МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра АПУ

Курсовая РАБОТА

по дисциплине «Системный анализ»

Тема: реконструктивный анализ актуальных состояний аварийности коммунальных сетей водоснабжения и водоотведения мегаполиса (на примере ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»)

Студенты гр. 2392		Смирнова М. В.
		Давыдов В. А.
		Крахотин М. А.
Преподаватель		Фомин Б. Ф.

Санкт-Петербург

2025

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студенты: Смирнова М. В., Давыдов В. А, Крахотин М. А.

Группа 2392

Тема работы: реконструктивный анализ актуальных состояний аварийности коммунальных сетей водоснабжения и водоотведения мегаполиса (на примере ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»).

Исходные данные: проект водоканал «генерация научно-достоверного знания об аварийности сетей водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга для разработки на основе полученного знания эффективной системы предотвращения аварийности»

Студенты гр. 2392 Смирнова М. В. Давыдов В. А. Крахотин М. А. Преподаватель Фомин Б. Ф.

Содержание

Введение 4

Глава 1. Объект исследования и эмпирический контекст системы. 6

1.1. Объект исследования и его структура 6

1.2. Источники и состав исходных данных 7

1.3. Подготовка эмпирического описания системы 9

Глава 2. Целевые показатели аварийности коммунальных сетей. 12

2.1. Формирование множества целевых показателей аварийности. 12

2.2. Пространственно-временная изменчивость целевых показателей аварийности 13

Глава 3. Вовлечённые показатели и системные связи аварийности 15

3.1. Понятие вовлечённых показателей и их роль в анализе аварийности 15

3.2. Структура связей целевых и вовлечённых показателей 16

3.3. Выделение главного подмножества вовлечённых показателей 17

Глава 4. Модели собственных качеств и эталонные состояния системы 20

4.1. Модели собственных качеств системы и роль целевых показателей 20

4.2. Отбор лучших моделей собственных качеств системы 21

4.3. Эталонные состояния собственных качеств системы 22

Глава 5. Реконструктивный анализ актуальных состояний аварийности 24

5.1. Подготовка и ранжирование моделей для реконструкции 24

5.2. Реконструкция актуальных состояний аварийности за выбранный период 25

5.3. Представительская реконструкция аварийного состояния 26

Вывод 29

ПРИЛОЖЕНИЕ №1 31

ПРИЛОЖЕНИЕ №2 32

ПРИЛОЖЕНИЕ №3 33

Введение

Надёжность функционирования коммунальных сетей водоснабжения и водоотведения является одним из ключевых факторов устойчивого развития мегаполиса. Аварийные ситуации на сетях приводят к нарушениям жизнеобеспечения населения, ухудшению экологической обстановки и значительным экономическим потерям. В условиях износа инфраструктуры, территориальной неоднородности и сезонных воздействий аварийность формируется как сложный системный процесс.

Системы водоснабжения и водоотведения относятся к классу сложных открытых систем, функционирование которых описывается большими массивами разнородных показателей. Использование традиционных подходов, основанных на отдельных статистических характеристиках или локальных причинно-следственных связях, не позволяет выявить системные механизмы формирования аварийных состояний и устойчивые закономерности их возникновения.

В этой связи актуальной является задача получения системного знания об аварийности коммунальных сетей, направленного на реконструкцию актуальных состояний системы, выявление совокупностей факторов, определяющих уровень аварийности, а также определение периодов повышенного аварийного риска.

Для решения данной задачи в работе применяется методология физики открытых систем (ФОС), ориентированная на реконструкцию знания о системе на основе эмпирических данных. В рамках данного подхода объект исследования рассматривается как система в данных и система в отношениях, что обеспечивает переход от эмпирического описания к моделям знания, эталонным состояниям и реконструкциям актуальных состояний.

Объектом исследования в курсовой работе являются коммунальные сети водоснабжения и водоотведения мегаполиса на примере ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга». Анализ выполнен для Юго-Западного Водоканала с использованием эмпирических данных за 2005 год.

Цель: реконструктивный анализ актуальных состояний аварийности коммунальных сетей водоснабжения и водоотведения мегаполиса на основе методологии физики открытых систем.

Задачи:

• описание объекта исследования и структуры системы;

• анализ целевых и вовлечённых показателей аварийности;

• исследование моделей собственных качеств и эталонных состояний;

• реконструкция актуальных состояний аварийности;

• выявление периодов повышенной аварийной угрозы.

Глава 1. Объект исследования и эмпирический контекст системы.

1. Объект исследования и его структура

Объектом исследования в данной курсовой работе является производственная система централизованного водоснабжения и водоотведения Юго-Западной водопроводной зоны (ЮЗВ), рассматриваемая на уровне производственного управления (ПУ) «Кронштадт». Система ЮЗВ относится к классу сложных технико-организационных систем и предназначена для обеспечения водоснабжения потребителей, а также приёма, транспортировки и очистки сточных вод.

Система ПУ «Кронштадт» рассматривается как совокупность взаимосвязанных сегментов, отражающих основные этапы технологического и управленческого цикла. В её структуре выделяются сегменты водоснабжения (источник воды, производство воды, подъёмы и водоподача), сегменты водоотведения и очистки сточных вод (перекачка, механическая и биологическая очистка, выпуск очищенных сточных вод), а также сегменты, связанные с инфраструктурой и эксплуатацией, включая сооружения и персонал.

Каждый сегмент характеризуется собственным набором показателей, отражающих технологические, эксплуатационные, качественные и организационные аспекты функционирования системы. Совокупность этих показателей формирует эмпирическое описание системы, используемое в дальнейшем для анализа аварийности и построения моделей системного знания.

Декомпозиция системы ПУ «Кронштадт» по сегментам позволяет рассматривать аварийность не как результат отдельных отказов, а как проявление системных процессов, возникающих при взаимодействии элементов системы. Такой подход соответствует методологии функционально-объектного синтеза (ФОС) и создаёт основу для последующего анализа целевых показателей аварийности, вовлечённых показателей и реконструкции актуальных состояний системы.

Состав сегментов системы ПУ «Кронштадт» и распределение показателей по сегментам приведены в таблице 1.