ENERGY-EFFICIENT MONITORING AND LEAK LOCALIZATION IN WATER PIPELINES USING WIRELESS SENSOR NETWORK. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Published Version of MS Thesis Defense) Energy-Efficient_Monitoring_and_Leak_Localization_in_Water_Pipelines_Using_Wireless_Sensor_Network.pdf - Published Version Download (8MB) | Preview

Arabic Abstract

يعتبر الكشف عن التسرب وتحديدموقعه في شبكات أنابيب المياه أمرا بالغ الأهمية في الصناعة، ولا سيما في المناطق التي تكون فيها المياه شحيحة. في هذا العمل نقدم نهجا جديدا متعدد المقاييس للكشف عن التسريب وموقعه في شبكات أنابيب المياه باستخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية باستخدام نهج متعدد الجوانب للحد من استهلاك الطاقة .وتعتمد الخوارزمية المعروضة على استخدام بيانات الاهتزاز لأنه بهذه الطريقة يمكن معرفة مكان التسرب دون الحوجةالي المام كبيربالشبكة، ، وانه من الأسهل للحصول علي النقاط التعسفية وأجهزه استشعار الاهتزاز غير الغازية. من أجل التحقق من فعاليه النهج لظروف معينه في خط الأنابيب ، ونحن محاكاة نموذج خط الأنابيب باستخدام ايانيت. ثم يتم دمج نموذج الاهتزاز معها في ماتلاب ، لان الملاحم لا تشمل نماذج لقياسات الاهتزاز. وفي نظامنا الخاص بالاستشعار المتعدد الوسائط ، تستخدم الدراجات الواجبة لخفض عدد حالات أخذ العينات. الاضافه إلى ذلك ، فان مخططنا الجديد يعتمد علي استخدام (ا) مخطط لأخذ العينات المتكيفة حيث يحسب تردد أخذ العينات باستخدام تحويل المويجات ، (ب) العتبة التكيفيه للكشف عن التسرب و (ج) ضغط الإشارات للحد من طاقة الإرسال. ويعتبر هنا اختبار سرير لشبكه أنابيب المياه ، والتي تستخدم في مواقع مختلفه في الشبكة ، وأجهزه استشعار الضغط والاهتزاز مع مختلف تصنيفات الطاقة ومستويات الدقة. ويضبط جهاز استشعار الاهتزاز المنخفض الرسوم علي الدراجات الهوائية تواتر أخذ العينات لجهاز استشعار الاهتزاز العالي الرسوم علي الدراجات في نظام أخذ العينات التكيفيه. وبمساعده من المخطط المقترح لكفاءة الطاقة ، فان عقده الاستشعار قادره علي اكتشاف وتحديد مكان التسرب مع تحقيق انخفاض كبير في استهلاك الطاقة. وعلاوة علي ذلك ، يتم تطوير وظيفة التكلفة النسبة لاحتياجات معينه من استهلاك الطاقة وتستخدم طريقه الحل القائم علي التراجع الذي يعطي المعايير المثلي للقيود معينه.

English Abstract

Leak detection and localization in water pipeline networks is of paramount importance to industry, especially in regions where water is scarce. In this work we present a novel multi-scale approach for leak detection and localization in water pipeline networks utilizing Wireless Sensor Networks (WSNs) by using a multipronged approach to reduce the WSN’s energy consumption. The algorithm presented is based on the use of vibration data because this way the leak can be localized without extensive knowledge of the network, and it is easier to acquire at arbitrary points as the vibration sensors are non-invasive. In order to validate the effectiveness of the approach for particular conditions in the pipeline, we simulate the pipeline model using EPANET. Then the vibration model is integrated with it in MATLAB, since EPANET do not include models for vibration measurements. In our multimodal sensing scheme, duty cycling is used to reduce the number of sampling instances. Additionally, our novel scheme hinges on the use of (a) an adaptive sampling scheme wherein the sampling frequency is computed using the wavelet transform, (b) adaptive thresholding to detect the leak and (c) signal compression to reduce the transmission energy. A test-bed of a water pipeline network is considered here, which uses, at various locations in the network, pressure and vibration sensors with different energy ratings and precision levels. The low duty-cycling vibration sensor (HSVS) adjusts the sampling frequency of the high duty-cycling vibration sensor (LSVS) in the adaptive sampling scheme. Aided by the proposed energy efficiency scheme, the sensor node is able to detect and locate the leak while achieving a significant reduction in energy consumption. Furthermore a cost function is developed and for a given energy consumption requirement a backtracking based solving method is used which gives the most optimum parameters for the given constraints.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer Electrical
Department:	College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor:	Mysorewala, Muhammad F.
Committee Members:	Cheded, Lahouari and El Shafei, Moustafa
Depositing User:	NAJAM US SAQIB (g201406820)
Date Deposited:	09 Jul 2017 05:35
Last Modified:	31 Dec 2020 08:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140395