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Titelaufnahme

Titel
Development and application of software sensors and reverse models for urban drainage systems : model-based approaches for gaining more information from measurement data / Günther Leonhardt
VerfasserLeonhardt, Günther
Begutachter / BegutachterinRauch, Wolfgang ; Arnbjerg-Nielsen, Karsten
Betreuer / BetreuerinRauch, Wolfgang
Erschienen2014
UmfangXIII, 109, P73 S. : 2 Zsfassungen ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. und in engl. Sprache
Datum der AbgabeMai 2014
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Softwarebasierte Sensoren / Rückwärts-Modellierung / Automatische Modellnachführung / Echtzeit-Modellierung / Siedlungsentwässerung / Urbanhydrologie
Schlagwörter (EN)software sensors / reverse modelling / model updating / online modelling / urban drainage / urban hydrology
Schlagwörter (GND)Kanalisation / Sensor / Messwert / Mathematisches Modell / Echtzeitsimulation
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-241 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
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Development and application of software sensors and reverse models for urban drainage systems [1.25 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Zur Unterstützung eines optimalen Betriebs sind viele Kanalsysteme mit Messsensoren ausgestattet. Die Messdaten ermöglichen neben der späteren (Offline-)Auswertung auch eine sofortige (Online- oder Echtzeit-)Analyse der Situation im System. Dies erfolgt meist automatisch mit mathematischen Algorithmen und Modellen. Neben der Echtzeitsteuerung kann auch die Gewinnung zusätzlicher Informationen Ziel der Analyse sein. In diesem Fall bezeichnet man die Algorithmen als softwarebasierte Sensoren. Die Arbeit stellt Methoden vor, um mit Hilfe konzeptioneller mathematischer Modelle neue Informationen aus hydraulischen Messdaten zu generieren. Die Methoden können online oder offline eingesetzt werden und berücksichtigen Unsicherheiten in Messdaten und Modellen. Die folgenden grundlegenden Methoden können unterschieden werden: Die Rückwärts-Modellierung (reverse modelling) ermittelt Eingangsdaten eines Systems auf Basis von gemessenen Ausgangsdaten. Die automatische Modellnachführung (model updating) wird zur laufenden Anpassung von Online-Modellen auf Basis von Online-Messdaten eingesetzt, um die Simulationsergebnisse zu verbessern. Mittels Rückwärts-Modellierung kann aus Abflussmessungen im Kanal der Netto-Gebietsniederschlag über dem Einzugsgebiet berechnet werden. Die Methode wurde zur Analyse der Unsicherheiten des Niederschlags eingesetzt. In Kombination mit einem Fehlermodell konnten damit auch plausible Werte für Lücken in Niederschlagsdaten geschätzt werden. In einer weiteren Anwendung wurde Rückwärts-Modellierung zur Ermittlung des Zuflusses in ein Speicherbauwerk eingesetzt. Für ein N-A-Modell zur Abschätzung von Mischwasserentlastungsmengen wurde eine Methode zur automatischen Modellnachführung entwickelt. Dabei werden Messdaten verwendet, die nur Informationen über das Auftreten der Entlastung liefern.

Zusammenfassung (Englisch)

To ensure an optimal operation, many sewer networks are equipped with online sensors. The measurement data allows to assess the states of the sewer system not only in retrospect (referred to as offline), but also in real-time (online). The data can be processed automatically with mathematical algorithms or models to support the operation of the system directly (by real time control), or to obtain information beyond that provided by the sensors themselves. In the second case the techniques are referred to as software sensors. This work introduces software sensors and their application to derive new information from hydraulic measurements in sewer networks. They are based on conceptual models, consider uncertainties in data and model parameters, and can be used online or offline. Among the presented approaches and applications, two basic methodologies can be differentiated: The first one is referred to as reverse modelling, which denotes the estimation of system inputs from measured outputs. The second methodology is referred to as model updating, i.e. the sequential assimilation of the model to new measurements from the real system, in order to improve the estimation of model outputs in real time. Reverse modelling is used to estimate net areal precipitation on the corresponding urban catchment area from flow measurements in the sewer system. The method is applied to analyse uncertainties in areal rainfall. In combination with an error model the method is used to fill gaps in time series of measured rainfall. The second application of reverse modelling deals with the estimation of inflow to combined sewer overflow and storage structures in sewer systems. Model updating is applied to a conceptual model to simulate combined sewer overflow in real time. Data which provides only information on overflow occurrence is used to update the distribution of a model parameter.