Ученые Московского Политеха, ГГТУ и ТПУ разработали систему эффективного мониторинга расхода воды в городе
Ученые из России и Беларуси разработали методику пространственной кластеризации городских систем водоснабжения. Метод позволяет оптимально распределять датчики давления и расхода воды по территории города, повышая эффективность мониторинга сетей на 60-70% за счет равномерного размещения устройств контроля в границах кластеров. В основе разработки – алгоритмы анализа пространственных данных и метод кластеризации Уорда, адаптированный под задачи водоснабжения. В исследовательский коллектив вошли специалисты трех вузов: Гомельского государственного технического университета имени П.О. Сухого, Московского политехнического университета и Томского политехнического университета.
По данным исследования, в городских системах водоснабжения теряется значительный объем воды из-за несвоевременного выявления утечек и аварийных ситуаций. Новый подход, основанный на разделении городской территории по географическому положению объектов и объемам потребления воды, позволит оптимизировать энергоэффективность системы не менее чем на 10%. Это достигается благодаря созданию цифровых двойников гидравлической системы, обеспечивающих точное моделирование режимов водоснабжения и предсказание возможных утечек.
Исследование опубликовано в журнале Smart Cities (Q1, Швейцария) в январе 2025 года в специальном выпуске Digital Innovation and Transformation for Smart Cities. Основную методологическую разработку выполнил доцент кафедры «Электроснабжение» Гомельского технического университета Алексей Капанский. Со стороны Московского Политеха работу возглавил заведующий кафедрой «Автоматизации и управления» Роман Клюев.
Для апробации методики исследователи использовали систему водоснабжения Гомеля с пятью водозаборами. В течение года команда анализировала данные о подаче воды, давлении в сети и географическом расположении более 250 крупнейших промышленных объектов, формирующих 66% общего водопотребления города. Анализ показал, что среднесуточная подача воды крупнейшим водозабором «Сож» составляет 49 192 м³ при коэффициенте вариации 7,4%.
«Разработанная методика позволяет создать цифровую модель системы водоснабжения с учётом реального расположения потребителей и их потребностей. На основе этой модели мы можем определить оптимальные точки для размещения датчиков контроля и прогнозировать возможные проблемные участки сети. Это позволит оптимизировать работу ЖКХ и в перспективе снизить траты на коммунальные услуги», — пояснил Роман Клюев.
Томские ученые проанализировали согласованность результатов кластеризации с фактической территориальной организацией системы водоснабжения. Их работа обеспечила точность и достоверность выделенных зон.
Собранная с датчиков информация сформировала основу для построения и совершенствования гидравлических моделей. Данные мониторинга позволили выявить ключевые зависимости между водопотреблением, территориальными кластерами и гидравлическими параметрами системы.
Методика учитывает изменения в развивающейся инфраструктуре водоснабжения города и использует непрерывный поток информации для планирования зон обслуживания сетей. Это позволяет оперативно корректировать работу системы при появлении новых объектов или изменении характера водопотребления.
Результаты исследования заложили фундамент для дальнейшего совершенствования моделей гидравлических режимов и их адаптации под реальные условия городской инфраструктуры с получением данных в реальном времени.
