Validation de données débitmétriques issues de réseaux d'assainissement, Validation of flowrate data collected from the sewer networks

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Sous la direction de José Ragot
Thèse soutenue le 25 janvier 2007: INPL
L’objectif de ce mémoire de thèse est de valider les mesures débimétriques issues des réseaux d’assainissement. Des défaillances techniques dans les capteurs de mesure ou l’existence des phénomènes perturbateurs produisent des anomalies sur ces mesures. Notre travail consiste à proposer une procédure de diagnostic hors ligne capable de détecter et de localiser les défauts de mesures. Cette procédure est à base de modèles analytiques. Nous avons établi dans un premier temps, un ensemble de modèles linéaires pour générer des résidus. Ces derniers ont permis d’établir la matrice des signatures des défauts expérimentales. Ensuite, une première technique de diagnostic a été considérée. Elle consiste à combiner le test de Page pour la détection des défauts et le calcul de distance Euclidienne entre les signatures des défauts théoriques et la signature expérimentale de chaque défaut pour la localisation des capteurs en défauts. Puis, deux autres techniques ont été proposées. Elles sont basées sur l’analyse conjointe des résidus générés et des symptômes des défauts. L’une est appelée DMP (Model Diagnostic Processor) et l’autre est à base de concepts de la logique floue. A la fin, les performances de ces techniques ont été calculées pour pouvoir les comparer. Nous avons amélioré les performances de la dernière technique en proposant un nouvel opérateur d’agrégation et en considérant la persistance des défauts.
-Défaut
-Détection
-Diagnostic
-Floue
-Localisation
-Redondance
-Réseau d'assainissement
-Résidu
The objective of this thesis is to validate flow rate measurements collected from the sewer networks. Technical failures in the sensors or the existence of the disturbing phenomena produce anomalies to these measures. Our work consists in proposing a procedure of diagnosis off line able to detect and isolate the defects of measurements. This procedure is based on analytical models. We first established, a set of linear models used to generate faults indicators called residuals. These last ones allowed us to establish the experimental faults signatures matrix. Then, a first technique of diagnosis was considered. It consists in combining the test of Page for faults detection and on the calculation of Euclidean distance between the theoretical faults signatures and the experimental fault signature of each defect for the isolation of the faulty sensor. Two other techniques suggested, are based on the joint analysis of the generated residuals and the symptoms of the defects. One is called DMP (Model Diagnostic Processor) and the other is based on the fuzzy logic concepts. In the end, the performances of these techniques were calculated to be able to compare them. We improved the performances of the last considered technique by proposing a new operator of aggregation and by considering the persistence of the defects.
-Fault
-Detection
-Diagnosis
-Fuzzy
-Isolation
-Redundancy
-Residual
-Sewer network
Source: http://www.theses.fr/2007INPL007N/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
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IIA la mémoire de ma chère mère,
à mon cher père,
à mon cher mari,
je dédie ce travail. IV Dédicace Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au Laboratoire
Central des Ponts et Chaussées et au Centre de recherche en Automatique
de Nancy. Ces travaux ont été dirigés par Monsieur J. RAGOT.
Je voudrais tout d’abord exprimer toute ma reconnaissance à Monsieur
M. ROBERT pour avoir accepté la présidence du jury de thèse.
Je tiens à remercier Monsieur B. OULD-BOUAMAMA et Monsieur P.
CHATELLIER pour l’attention qu’ils ont portée à ce travail en me faisant
l’honneur d’être rapporteurs.
Je voudrais témoigner toute ma gratitude à Monsieur Claude JOANNIS
pour sa disponibilité et sa bienveillance constantes.
Je remercie vivement Monsieur José RAGOT pour avoir assuré la tâche
de directeur de thèse et dont les nombreux conseils scientifiques ont permis
de guider cette étude.
Je remercie également Monsieur Michel AUMOND du LCPC qui n’a
cessé de soutenir et valoriser ce travail, par les moyens expérimentaux.
Je tiens à remercier tous les membres de l’équipe eau et environnement
qui m’ont soutenu par leurs conseils et remarques. ReVI merciements Table des matières
Introduction 1
1 Les réseaux de mesure en assainissement 7
1.1 Introduction…………………………………………………………………….8
1.2 Objectifs d’obtention de mesures en réseau d’assainissement………………....8
1.2.1 Objectifs liés aux questions techniques……………………......................8
1.2.2 Objectifs liés aux questions réglementaires et juridiques….…………....12
1.2.3 Objectifs liés aux questions financières……………………………...….15
1.3 Conception du réseau de mesure……………………………………………....16
1.3.1 Grandeurs mesurées……………………………………………………...16
1.3.2 Position des points de mesure sur le système d’assainissement………....16
1.3.3 Stratégie d’acquisition…………………………………………………...20
1.3.4 Fréquence de transmission……………………………………………….21
1.3.5 Stratégie d’échantillonnage……………………………………………....21
1.3.6 Transmission et gestion des données…………………………………….22
1.4 Méthodes et technologie pour l’évaluation du débit………………………..…24
1.4.1 Mesure de débit………………………………………………………….24
1.4.2 Mesure de la hauteur…………………………………………………….25
1.4.3 Mesure de la vitesse……………………………………………………..26
1.5 Anomalies affectant les mesures………………………………………………27
1.5.1 Anomalies de fonctionnement…………………………………………...27
1.5.2 Anomalies sur le processus……………………………………………...29
1.6 Données………………………………………………………………………..32
1.6.1 Réseau de mesure de Nantes…………………………………………….32
1.6.2 Acquisition et gestion des données sur le système de Nantes...………...33
1.6.3 Données disponibles…………………………………………………….33
1.6.4 Données utilisées………………………………………………………..34
1.7 Conclusion…………………………………………………………………….34

2 Méthodes de validation des données de mesure 37
2.1 Introduction .................................................................................................38
2.2 Techniques de validation des données ............................................................39
2.3 Méthode de validation des données de mesure à base de modèles analytiques
46
2.4 Généralités sur le diagnostic des systèmes.......................................................47
2.5 Conclusion........................................................................................................50VIII Table des matières
3 Modèles 51
3.1 Introduction......................................................................................................52
3.2 Présentation des données utilisées....................................................................53
3.3 Prétraitement des données................................................................................56
3.4 Analyse des données .......................................................................................57
3.5 Etablissement des modèles...............................................................................59
3.6 Structure des modèles.......................................................................................62
3.6.1 Choix de la structure du modèle...............................................................64
3.6.2 Sélection des variables explicatives .........................................................65
3.7 Identification paramétrique par la méthode des moindres carrés ordinaire......70
3.8 Validation des modèles ....................................................................................70
3.8.1 Evaluation de l’écart type de l’erreur et du coefficient de détermination…..71
3.9 Conclusion........................................................................................................76
4 Détection et localisation des défauts de mesures 79
4.1 Introduction......................................................................................................80
4.2 Génération de résidus........................................................................................82
4.3 Caractéristiques des résidus..............................................................................85
4.3.1 Caractéristiques théoriques des résidus.....................................................85
4.3.2 Caractéristiques expérimentales des résidus.............................................85
4.3.3 Calcul des tolérances associées aux résidus..............................................86
4.4 Matrice des signatures des défauts ..................................................................86
4.5 Procédure de détection des défauts ..................................................................89
4.5.1 Choix des paramètres pour la procédure de détection...............................91
4.5.2 Application de la procédure de détection..................................................99
4.6 Localisation des défauts..................................................................................101
4.6.1 Localisation des défauts basée sur le calcul de distance..........................101
4.6.2 Localisation de défauts par la méthode DMP.........................................104
4.6.3 Localisation de défauts basée sur les concepts de la logique floue.........108
4.7 Comparaison des trois procédures de détection et de localisation considérées
121
4.8 Conclusion.....................................................................................................122
Conclusion 123
Références 127
Annexe A Points de mesures 135
Annexe B Prétraitement des données 139 IX
Annexe C Résultats de l’application de la méthode OLS 145
Annexe D Validation croisée des modèles 147
Annexe E Signature des défauts théorique 171

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