基于生存分析的城市供水管网经济更换时间预测

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1、分类号：610．3050密级：天津理工大学研究生学位论文基于生存分析的城市供水管网经济更换时间预测(申请硕士学位)学科专业：环境科学研究方向：环境工程系统优化与数学模拟作者姓名：孙莹指导教师：李霞副教授2014年5月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’SDegreeEconomicalReplacementTimePredictionofWaterSupplyNetworkbasedonSurvivalAnalysisBySunYing

2、SupervisorLiⅪaMay,2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗墨兰盘望或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：确、莹签字日期：力僻年占月／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解盘盗堡墨太望有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨盗墨墨盘至可以将学位论文

3、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：’硐、秀签字日期：加V年6月．7日导师粕：撅签字日期：别垆年6月尸日摘要供水管网是城市重要的基础设施之～，承担着输送居民用水的关键任务，然而，管网老化、城市高速扩张、管理水平落后均导致爆管事件频发。爆管事故不仅浪费水资源，还严重影响人民的生产生活，同时给管理部门带来了管道修复／更新问题。因此，分析爆管的影响因

4、素，建立管道生存函数模型和综合爆管预测模型，并基于极限爆管率计算管道的最经济更换时间，这将有效降低管道爆管率，为管网的运行优化和维护管理提供理论依据。本文详细阐述了生存分析理论及其常用的模型，并采用半参数的Cox比例风险模型对管道进行寿命分析。首先，统计管网的基本信息和爆管记录，确定Cox回归模型的输入变量；其次，定义生存时间，对管道按照爆管次数分为两组，分别建立ModelI和ModelⅡ，通过标准得分残差来检验比例风险假定，发现只有ModelI的道路类型是时间．依赖变量；再次，求解管道基准生存函数，确定管道的生存时

5、间符合Weibull分布，进而求出管道的生存函数；最后，采用剩余残差对模型进行检验，并对风险比进行分析，发现管径是保护因子，管材、管长和道路类型是危险因子，ModelI对管长和道路类型的敏感程度比ModelII更大。在Cox比例风险模型基础上，进一步研究管道更新时间。首先，计算单次爆管预测误差和累计爆管预测误差，得出最佳生存概率为0．7，此时Cox模型精度最优；其次，以爆管实际记录和中位寿命作为输入，将管道按照管材、管径分组，分别建立综合爆管预测模型，得出单根管道的爆管率；再次，结合极限爆管率，得出管道的经济更换时间

6、方程，经检验，模型精度较高，能有效预测管道爆管趋势。最后，对管道经济寿命的分布规律和经济寿命平均值进行统计分析。关键词：供水管网生存分析Cox比例风险模型生存时间爆管预测模型AbstractWatersupplynetworkisoneofthecity’Simportantinfrastructures，whichundertakethetaskofwatertransport．However，pipelineaging，rapidexpansionofcityandpoormanagementleadtopipe

7、breakincidentsfrequently．Pipebreakisnotonlyawasteofresources，butalsoseriouslyaffectpeople’Sproductionandlife，andbringpiperepaiffupdateproblemstomanagement．Thus，efficientandeconomicmethodology，suchasanalyzingthemainfactorsaffectingthepipebreak，evaluatingtheecono

8、micreplacementtimeunderthethresholdbreakrateandestablishingthebreakpredictionmodelwillreducethepipebreakrateeffectivelyandisexpectedtobeextremelyusefulinthemaintenanceofwate