Assessing the Diameters of Water Pipes Using the k-Nearest Neighbours Method in the Calculations of Water Distribution Systems

Water distribution systems provide water in cities and in rural areas. The basic element through which water reaches the consumer are the water pipes, hence their correct design is extremely important. The choice of pipe diameter requires hydraulic calculations. Computer programmes may choose diameters, but usually, it is the designer's task. This paper proposes a classifier, based on the k-Nearest Neighbours method, which, on the basis of a reliable flow, will assess the appropriateness of the diameter chosen. In the work 11961 training examples were obtained containing the input variable in the form of a nominal flow, through water supply line Qm, corresponding to the output variable DN. On the basis of the set of training examples, a model was constructed and the diameters of the water pipes were classified using the k-Nearest Neighbours method, using various neighbourhood values. The k-NN method obtained, shows a high accuracy index in the classification of the diameters of the pipes in the k = 5 neighbourhood.

Systemy dystrybucji wody dostarczają wodę w miastach i na terenach wiejskich. Podstawowym elementem, przez który woda dociera do odbiorców są przewody wodociągowe, stąd niezwykle istotne jest ich poprawne zaprojektowanie. Dobór średnic rurociągów wymaga przeprowadzenia obliczeń hydraulicznych. Programy komputerowe mogą automatycznie dobierać średnice, ale najczęściej zadanie to należy do projektanta. Obecnie opracowuje się metody, które wspomagałyby projektantów w realizacji powyższych zadań. W niniejszej pracy zaproponowano klasyfikator oparty na metodzie k-Najbliższych Sąsiadów (k-NN), który na podstawie przepływu miarodajnego Qm będzie oceniał poprawność dobranej średnicy. W tym celu sporządzono 11961 przykładów uczących zawierających zmienną wejściową w postaci przepływu miarodajnego Qm oraz odpowiadającą mu zmienną wyjściową zdefiniowaną jako średnica nominalna DN. Na podstawie zestawu przykładów uczących skonstruowano klasyfikator za pomocą metody k-Najbliższych Sąsiadów, stosując różne wartości sąsiedztwa. Uzyskana metoda k-NN pokazuje wskaźnik wysokiej dokładności w klasyfikacji średnic rur dla wartości sąsiedztwa k = 5.