《基于數(shù)據(jù)挖掘的城市時(shí)用水量預(yù)測(cè)研究》——浙江省水利廳科技項(xiàng)目申請(qǐng)書[1]

1、 受理編號(hào):浙江省水利廳科技項(xiàng)目申請(qǐng)書研究領(lǐng)域代碼( 2 ) 項(xiàng)目名稱：基于數(shù)據(jù)挖掘的城市時(shí)用水量預(yù)測(cè)研究 申請(qǐng)單位：浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院 （蓋章）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：蘇志軍聯(lián)系電話： 手機(jī)： 申請(qǐng)日期： 2010年 7 月 31 日浙 江 省 水 利 廳二一年制填寫說明1、“項(xiàng)目名稱”限于25個(gè)漢字。2、申請(qǐng)單位名稱須填寫全稱，并與單位公章一致。3、“受理編號(hào)”由廳科技處統(tǒng)一填寫。4、“研究領(lǐng)域代碼”按下列對(duì)應(yīng)編號(hào)填寫：（1）防災(zāi)減災(zāi)；（2）水資源（水能資源）開發(fā)利用與節(jié)約保護(hù)；（3）水土保持、水生態(tài)與水環(huán)境保護(hù)；（4）水利工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)與施工；（5）灘涂資源保護(hù)、利用與河口治理；（6）信息技術(shù)與自

2、動(dòng)化；（7）水利管理與其他。4、封面上的“項(xiàng)目負(fù)責(zé)人”，限填一人；“聯(lián)系電話”、“手機(jī)”，填項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的聯(lián)系電話。 5、“申請(qǐng)單位”限填一家，“合作單位”須在合作單位欄加蓋公章。6、申請(qǐng)書第四欄研究?jī)?nèi)容中包括創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)；項(xiàng)目目標(biāo)明確具體，涵蓋范圍要與項(xiàng)目名稱相對(duì)應(yīng)，目標(biāo)在計(jì)劃實(shí)施周期內(nèi)能夠完成。7、申請(qǐng)書第五欄計(jì)劃進(jìn)度目標(biāo)，是年度工作檢查的依據(jù)。8、省內(nèi)水利企事業(yè)單位須在“申報(bào)單位所在地水行政主管部門意見”欄簽署意見及蓋章，廳屬單位和地方各級(jí)水行政主管部門此欄不需填寫。9、頁面不敷，可另附頁。10、該申請(qǐng)書書面材料一式一份，每年7月底前報(bào)送廳科技處，寄至杭州市梅花碑7號(hào)，浙江省水利廳科技

3、處（郵編：310009），網(wǎng)上申報(bào)同步進(jìn)行。項(xiàng)目名稱基于數(shù)據(jù)挖掘的城市用水量預(yù)測(cè)研究經(jīng)費(fèi)渠道AA.審批B.審核申請(qǐng)計(jì)劃類別CA.重大科技項(xiàng)目B.重點(diǎn)科技項(xiàng)目C.一般科技項(xiàng)目項(xiàng)目技術(shù)來源CA.自主開發(fā)B.合作開發(fā)C.產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開發(fā)D.引進(jìn)國(guó)內(nèi)技術(shù)E.引進(jìn)國(guó)外技術(shù)技術(shù)創(chuàng)新方式CA.自主創(chuàng)新B.集成創(chuàng)新C.在引進(jìn)、消化吸收基礎(chǔ)上的再創(chuàng)新D.科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化開始日期2010年7月完成日期2012年8月項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)（萬元）總計(jì)其中省級(jí)部門專項(xiàng)預(yù)算地方財(cái)政補(bǔ)助單位自有貨幣資金其他資金55預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益年增產(chǎn)值（萬元）年增利潤(rùn)（萬元）年增稅金（萬元）年創(chuàng)匯（萬美元）年節(jié)匯（萬美元）12預(yù)計(jì)其它成果論文數(shù)專利

4、其中發(fā)明專利3一、項(xiàng)目情況項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)開支預(yù)算預(yù)算金額（萬元）其中省級(jí)部門專項(xiàng)預(yù)算(萬元)當(dāng)年省級(jí)部門專項(xiàng)預(yù)算（萬元）備注辦公費(fèi)0.5資料信息費(fèi)0.5印刷費(fèi)0.5燃料動(dòng)力費(fèi)郵電費(fèi)交通費(fèi)0.5差旅費(fèi)會(huì)議費(fèi)培訓(xùn)費(fèi)招待費(fèi)人員勞務(wù)費(fèi)0.5專家咨詢費(fèi)0.5租賃費(fèi)專用材料費(fèi)專用設(shè)備購(gòu)置費(fèi)1購(gòu)買計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件工具試驗(yàn)化驗(yàn)加工費(fèi)0.5委托業(yè)務(wù)費(fèi)管理費(fèi)其他（ ）0.5合 計(jì)5二、申請(qǐng)單位概況申請(qǐng)單位單位名稱浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院詳細(xì)地址杭州蕭山科教園耕文路郵政編碼311231單位E-mail聯(lián) 系 人聯(lián)系電話傳 真合作單位(加蓋公章)單位名稱職責(zé)1杭州蕭山水務(wù)集團(tuán)有限公司提供本項(xiàng)目所需的基本數(shù)據(jù)和技術(shù)實(shí)踐支持2

5、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院提供本項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支持3456789三、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及項(xiàng)目組成員情況項(xiàng)目負(fù)責(zé)人姓 名蘇志軍身份證號(hào)碼聯(lián) 系 電 話E-mail學(xué) 歷本科學(xué)位碩士職務(wù)職稱 講師從事專業(yè)計(jì)算機(jī)研究與教育工 作 單 位浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院在本項(xiàng)目中的分工數(shù)據(jù)收集、整理、挖掘、分析，給出總體結(jié)論報(bào)告項(xiàng)目組成員姓名出生年月專業(yè)技術(shù)職務(wù)專業(yè)工作單位在本項(xiàng)目中的分工博士信息管理浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支持教授會(huì)計(jì)浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)工程師給排水蕭山水務(wù)集團(tuán)工程技術(shù)支持工程師計(jì)算機(jī)蕭山水務(wù)集團(tuán)協(xié)助項(xiàng)目實(shí)施四、研究的背景和意義(申報(bào)重大或重點(diǎn)項(xiàng)目的，此欄必填) 供水系統(tǒng)是城市基

6、礎(chǔ)建設(shè)的重要部分，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活的改善，城市供水系統(tǒng)壓力也越來越大。當(dāng)前多數(shù)中小型城市供水調(diào)度決策依舊停留在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一些水廠根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)判斷某個(gè)時(shí)段是否是用水高峰或者低谷來調(diào)整泵機(jī)工作；有條件的供水企業(yè)則是根據(jù)流量表與壓力表的數(shù)據(jù)來供水調(diào)度。前者盲目依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，后者缺乏事先的預(yù)知機(jī)制。容易造成以下情況：（1）要么供水過度造成供水富余，消耗大量電能，要么供水不足，造成部分地區(qū)缺水；（2）供水過度容易造成管網(wǎng)壓力偏高，造成大量水資源漏損及增加水管爆裂的幾率。用水量跟季節(jié)、氣溫、濕度、是否節(jié)假日等眾多因素均有關(guān)系，必須建立在科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)之上。如果能采用優(yōu)化調(diào)度，即能保證用戶需

7、要，又使得供水耗電最省，最大限度提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。城市供水優(yōu)化調(diào)度主要有用水量預(yù)測(cè)、供水系統(tǒng)管網(wǎng)工況模型以及調(diào)度決策三部分組成。本項(xiàng)目的重點(diǎn)是供水調(diào)度的第一部分研究工作，即依據(jù)杭州市蕭山區(qū)供水有限公司的歷史供水?dāng)?shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘的方法，對(duì)蕭山區(qū)的用水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。用水量預(yù)測(cè)分為日用水量預(yù)測(cè)和時(shí)用水量預(yù)測(cè)，其中時(shí)用水量預(yù)測(cè)是優(yōu)化調(diào)度的前提和基礎(chǔ)，它的準(zhǔn)確程度直接影響到調(diào)度運(yùn)行的可靠性和實(shí)用性。杭州市蕭山區(qū)供水有限公司是一家擁有4個(gè)制水廠，日綜合生產(chǎn)能力達(dá)95萬噸的現(xiàn)代化中型供水企業(yè)，供水面積1000多平方公里，DN300以上管線長(zhǎng)度有1390公里，供水范國(guó)包括蕭山全區(qū)及和部分濱江區(qū)，受

8、益人口100多萬，供水規(guī)模在全省自來水公司中名列第三。其中第一水廠供水能力為10萬噸/日；第二水廠供水能力為15萬噸/日；第三水廠供水能力60 萬噸/日；南片水廠供水10萬噸/日。公司目前正加快總審計(jì)規(guī)模100萬噸/日，一期30萬噸/日的江東水廠建設(shè)，爭(zhēng)取2011年建成，屆時(shí)公司的綜合制水能力將達(dá)到125萬噸/日。2009年總供水量為2.49億噸，供水電耗為253.11度/千噸水，供水漏損率12%左右。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，該公司的自動(dòng)化信息化程度較高，早在幾年前就建立了GIS為平臺(tái)的供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)。其中第三水廠建立較晚，使用的設(shè)備都比較先進(jìn)。具有比較完備自動(dòng)化檢測(cè)體系，也在供水方面也積累了大量

9、的歷史數(shù)據(jù)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)水廠在降低供水電耗、減少供水損耗等方面尚有空間提高?；谝陨显虮卷?xiàng)目選擇時(shí)用水量預(yù)測(cè)為主要研究?jī)?nèi)容，只有事先知道了某個(gè)時(shí)段所需的用水量才能最大合理地配置供水。從而為優(yōu)化供水調(diào)度提供決策支持，同時(shí)也為減少水資源浪費(fèi)、降低能源消耗，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益做出貢獻(xiàn)。附：數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining）技術(shù)是指從大量的、不完全的、模糊的、隨機(jī)的數(shù)據(jù)中提取隱含在其中的、用戶事先不知道的但又有潛在十分有用的信息和知識(shí)的過程。利用計(jì)算機(jī)輔助手段給出分析、模擬、預(yù)測(cè)和優(yōu)化決策，幫助企業(yè)提高決策能力和運(yùn)行能力。目前這項(xiàng)技術(shù)在營(yíng)銷、金融保險(xiǎn)、醫(yī)療等眾多行業(yè)取得了極大成功，為企業(yè)帶來了巨大的

10、經(jīng)濟(jì)效益。五、主要研究?jī)?nèi)容和項(xiàng)目目標(biāo)(申報(bào)重大或重點(diǎn)項(xiàng)目的，此欄必填) 六、主要研究?jī)?nèi)容和關(guān)鍵技術(shù) 當(dāng)今時(shí)代，“預(yù)測(cè)”已經(jīng)成為一個(gè)企業(yè)把握錯(cuò)綜復(fù)雜的市場(chǎng)的關(guān)鍵，預(yù)測(cè)必須建立在大量的歷史數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)之上，本項(xiàng)目依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)地區(qū)時(shí)用水量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，為優(yōu)化供水調(diào)度提供決策支持，也為減少水資源浪費(fèi)、降低能源消耗，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益做出貢獻(xiàn)。研究?jī)?nèi)容包括：1、研究蕭山區(qū)時(shí)用水量在不同時(shí)段、不同條件下的變化規(guī)律；2、研究時(shí)用水預(yù)測(cè)的基本模型及預(yù)測(cè)所用的算法：包括多元線性回歸法、時(shí)間序列法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等多種算法；3、研究SQL Server2005軟件提供的數(shù)據(jù)挖掘功能，就時(shí)用水量預(yù)測(cè)進(jìn)行實(shí)踐

11、。數(shù)據(jù)挖掘涉及多方面的技術(shù)，一是數(shù)據(jù)挖掘工具的使用，二是數(shù)據(jù)挖掘算法，關(guān)鍵技術(shù)包括：1、OLAP(聯(lián)機(jī)分析處理)技術(shù)：該技術(shù)使企業(yè)數(shù)據(jù)分析人員通過對(duì)企業(yè)信息的多種可能的觀察角度進(jìn)行快速、一致和交互性的存取，獲得對(duì)信息的深入了解。OLAP是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的主要應(yīng)用，支持復(fù)雜的分析操作，側(cè)重決策支持，并且提供直觀易懂的查詢結(jié)果。2、SQL Server 2005提供的商業(yè)智能服務(wù)工具：（1）Analysis Services(分析服務(wù))：用于分析數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的工具，包括OLAP和數(shù)據(jù)挖掘工具。以服務(wù)器的方式為用戶提供管理多維數(shù)據(jù)立方體的服務(wù)。（2）Business Intelligence De

12、velop Studio(商業(yè)智能開發(fā)工具)：涉及商業(yè)智能開發(fā)的各個(gè)方面，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和抽取、基于多維數(shù)據(jù)集的聯(lián)機(jī)分析、數(shù)據(jù)挖掘和生成數(shù)據(jù)報(bào)表等均集成在了一個(gè)開發(fā)平臺(tái)上。3、本課題涉及的主要數(shù)據(jù)挖掘算法：（1）線性回歸：根據(jù)相關(guān)性原理分析系統(tǒng)的輸入量與輸出量之間的關(guān)系，來構(gòu)造預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。用水量預(yù)測(cè)時(shí)將未來時(shí)期的溫度、濕度、節(jié)假日信息、居民活動(dòng)情況等作為影響因子。（2）時(shí)間序列：通過隨時(shí)間順序出現(xiàn)的一連串觀察值，根據(jù)這些觀察值預(yù)測(cè)未來。本項(xiàng)目通過水廠出水量的歷史記錄預(yù)測(cè)未來某段時(shí)間內(nèi)用水需求。（3）灰色預(yù)測(cè)：通過對(duì)已有數(shù)據(jù)處理、把各因素間的關(guān)系進(jìn)行具體的量化，生成灰色模塊，體現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各因素

13、的綜合作用效應(yīng)，削弱隨機(jī)因素的影響，體現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的規(guī)律性。（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：是一種模仿人腦結(jié)構(gòu)及其給你的非線性信息處理技術(shù)，具有人腦的基本特性：學(xué)習(xí)、記憶和歸納。七、預(yù)期目標(biāo)（主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)情況、應(yīng)用前景等）技術(shù)指標(biāo)：數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在供水行業(yè)應(yīng)用的研究起步不久，該技術(shù)的引入對(duì)解決現(xiàn)有問題必將起到積極地作用。體現(xiàn)在：（1）在供水企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中總體上缺乏潛在問題和規(guī)律的預(yù)見性，這確實(shí)數(shù)據(jù)挖掘的特點(diǎn)所在，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘可克服這些困難。（2）利用數(shù)據(jù)挖掘提取出來的綜合信息可以為實(shí)時(shí)決策分析提供依據(jù)。本項(xiàng)目經(jīng)過約2年左右時(shí)間的研究和實(shí)踐檢驗(yàn)，給出一份“杭州市蕭山區(qū)時(shí)用水量預(yù)測(cè)研究報(bào)告”，發(fā)表研

14、究論文2篇。研究目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：1、通過已有數(shù)據(jù)分析用水量在不同條件下的變化規(guī)律，建立起用水量預(yù)測(cè)模型群；2、時(shí)用水的預(yù)測(cè)是優(yōu)化調(diào)度的前提和基礎(chǔ)，本項(xiàng)目利用各時(shí)段用水量的歷史數(shù)據(jù)（包括時(shí)間、溫度、濕度、是否節(jié)假日、居民活動(dòng)、時(shí)出水量等），采用多元線性回歸法、時(shí)間序列法、灰色預(yù)測(cè)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法多種算法進(jìn)行用水量的時(shí)預(yù)測(cè)；3、使用SQL Server2005軟件提供的Analysis Services功能，應(yīng)用上述算法對(duì)供水公司的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘；通過實(shí)踐檢驗(yàn)總結(jié)算法的優(yōu)劣；給出結(jié)論確定蕭山地區(qū)某個(gè)時(shí)段所需的用水量；4、根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果給出蕭山區(qū)時(shí)用水量時(shí)序模擬圖。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在供

15、水企業(yè)中的研究可以幫助供水企業(yè)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來用水量，對(duì)科學(xué)調(diào)度供水量，降低能耗等現(xiàn)有問題的解決將起到積極的作用，同時(shí)為供水企業(yè)的決策管理提供有力的支持。該預(yù)測(cè)將實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)目標(biāo)：1、 節(jié)約能耗，降低供水成本，每千噸供水節(jié)電5度左右（目前為253.11度/千噸水）；2、 改變供水不平衡的情況，降低由于水壓過高導(dǎo)致的水管爆裂的危險(xiǎn)性；3、 節(jié)約水資源，降低由于水壓過高導(dǎo)致的水漏損，減少水漏損0.1%左右（目前為12%左右）。應(yīng)用情況：研究完成后將首先在蕭山供水有限公司進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)，取得成效后將作為一項(xiàng)技術(shù)方法在浙江省縣級(jí)中小型供水企業(yè)進(jìn)行推廣試用。 八、研究方案、技術(shù)路線、組織方式與課題分解

16、(申報(bào)重大或重點(diǎn)項(xiàng)目的，此欄必填) 九、計(jì)劃進(jìn)度目標(biāo)起始年月進(jìn)度目標(biāo)要求（每欄限80字）2010.7至 2010.8定義問題：通過調(diào)研了解供水企業(yè)的需求，確定主題。確定數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘所要達(dá)到的目的和效果。進(jìn)行項(xiàng)目申報(bào)準(zhǔn)備；2010.9至 2010.11準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：通過對(duì)供水時(shí)用水量預(yù)測(cè)方案的分析，形成數(shù)據(jù)挖掘的對(duì)象。包括3方面：訓(xùn)練數(shù)據(jù)集、測(cè)試數(shù)據(jù)集、評(píng)估數(shù)據(jù)集；2010.12至 2011.2數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括數(shù)據(jù)的模式識(shí)別、屬性選擇、連續(xù)屬性離散化，數(shù)據(jù)中的噪聲、丟失值或空缺值的處理，實(shí)例（Case）選擇等；2011.3至 2011.9數(shù)據(jù)挖掘建模：該步驟是數(shù)據(jù)挖掘操作的核心步驟。包括學(xué)習(xí)時(shí)用水量預(yù)測(cè)用的算法選擇，算法參數(shù)的確定等。根據(jù)功能需求和結(jié)構(gòu)要求選擇合適挖掘算法、選擇預(yù)測(cè)實(shí)例和訓(xùn)練數(shù)據(jù)，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)挖掘模型；  2011.10至  2012.1模型評(píng)估：把測(cè)試集導(dǎo)入挖掘模型中，進(jìn)行模型的訓(xùn)練和測(cè)試。對(duì)用戶不滿意的挖掘結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)甚至重新準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；  2012.2至  2012.5部署和應(yīng)用：確定模型后，