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CN108951762A - 一种用于市政自来水给水管线防泄露的方法 - Google Patents

一种用于市政自来水给水管线防泄露的方法 Download PDF

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CN108951762A
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pipeline
water supply
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龚华栋
陈志龙
赵旭东
陈家运
谢金容
唐海洲
李托
龚枳伊
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PLA University of Science and Technology
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PLA University of Science and Technology
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    • E03B7/00—Water main or service pipe systems
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Abstract

本发明公开了一种用于市政自来水给水管线防泄露的方法，包括用于给水管防泄露的分布式测温光纤系统，包括光纤信号解调仪、测温光纤及其光纤在管体的布设方法。数字化液体压力检测系统，包括压力信号接收处理模块、数字化液体压力传感器、传输光纤等。终端检测信号融合处理器，包括信号传输接收模块、信号分析模块、信号处理模块以及显示告警模块，其中信号处理模块对两种检测信号的分析、处理，融合等。数据接收传输模块可以将检测融合的数据处理结果传输入管线的总控室，来实现对自来水给水高压管线的远程监测的目的。

Description

一种用于市政自来水给水管线防泄露的方法
技术领域
本发明涉及城市自来水管线防泄漏的双模检测技术及数据融合方法的自来水供水安全领域。
背景技术
城市供水是城市建设的重要基础设施。对保证城市经济的稳定发展和人民生活水平的提高有着举足轻重的作用，漏损率是反映供水管理水平的重要标志执，降低供水管网漏损率蕴藏着极大的经济效益和社会效益。据有关部门的资料统计表明，根据对408个城市的统计，我国城市公共供水系统(自来水)的管网漏损率平均大于21.5％。随着城市建设的发展，自来水供水管线进入综合管廊进行敷设是一种趋势，沿城市原有交通隧道、地下通道敷设自来水管到达用水区域也时有发生等。由于综合管廊、城市交通隧道、地下通道等这些管线的自身线性、长距离、封闭等原因，进入管线供水管网的泄漏问题是阻碍其发展的原因之一，泄漏造成的运行隐患越来越引起人们的关注，特别是短时间内大水量的涌水，会造成综合管廊、地下交通隧道及地下通道严重的安全问题。如何在水管运行过程中实时的检测运行状态，确保管线在有事故隐患或苗头的时候及时发现问题，确保自来水管线不发生大水量的泄漏或涌水，有效实时的监测自来水管线运行健康显得尤为重要。
发明内容
发明目的：为对城市自来水供水管线的泄漏实现实时、在线、无人化的监测，控制自来水管线的漏损率。确保管廊、地下通道、城市交通隧道等的运行安全。
技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种用于市政自来水给水管线防泄露的方法，包括感温光纤、数字压力传感器、测试模块、接收处理模块、数据融合模块、终端告警控制模块；测试模块包括DTS模块、DPS模块；
其中，感温光纤用以量测给水管各温度测试点的温度数据；数字压力传感器用以量测给水管各压力测试点的压力数据；
测试模块中的DTS模块用于解调由感温光纤、数据传输光纤上传的量测数据；DPS模块用于将数字压力传感器测的压力数据与预设值对比并提供判断结果；
数据接受和处理模块用以接收DPS模块和DTS模块上传的数据，并进行分析与处理，该模块将处理结果上传至数据融合模块；数据接受和处理模块的分析与处理方式为，根据预设的数据融合算法，得出最终给水管的状态数据，判断出该给水管泄露时间、泄露点的区间位置，并将判断结果上报终端告警控制模块。
进一步的，数据融合算法包括以下步骤：
(1)对DPS模块的上传数据进行特征提取的变换，提取代表检测数据的特征矢量Xi；对DTS模块的上传数据进行特征提取的变换，提取代表检测数据的特征矢量Xi’；
(3)对特征矢量Xi、Xi’分别进行模式识别处理，处理方式为利用聚类算法、自适应神经网络将特征矢量变换成目标属性判决后，完成DPS模块、DTS模块关于目标的说明数据；
(4)将DPS模块、DTS模块关于目标的说明数据按同一目标进行分组，即关联；
(5)利用融合算法将DPS模块、DTS模块数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述。
进一步的，在带压的城市给水管线上，将给水管线防泄露的双模检测装置的测试模块安装于管线制定位置，感温光纤螺旋式布置于管线外侧，数字压力传感器间隔的布置于管线顶端；接收处理模块、数据融合模块、终端告警控制模块设置于监控中心，用于接收、处理数据，数据融合和判断状态及显示告警。
进一步的，螺旋式布置于管线外侧的感温光纤采用分布式的布置以在整个给水管上进行连续测温；间隔布置的数字压力传感器采用准分布式布置，按需分布，以进行准分布式测试。
进一步的，感温光纤既是测温器件同时又是传输器件，简化布设。
进一步的，双模检测的数据采集为达到数据融合同步的需要，在硬件系统中使用了GPS同步信号，各传感器信号的同步时间在1毫秒之内。
进一步的，数据接收、传输系统为光纤网络方式。
有益效果：相对于现有技术，市政自来水高压给水管线防泄露的双模检测技术相比单种手段提高了预知的精度，降低漏报、误报的发生。对获取的两种信号数据采用数据融合的方法，即数据融合模块将感温光纤、数字压力传感器检测获得的信息进行关联、相关和综合，并消除不同信息之间存在的冗余和矛盾，并利用不同来源信息的互补性，使得信息更加可信，降低不确定性，进而形成管线是否泄漏相对完整一致的理解，使得测试结果更为准确可信。
附图说明
图1为本发明市政自来水高压给水管线防泄露的双模检测系统图。
图2为本发明系统温感光纤检测示意图。
具体实施方式
请参阅图1、2所示，1是检测对象(市政自来水高压给水管线)；2是感温光纤；3是数字压力传感器信号传输线；4是数字压力传感器；5是感温光纤测试处理模块(DTS模块)；6是数字压力传感器测试处理模块(DPS模块)；7是信号接收处理模块；8是多传感器信号数据融合模块；9是终端告警控制模块；10是高压水传输方向。
本发明公开了一种用于市政自来水高压给水管线防泄露的双模检测方法，该方法中采用的检测硬件方案包括以下四项系统：1、检测物理量数据获取系统；2、数据接收与处理系统；3、数据融合与分析系统；4、检测结果显示告警系统。其中：1、检测物理量数据获取系统，包括感温光纤、数字压力传感器两种数字化传感器，负责检测对象的压力与温度等物理量的获取，其中感温光纤用于获取水管外壁温度的变化；数字压力传感器用于获取监测点处水管压力的变化；2、数据传输与处理系统，包括测试模块中的DTS模块、DPS模块以及处理模块负责将传感器感温光纤、数字压力传感器获取的测试信号接收、记录与处理模块，并将检测信号上传，特别是获取的异常信号上传给数据融合模块；3、数据融合与分析系统，包括数据融合模块，将数据接收与处理系统上传的异常信号进一步分析，分别对两种传感器的信号比对，包括异常信号与正常信号的比对、同类传感器的不同时段信号的比对等，同系统时钟的同步，分析该时段的系统状态。判断给水管线监测点的运行状态，得出测的数据的最终给水管的状态数据，判断出该管子时候泄露、泄露点的大致区间位置等数据；检测结果显示告警系统将终端告警控制模块对获取信号判断结果进行终端显示以及发出警告等反馈，在控制中心显示屏上显示管线的实时状态。
再结合图1及图2，一种具体的实施例为，将测温光缆按一定的螺距螺旋敷设在监测管道外壁上，应用拉曼散射效应测试管道沿线分布式温度场。管道内的自来水和管道周围的环境存在温度差，一旦发生管道泄漏，定会引起管体周围发生温度突变。应用拉曼散射效应通过对温度差异信息进行响应，这种方式的检测不仅能够提供由温度突变引发的报警信息，而且同时能够准确定位报警的位置，这些信息经由下位机收集传输至上位机，能够使得控制中心及时掌握管线发生泄漏的位置，可方便快速的指导专业抢修人员进行抢修。
将压力传感器按照要求和分布规律，安装在管道的阀门、三通处实时监测管道沿线压力分布，利用下位机收集信号，光纤光栅远程集成能力将管道压力分布进行集中采集，并进行时钟同步。由于液体管道在输送液体时压力是震动的，时钟同步压力传感信息可以进行全局关联耦合，动态压力信息通过数据分析能够捕捉和定位管道泄漏。管道中流动的液体在整个管道通道中存在固定的压力分布关系，但是，一旦发生泄漏，这种固定的压力分布关系就被破坏，因此，管道固有压力分布关系是管道泄漏报警的依据。
上述市政自来水高压给水管线防泄露的双模检测技术及数据融合方法还采用以下技术方案：
针对给水管泄露作为一个系统，使用两种传感器对泄露这一特定问题展开检测，并对获取对两种检测信号的有效融合与处理，是对获取泄漏状态与位置，高精度的报警至关重要。采用信号处理、概率统计、信息论、模式识别、人工智能、模糊数学等理论，充分利用多个传感器资源，通过对多传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多传感器在空间或时间上冗余或互补信息依据某种准则来进行组合，以获得水管泄露现象的一致性描述。具体地说，两种传感器信号数据融合采用如下方法：
(1)对DPS模块的上传数据进行特征提取的变换，提取代表检测数据的特征矢量Xi；对DTS模块的上传数据进行特征提取的变换，提取代表检测数据的特征矢量Xi’；
(3)对特征矢量Xi、Xi’分别进行模式识别处理，处理方式为利用聚类算法、自适应神经网络将特征矢量变换成目标属性判决后，完成DPS模块、DTS模块关于目标的说明数据；
(4)将DPS模块、DTS模块关于目标的说明数据按同一目标进行分组，即关联；
(5)利用融合算法将DPS模块、DTS模块数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述。
另外，本发明的具体实现方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种用于市政自来水给水管线防泄露的方法，其特征在于：包括感温光纤、数字压力传感器、测试模块、接收处理模块、数据融合模块、终端告警控制模块；测试模块包括DTS模块、DPS模块；
其中，感温光纤(2)用以量测给水管(1)各温度测试点的温度数据；数字压力传感器用以量测给水管各压力测试点的压力数据；
测试模块中的DTS模块用于解调由感温光纤、数据传输光纤上传的量测数据；DPS模块用于将数字压力传感器测的压力数据与预设值对比并提供判断结果；
数据接受和处理模块用以接收DPS模块和DTS模块上传的数据，并进行分析与处理，该模块将处理结果上传至数据融合模块；数据接受和处理模块的分析与处理方式为，根据预设的数据融合算法，得出最终给水管的状态数据，判断出该给水管泄露时间、泄露点的区间位置，并将判断结果上报终端告警控制模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，数据融合算法包括以下步骤：
(1)对DPS模块的上传数据进行特征提取的变换，提取代表检测数据的特征矢量Xi；对DTS模块的上传数据进行特征提取的变换，提取代表检测数据的特征矢量Xi’；
(3)对特征矢量Xi、Xi’分别进行模式识别处理，处理方式为利用聚类算法、自适应神经网络将特征矢量变换成目标属性判决后，完成DPS模块、DTS模块关于目标的说明数据；
(4)将DPS模块、DTS模块关于目标的说明数据按同一目标进行分组，即关联；
(5)利用融合算法将DPS模块、DTS模块数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在带压的城市给水管线上，将给水管线防泄露的双模检测装置的测试模块安装于管线制定位置，感温光纤螺旋式布置于管线外侧，数字压力传感器间隔的布置于管线顶端；接收处理模块、数据融合模块、终端告警控制模块设置于监控中心，用于接收、处理数据，数据融合和判断状态及显示告警。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：螺旋式布置于管线外侧的感温光纤采用分布式的布置以在整个给水管上进行连续测温；间隔布置的数字压力传感器采用准分布式布置，按需分布，以进行准分布式测试。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：感温光纤既是测温器件同时又是传输器件，简化布设；
数据融合模块将两种传感器，即感温光纤(2)、数字压力传感器(4)检测获得的信息进行关联、相关和综合，并消除不同信息之间存在的冗余和矛盾，并利用不同来源信息的互补性，使得信息更加可信，降低不确定性，进而形成管线是否泄漏相对完整一致的理解，使得测试结果更为准确可信。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：双模检测的数据采集为达到数据融合同步的需要，在硬件系统中使用了GPS同步信号，各传感器信号的同步时间在1毫秒之内。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：数据接收、传输系统为光纤网络方式。
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