервування для підвищення надійності функціонування СПРВ; 2) вектор рішень повинен мати дискретні значення, встановлені державним стандартом значень параметрів; 3) вектор рішень повинен описувати дискретні значення витратно-напірної характеристики, що визначається, з одного боку, потужністю конкретної насосної станції, а з другого - наявним обладнанням і можливістю комбінованого включення цього обладнання.

Виходячи із змістовної постановки задачі, можна сформулювати такі критерії якості її вирішення: енергетичні витрати в СПРВ; сумарна непродуктивна витрата в мережі; сумарні капітальні й експлуатаційні витрати; критерій надійного функціонування водогінних розподільних мереж, що обчислюється на деякому інтервалі часу.

Таким чином, як основу механізму вибору найкращого рішення можна розглядати задачу мінімізації перших трьох критеріїв, що обчислюються в дискретні моменти часу, і максимізацію інтегральних критеріїв, що обчислюються на деякому проміжку часу [0,T]. У роботі доведені повнота, розкладність, ненадмірність, вимірність і мінімальність згортки критеріїв.

Задача оптимального проектування і реконструкції СПРВ математично сформульована як задача узагальненого математичного програмування. Нехай відомі: місце розташування насосних станцій і споживачів; вузлові витрати; геодезичні оцінки споживачів і насосних станцій; множина структур графа СПРВ. Нехай G- деяка фіксована компактна множина всіх можливих варіантів проектів даної мережі в, а xG - пред'явлення або один з варіантів рішення. Треба знайти, оптимальне за векторним критерієм і належне множині припустимих рішень (10)-(12).

Алгоритм її вирішення складається з двох етапів: на першому з використанням заданої функції вибору проводиться оптимізація Z(x) за бінарним відношенням - переваги ОПР; на другому ОПР, оцінюючи вектори показників ефективності альтернатив (представлень), вибирає з рішень, що задовольняють умовам задачі, рішення з кращим за перевагою (переваги ОПР) вектором характеристик. Відзначається, що розмірність загальної задачі досить велика. Це обумовлено тим, що кількість побудов можливих графів мережі велика і тільки використання спеціальних методів аналізу структури графа на структурну надійність і досвід експерта в цій галузі дозволяють істотно знизити кількість альтернативних графів СПРВ. Коли є відомим граф мережі, розв'язується задача вибору оптимальних параметрів. Оскільки параметри задані певним сортаментом, то задача цього етапу також має велику розмірність. Крім того, обмеження на дискретність параметрів диктують обмеження на область її припустимих значень. Після того, як стануть відомими граф мережі і параметри, повинен бути визначений оптимальний режим роботи насосних станцій.

Запропонована багаторівнева схема вирішення задачі, що має такі етапи: генерація множини конкурентоздатних структур СПРВ (схем з'єднань); добір підмножини з використанням гіперкомпонентного аналізу структури графа СПРВ; формування вектора витрат; вибір оптимальних параметрів графа СПРВ шляхом вирішення задачі параметричної оптимізації за усіченим векторним критерієм; формування вирішального правила шляхом створення оціночної шкали критеріїв; оцінка поточного пред'явлення за векторним критерієм; порівняння поточного пред'явлення з кращим (якщо , то вибираємо як краще поточне пред'явлення, тобто); аналіз закінчення роботи алгоритму: якщо критерій закінчення пошуку виконаний, то закінчуємо пошук, інакше - перехід до процедури порівняння з іншими альтернативами.

У цьому розділі математично сформульовано проміжні задачі й розроблено процедури, що реалізують окремі етапи багаторівневої схеми алгоритму пошуку оптимального проекту СПРВ:

алгоритм генерації та аналізу структури графа СПРВ;

алгоритм вибору оптимальних параметрів;

алгоритм тестування альтернативних проектів СПРВ у рамках інтерактивної системи підтримки прийняття рішень.

Здійснено порівняльний аналіз розроблених алгоритмів з відомими на прикладі водорозподільної мережі району Оболоні м. Києва. Оцінка проводилася тільки за економічними критеріями, тому що у відомих публікаціях інші критерії не розглядалися. Порівняльний аналіз показав перевагу розроблених в дисертації алгоритмів над існуючими.

Розроблені в шостому розділі методи оптимального управління потокорозподілом, структурою мережі та режимами роботи активних елементів СПРВ реалізовані у вигляді підсистеми пакета “Діалогова система підтримки прийняття рішень при автоматизованому управлінні потокорозподілом у СПРВ на різних інтервалах часу” і використані при проектуванні та реконструкції систем подачі й розподілу води різних міст України. Акти про результати впровадження у виробництво водопровідно-каналізаційних підприємств України наведені в додатку А.

У сьомому розділі наведена детальна характеристика програмного забезпечення, що реалізує розроблені методи і алгоритми вирішення задач прийняття рішень та використовується в автоматизованих системах управління потокорозподілом СПРВ на різних інтервалах часу в штатних і аварійних режимах роботи. Визначено основні компоненти системи керування даними, діалогом і моделями. Розроблено архітектуру системи (рис.4), що містить розрахунково-графічну компоненту, компоненту гіперкомпонентного аналізу, компоненту керування полями даних. Взаємодія вказаних компонентів дозволяє використовувати дані, алгоритми їхньої обробки і подання на екрані монітора в єдиному комплексі, що гарантує експерту одержання всього спектра інформаційної підтримки при ухваленні рішення.

Розроблено модель подання даних про об'єкт (СПРВ) у вигляді таблиць даних: насосних станцій, водоводів, споживачів, які задані координатами вершин мережі (для графічної візуалізації графа мережі та оперативного потокорозподілу), даними про компоненти графа мережі, про склад і зв'язки ЛК і таблицею даних для проведення гіперкомпонентного аналізу.

Досліджено вимоги до інструментарію програмного забезпечення, наведено опис функціональних елементів багатовіконного інтерфейсу, що включає: головне вікно системи; вікно візуалізації структури мережі; вікно формування альтернативних способів усунення аварії; вікна виведення результатів; вікно роботи з БД; вікно настроювання; вікно тестування функції вибору.

На рис.5, як приклад, наведено вікно візуалізації структури мережі.

Розглянуто можливості практичного використання системи на різних рівнях керування об'єктом.

Приклади використання розроблених алгоритмів і методів, результати розрахунків реальних водорозподільних мереж і ілюстрації елементів програмного інтерфейсу наведені в додатку до дисертаційної роботи. У додатках подано також акти впровадження програмного забезпечення, розробленого в дисертаційній роботі, у виробничий процес підприємств ПУВКГ Донецького регіону України і “УкркомунНДІпроект” (м. Харків).

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Уперше, з позицій загальносистемного підходу до задач автоматизованого управління потокорозподілом систем подачі й розподілу води, досліджені методи й прийоми оцінки якості вирішення, ефективності, надійності функціонування СПРВ; розроблені й класифіковані критерії оцінки, які використовуються при управлінні потокорозподілом у СПРВ на різних інтервалах часу.

2. Уперше задачі оперативного і довгострокового управління в штатних та аварійних режимах роботи математично сформульовані як багатокритеріальні задачі узагальненого математичного програмування, що відносяться до класу задач з незаданими бінарними відношеннями , які необхідно встановити в заданих конкретних ситуаціях (залежно від типу вирішуваної задачі - оперативне чи довгострокове управління - умови будуть різними).

3. Досліджено методи вирішення багатокритеріальних задач узагальненого математичного програмування, і вперше запропонований підхід, який полягає в модифікації багатокрокових схем узагальненого математичного програмування з різними інформаційними структурами стосовно до СПРВ.

4. Використовуючи особливості сильно зв'язаних орієнтованих графів, за допомогою яких описуються схеми з'єднань СПРВ, уперше розроблено інструментарій топологічного аналізу, що включає: топологічний аналіз задачі локалізації аварійних ділянок; формування локалізуючих компонентів; побудову гіперграфу і bc-дерева графа мережі.

5. Теоретично досліджений вплив місця розташування аварійної зони на спосіб її локалізації і зміну режиму функціонування систем подачі й розподілу води. Уперше сформульовані й доведені теореми, які постулюють єдиність: існування максимально локалізуючого підграфа; розбивки графа на максимально локалізуючі підграфи (компоненти); процедури побудови гіперграфа.

6. Уперше розроблені моделі пошуку раціонального вирішення для задач: оперативного і довгострокового автоматизованого управління потокорозподілом у СПРВ; оптимізації режимів роботи СПРВ у штатних режимах її функціонування; аварійної експлуатації систем подачі й розподілу води.

7. Розроблено алгоритми вирішення наступних задач: автоматизованої генерації баз даних для проведення розрахунків у реальному часі; формування баз даних різної пропускної здатності при оптимізації режимів функціонування систем водопостачання; генерації й аналізу графа СПРВ; тестування альтернативних проектів при управлінні на різних інтервалах часу; визначення локалізуючих компонентів; аналізу структури усіченої мережі, прийняття рішень в аварійній ситуації.

8. Розроблено архітектуру, модель подання даних, модель системи і мовного середовища, графічний і розрахунковий інтерфейси, а також головні підсистеми “Діалогової системи підтримки прийняття рішень при автоматизованому управлінні СПРВ на різних інтервалах часу”, що включають: розрахункову підсистему, систему графічної візуалізації схеми з'єднань СПРВ і систему управління базами даних.

9. Уперше розроблено програмне забезпечення, що реалізує вирішення задач оперативного і довгострокового автоматизованого управління потокорозподілом СПРВ у штатних та аварійних режимах функціонування у вигляді пакету програм “Діалогова система підтримки прийняття рішень при автоматизованому управлінні потокорозподілом у СПРВ на різних інтервалах часу”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Рябченко И.Н. Моделирование процессов потокораспределения в системах подачи и распределения воды с использованием ПЭВМ.- Харьков: Изд-во “Основа” при Харьковском ун-те, 1998.- 188с.

Интегрированная диалоговая система рациональной эксплуатации и развития систем подачи и распределения воды / Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В., Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И., Вольвовский Д.Е., Егоров С.И. - Донецк: РИП “Лебедь”, 1994.- 192с.

Минимизация функций с применением мини- и микро- ЭВМ . Сборник задач и упражнений / Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И., Пальченко Л.А., Рябченко И.Н./ Под ред. А.Г.Евдокимова. - Харьков: Вища школа, 1993.- 256с.

Рябченко И.Н., Маслак В.Н. Автоматизация процедуры генерации баз данных определенной пропускной способности // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.7 - К.: Техніка, 1997. С.36-38.

Рябченко И.Н. Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И. Интегрированная диалоговая система рациональной эксплуатации и развития систем подачи и распределения воды // В кн.: Новые информационные технологии управления развитием и функционированием трубопроводных систем энергетики. - Иркутск: СЭИ СО РАН.- 1993. -С.153-165.

Рябченко И.Н. Определение зон влияния насосных станций при оперативном управлении СПРВ // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.8 - К.: Техніка, 1997. - С.84-85.

Рябченко И.Н. Разработка эффективных методов проектирования систем подачи и распределения воды (СПРВ) с использованием теории принятия решений многокритериальных задач // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999. - №1.- С.7-11.

Рябченко И.Н. Использование методов топологического анализа при решении задачи локализации аварий на инженерных сетях // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-та - 1999.- №46. - С.28-30.

Рябченко И.Н. Использование методов теории принятия решений при оптимальном управлении системами подачи и распределения воды // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1998.- №6. - С.18-22.

Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Холодная Т.А. Разработка методики сбора и обработки оперативных данных информационной интеллектуальной системой с распределенным доступом // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып. 10 - К.: Техніка, 1997. - С.99-101.

Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В. Алгоритмическая поддержка процедуры локализации аварийных ситуаций в системах подачи и распределения воды (СПРВ) // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-т. - 1999. - №55. - С. 21-23.

Рябченко И.Н., Маслак В.Н. Алгоритм автоматизации процесса подготовки расчетных баз данных для систем водоснабжения // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999. - №2. - С.36-39.

Рябченко И.Н. Использование методов теории принятия решений при оптимальном проектировании систем подачи и распределения воды (СПРВ) // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.16 - К.: Техніка, 1998. -С.93-97.

Рябченко И.Н. Разработка алгоритма построения локализующего гиперграфа для тестирования конкурентоспособных структур водораспределительных сетей при их проектировании и реконструкции // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-т. 1999. - №58. - С.27-28.

Рябченко И.Н. Повышение эффективности эксплуатации систем водоснабжения в штатных режимах работы // Науковий вісник будівництва. - Харьков: ХДТУБА, ХАО АБУ. - 1999. - №7. - С.169-172.

Рябченко И.Н., Маслак В.Н. Многошаговая схема обобщенного математического программирования решения многокритериальной задачи оперативного управления водораспределительными сетями // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.19 - К.: Техніка, 1999. - С.195-197.

Рябченко И.Н. Задачи выбора рационального решения при эксплуатации водораспределительных сетей в нештатных ситуациях // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999. - №3. - С.49-52.

Рябченко И.Н. Построение модели принятия решений при эксплуатации систем подачи и распределения воды в аварийных ситуациях // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-т. - 1999. - №59. - С.57-59.

Рябченко И.Н. Обобщенный алгоритм оптимальной эксплуатации инженерных сетей // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.20. - К.: Техніка, 1999. - С.163-165.

Рябченко И.Н. Выбор модели представления данных в системе поддержки принятия решения при аварийном регулировании СПРВ // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999. - №5. - С.3-6.

Пат. 17219A UA G01 F1/66 Украина, Держпатент України. Акустичний витратомір / Корольков В.Г., Золотов М.С., Рябченко І.М., Маслак В.М., Гречухин О.В. Заявл. 22.01.96; Опубл. 1.04.97; 8 стр.

Пат. 2101681 C1 RU G01 F1/66 Российская федерация. Комитет Российской федерации по патентам и товарным знакам. Аккустический расходомер / Корольков В.Г., Золотов М.С., Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В., Заявл. 31.01.96г. Опубл. 10.01.98г.; 18 стр.

Рябченко И.Н. Разработка структуры интерактивной системы поддержки принятия решения в аварийной ситуации в водораспределительных сетях // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999.- №6. - С.82-85.

Рябченко И.Н., Яковицкий И.Л., Маслак В.Н. Система поддержки принятия решений оперативного управления и проектирования СПРВ // Системный анализ, управление и информационные технологии. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьков. политехн. гос. ун-т. - 2000. - №97. - С.84-88.

Волобуев А.А., Рябченко И.Н., Суховеева Н.И. Оперативное управление районными водораспределительными сетями с использованием систем поддержки принятия решений - эффективный путь снижения коммунальных платежей // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.43. - К.: Техніка, 2002. - С.170-173.

Рябченко И.Н. Сравнительный анализ многошаговой схемы обобщенного математического программирования с традиционными методами оптимизации при автоматизированном управлении потокораспределением в СПРВ // Адаптивні системи автоматичного управління. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 5(25) - Дніпропетровськ: Системні технології, 2002. - С.65-71.

Рябченко И.Н., Руденко О.Г., Буслик Н.Н. Системы управления базами данных как эффективный инструментарий учета объектов городской инфраструктуры // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.41. - К.: Техніка, 2002. - С.27-31.

Рябченко И.Н. Математическая модель принятия решений при автоматизированном управлении потокораспределением в инженерных сетях // Вісн. Кн. палати. - 2003. - № 8(85). - С.28-30.

Рябченко И.Н., Руденко О.Г. Векторный критерий в задачах оперативного управления потоками воды // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 2002.- №1.- С.50-52.

Рябченко И.Н., Карпенко Н.Ю., Суховеева Н.И. Использование методов топологического анализа для эффективной локализации аварий в водораспределительных сетях // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.36. - К.: Техніка, 2002. - С.259-262.

Рябченко И.Н. Автоматизация процесса формирования расчетных баз данных как способ повышения эффективности в процессе принятия решений // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.8 - К.: Техника. - 1997. - С.89-90.

Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Холодная Т.А. Аппроксимация потерь воды при авариях на водораспределительных сетях // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.10 - К.: Техніка, 1997. - С.137-139.

Рябченко И.Н. Некоторые вопросы разработки эффективной стратегии оперативного управления системами водоснабжения // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.16 - К.: Техніка, 1998. - С.68-70.

Рябченко И.Н., Холодная Т.А., Яковицкий И.Л. Ранжирование допустимых решений локализации аварийных ситуаций на инженерных сетях // Сб. Научн. Тр. по материалам 5-й международной конференции “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”. - Харьков: ХТУРЭ, 1999. - С.431-434.

Рябченко И.Н., Евдокимов А.Г. Проблемы рационального управления инженерными сетями. // Всесоюзная научно-техническая конференция “Разработка и внедрения АСУ водоснабжения и водоотведением в городах”: Тез. докладов. - Краснодар, 1990. - С.11-14.

Рябченко И.Н., Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И. САПР систем подачи и распределения воды // 4-я Всесоюзная школа "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами": Тез. докладов. - Туапсе, 1990. - С.29-30.

Рябченко И.Н., Кауров Л.Г., Стацюк Л.В. Математические методы анализа и прогнозирования динамики развития процессов // II-я Всесоюзная конференция "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей": Тез. докладов. - Харьков, 1991. - С.218-219.

Рябченко И.Н. Ресурсосберегающие технологии оперативного управления системами подачи и распределения воды в аварийных ситуациях // Международная научно-практическая конференция "Проблемы и перспективы ресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве": Тезисы докладов. - Харьков, 1995. - С.79.

Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В. Экспертная система локализации аварийных ситуаций в водораспределительных сетях // Международная научно-практическая конференция "Проблемы и перспективы ресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве": Тезисы докладов. - Харьков, 1995. - С.80.

АНОТАЦІЯ

Рябченко Ігор Миколайович. Автоматизоване управління потокорозподілом систем подачі й розподілу води в штатних та аварійних режимах роботи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю: 05.13.06 - автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. - Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2003.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної проблеми - автоматизованому управлінню потокорозподілом систем подачі й розподілу води в штатних та аварійних режимах роботи. У роботі всебічно досліджено об'єкт - система подачі й розподілу води СПРВ і критерії, за допомогою яких здійснюють оцінку ефективності його роботи.

Уперше задачі автоматизованого управління потокорозподілом СПРВ в штатних та аварійних режимах роботи математично сформульовані як багатокритеріальні задачі узагальненого математичного програмування з незаданими бінарними відношеннями. Розроблено математичні моделі, які адекватно описують процеси, що відбуваються в СПРВ.

Розроблено алгоритми вирішення задачі раціонального автоматизованого управління потокорозподілом систем подачі й розподілу води, що представляють розвиток багатокрокових алгоритмів вирішення задачі багатокритеріальної оптимізації стосовно до специфіки СПРВ. Теоретично досліджена задача локалізації аварійної ділянки шляхом топологічних перетворень графа мережі, сформульовані й доведені теореми, що постулюють: єдиність розбивки графа на локалізуючі компоненти і єдиність розбивки графа на гіперграфи.

Створено програмний інструментарій - пакет програм, який впроваджений в УВКГ міст України з реальним економічним ефектом - 970 тис. грн. і очікуваним - 2,5 млн. грн. і використовується у вищих навчальних закладах.

Ключові слова: теорія прийняття рішень, компроміс, ОПР, потокорозподіл, системи подачі й розподілу води (СПРВ), позаштатна ситуація, запірна арматура (засувки), локалізуючі компоненти, гіперграф, раціональне вирішення, багатокритеріальна оптимізація, узагальнене математичне програмування, інтерактивна система підтримки прийняття рішень.

Рябченко Игорь Николаевич. Автоматизированное управление потокораспределением систем подачи и распределения воды в штатных и аварийных режимах работы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности: 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2003.

Диссертация посвящена решению актуальной проблемы - автоматизированному управлению потокораспределением систем подачи и распределения воды в штатных и аварийных режимах работы.

В работе всесторонне исследован объект - технологические процессы, протекающие в СПРВ, и классифицированы критерии, с помощью которых проводят оценку эффективности и надежности его работы. Доказаны необходимые свойства множества критериев оптимизации: полнота, неизбыточность, минимальность, измеримость, операциональность, декомпозируемость.

Впервые задачи автоматизированного управления потокораспределением на различных интервалах времени (оперативное управление и долговременное управление - проектирование) в штатных и аварийных режимах работы математически сформулированы как многокритериальные задачи обобщенного математического программирования, относящиеся к классу задач с незаданными бинарными отношениями, которые необходимо устанавливать в зависимости от вида решаемой инженерной задачи - оперативное или долговременное управление.

Разработаны модели, адекватно описывающие технологические процессы, происходящие в системах подачи и распределения воды. Их использование позволяет достоверно моделировать потокораспределение СПРВ как на этапе проектирования, так и при эксплуатации и проводить имитационные расчеты в реальном времени.

Разработаны алгоритмы решения задачи автоматизированного управления потокораспределением СПРВ, представляющие собой развитие и модификацию многошаговых алгоритмов решения задачи многокритериальной оптимизации с учетом специфики объекта исследования.

Теоретически исследована задача локализации аварийного участка путем топологических преобразований графа сети, сформулированы и доказаны теоремы, постулирующие единственность разбиения графа на локализующие компоненты и гиперграфы. Сформулированные теоремы и особенности сильно связных графов, с помощью которых описывается схема соединений водораспределительных сетей, позволили разработать инструментарий топологического анализа, включающий: формирование множества локализующих компонент, построение гиперграфа сети и bc-дерева. Использование топологического инструментария позволяет любую водораспределительную сеть разбить на изолированные аварийные зоны (локализующие компоненты) и множество задвижек, перекрытие которых приведет к физической изоляции аварийного района от сети (замыкающее множество).

Разработаны архитектура, модель представления данных, модель системы и языковой среды, подсистема графической визуализации расчетных схем, блок расчетных задач, элементы экспертной системы продукционного типа, а также сервисные подсистемы “Диалоговой системы поддержки принятия решений при автоматизированном управлении потокораспределением СПРВ на различных интервалах времени”.

Создан программный инструментарий - пакет программ, который внедрен в производство водопроводно-канализационных хозяйств девяти городов Украины с реальным экономическим эффектом от внедрения - 970 тыс. грн. и ожидаемым - 2,5 млн. грн. и в учебный процесс высших учебных заведений г. Харькова (ХГАГХ) и Макеевки (ДонГАСА).

Ключевые слова: теория принятия решений, компромисс, ЛПР, потокораспределение, системы подачи и распределения воды, нештатная ситуация, запорная арматура (задвижки), локализующие компоненты, гипергаф, рациональное решение, многокритериальная оптимизация, обобщенное математическое программирование, интерактивная система поддержки принятия решений.

Rjabchenko Igor Nikolaevich. Automated control systems of water feeding and distribution in ordinary and emergency mode of operation. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on speciality: 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. - Kherson state technical university, Kherson, 2003.

The dissertation is devoted to the solution of an urgent problem - increase of efficiency and reliability of work of water supply systems. In the given work there are thoroughly investigated the object - the system of water feeding and distribution (SWFD) and the parameters to evaluate the efficiency of its performance.

For the first time the tasks of designing and maintenance of water supply systems in ordinary and emergency mode of operation are mathematically formulated as multicriterial concerning to a class of tasks of generalized mathematical programming. There are developed the models, adequately describing processes occurring in SWFD.

The task of localization of an emergency site is theoretically investigated by topological transformations of a network graph. There are developed the statements, postulating: the uniqueness of splitting the graph into localizing components, the uniqueness of splitting the graph into hypergraphs.

There are worked out the algorithms of solving the problem of rational maintenance and designing of water supply systems.

There are created the program tools - a software package is introduced into production of the cities of Ukraine with a real economic benefit after the introduction - 970 thousand grivnas and expected - 2,5 million grivnas, in higher educational institutions.

Keywords: the theory of solutions acceptance, compromise, FAS, water distribution, systems of water feeding and distribution, emergency situation, stop valves, localizing components, hypergraph, rational solution, multicriteria optimization, integrated mathematical programming, generalized mathematical programming, interactive system of decision-making support.

Підписано до друку 21.10.2003. Формат 60х84 1/16. Папір офісн.

Друк на ризографі. Обл.-вид. арк. 1,9. Тираж 100 прим. Зам. № 2456

Харківська державна академія міського господарства

Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХДАМГ

Україна, 61002, м. Харків, вул. Революції,12

Размещено на Allbest.ru