CN103939750B - 一种消防水管网渗漏的检测识别与定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消防水管网渗漏的检测识别与定位方法，属于消防安全领域。该方法包括以下步骤：步骤一：多组振动传感器同步采集消防管网声发射信号；步骤二：用同步信号建立相关矩阵，判断是否发生渗漏，若发生，识别渗漏发生的管道；步骤三：提取渗漏管道方向上传感器检测的数据；步骤四：EEMD和能量特征提取分解得到包含渗漏源信息的IMF；步骤五：多组IMF数据互相关分析求得时间差，计算渗漏点位置；步骤六：多组渗漏点位置加权得到最终渗漏点位置。本方法解决了消防水管网因渗漏而导致的灭火水压或流量不足的问题，让消防水管网真正做到“养兵千日，用兵一时”。
Description
技术领域
本发明属于消防安全领域，涉及一种消防水管网渗漏的检测识别与定位方法。
背景技术
近年来，大型高层建筑室内消防火灾频发。但在火灾发生时，火势得不到很好的控制，其很多原因是由于消防水管网漏水，从而导致消防管道中的压力不足，无法保证消火栓、消防喷头等处的最低水压、流量的要求。由于消防水管网长时间处于消防准备状态，为保证消防灭火系统的正常工作，对消防水管网的渗漏检测和定位具有重要意义。
建筑内的消防管网因其管道铺设的复杂性、管线路复杂度高，导致管道的渗漏的检测与定位较为困难。
目前，检测管道泄漏和定位的方法主要是靠简单收集漏声引起的振动，将振动转换为电信号转送到信号处理器，进行放大、过滤等处理后确定渗漏点位置。该方法主要应用在城市供水网管和长距离输油管的泄漏检测。
目前，因消防水管网管线复杂，会在不同到管道接口处产生各种反射现象，采集得到的信号包含多种频率成分，具有多模态性和频散特性，存在各种噪声干扰，难以有效提取信号中的泄漏源特征信息，尤其是当消防管道与其他管线搭接时更易造成虚假漏水信号的问题，如何在复杂背景和强噪声干扰下，提高消防管道泄漏的可靠性，准确的定位渗漏点仍是空白。
所以，可靠的、准确的、科学的识别消防水管网渗漏和渗漏点定位至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消防水管网渗漏的检测识别与定位方法。该方法
根据安装在消防水管网系统不同位置的振动传感器采集的信号，利用相关矩 阵确定渗漏发生的管道，仅对有渗漏发生的管道上传感器采集的数据分析。通过EEMD和能量特征提取的方法分提取包含渗漏源信息的IMF。根据矩阵同步分析法，确定渗漏点到不同传感器的时间差。根据时间差计算得渗漏点位置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种消防水管网渗漏的检测识别与定位方法，包括以下步骤：步骤一：多组振动传感器同步采集消防管网声发射信号；步骤二：用同步信号建立相关矩阵，判断是否发生渗漏，若发生，识别渗漏发生的管道；步骤三：提取渗漏管道方向上传感器检测的数据；步骤四：EEMD和能量特征提取分解得到包含渗漏源信息的IMF；步骤五：多组IMF数据互相关分析求得时间差，计算渗漏点位置；步骤六：多组渗漏点位置加权得到最终渗漏点位置。
进一步，步骤一中，通过安装在消防水管网系统不同位置上的振动传感器采集的消防水管网的声发射信号。
进一步，步骤二中，多组传感器信号等时互相关计算出传感器信号中每对传感器的相关系数，构建相关矩阵。相关矩阵特征分解，根据特征值和特征向量的统计特性判断该段管道是否发生渗漏，如果发生渗漏现象，识别渗漏发生的管道。
进一步，步骤四中，根据该段管道上传感采集的同步信号，EEMD将渗漏分解为一系列IMF，以能量为元素构成一个特征向量，对特征向量进行归一化处理后与设定的门限值比较。低于门限值认为伪信号，这样就消除了伪最大相关系数影响。
进一步，步骤五中，对步骤四处理后的IMF进行相关矩阵分析，获取最大的互相关系数的IMF。根据不同组的频域图确定渗漏点声发射信号到达传感器的时间差。根据渗漏点定位公式得到多组渗漏点坐标。。
进一步，在步骤六中，选择合适的加权因子μ对上述结果进行加权平均，求得最终的渗漏点位置。
本发明的有益效果在于：本发明提供的方法是利用安装于消防管网上多个振动传感器同步采集的数据进行数据融合计算完成的。基于EEMD和能量特征提取的相关分析，完成复杂消防管网下渗漏的识别和定位。用该方法对消防管网渗漏的识别，可确保消防管网的可靠运行，从根本上解决了因消防管网渗漏露而导致发生火灾时消防管网灭火水压或流量不足的问题。确保了消防管网健康 运行，对消防系统的数字化、智能化有了进一步提升，使消防水管网系统真正做到“养兵千日用兵一时”。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的流程示意图；
图2为消防水管网系统模型。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；
消防管道渗漏时，管内高压液体在破裂处渗漏，与管壁的相互作用产生一个高频振动噪声，以应力波的形式沿管壁传播，该渗漏是声发射现象，故可利用安装于消防管网不同位置的振动传感器同步检测该声发射信号。消防管道渗漏点识别与定位流程如图1所示。
消防水管网系统模型如图2所示，该消防管网模型由一根主管道和三根支管道组成。A～J为安装在该水管网系统不同位置的声发射传感器，X为发生渗漏的位置。对该区域各个传感器(A～J)采集到的同步信号用等时互相关计算出多传感器信号中每对传感器之间的相关系数，构建相关矩阵P。
对矩阵P进行特征分解，得到该段网管的特征值和特征向量。以此为依据判断该区域的消防管网是发生渗漏，且渗漏点位于主干道上。由相关矩阵判断发生渗漏后，提取该渗漏点处于管道上的所有传感器采集的同步信号。
用集合经验模态分解法(EEMD)将各个传感器采集的原始信号分解为一系列从高频到低频的本征模函数(IMF),记为S1，S2，S3，…，Sn，根据公式，其中xjk(j＝1,2,,n,k＝1,2,...m)代表Sj离散点的值。
求取各个IMF的总能量，以能量为元素构成一个特征向量 T＝[E1，E2，E3，...，E1]，对能量特征向量进行归一化处理后与设定的门限值比较，T′＝[E1/E,E2/E,...，En/E]，T′为归一化的向量。若特征向量超过门限值认为是相关信号，低于门限值认为伪信号，这样就消除了伪最大相关系数影响。
如图2所示，渗漏发生在水平管道上，故仅提取传感器节点A、B、C、D上传感器采集到的数据。分别对传感器节点A、B、C、D进行EEMD分解为从高频到低频的IMF，求取个IMF的能量，以能量组成特征向量，归一化处理后与门限值比较，去除能量过小的干扰数据。
用上述方法处理后的不同传感器的各个IMF数据进行相关矩阵同步分析法，求不同传感器的IMF之间可获取最大的互相关系数的IMF。每对建立最大互相关系数的IMF的就是渗漏点的声发射信号传到该对传感器单模态信号，可根据其中最大互相关信号的频域图确定渗漏点传到不同传感器的时间差。
根据渗漏点定位公式X为渗漏点与较近源节点间的距离，L为上下游两节点间的距离，α为声波在管道中传播的速度，可以通过实测波速的方法获得，Δt为声发射信号到达上下游节点的时间差。
如图2所示 ，根据(A，C)、(A，D)、(B，C)、(B，D)信号求得渗漏点坐标分别为P1,P2,P3,P4。
选取合适的加权因子μ对上述结果进行加权平均，求得最终的渗漏点位置图2 渗漏点位置Pleak＝u1P1+u2P2+u3P3+u4P4。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种消防水管网渗漏的检测识别与定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：多组振动传感器同步采集消防水管网声发射信号；
步骤二：用同步信号建立相关矩阵，判断是否发生渗漏，若发生，识别渗漏发生的管道；
步骤三：提取渗漏管道方向上振动传感器检测的数据；
步骤四：EEMD和能量特征提取分解得到包含渗漏源信息的IMF；
步骤五：多组IMF数据互相关分析求得时间差，计算渗漏点位置；
步骤六：多组渗漏点位置加权得到最终渗漏点位置；
步骤一中，利用安装在消防水管网不同位置的振动传感器同步检测管网的声发射信号；
步骤四中，根据管道上振动传感器采集的同步信号，EEMD将同步信号分解为一系列的IMF，以能量为元素构成一个特征向量，对特征向量进行归一化处理后与设定的门限值比较，低于门限值认为伪信号，这样就消除了伪最大相关系数影响；
步骤五中，对步骤四处理后的IMF进行相关矩阵分析，获取最大的互相关系数的IMF，根据不同组的频域图确定渗漏点声发射信号到振动传感器的时间差，根据渗漏点定位公式计算多组渗漏点位置。
2.根据权利要求1所述的消防水管网渗漏的检测识别与定位方法，其特征在于：在步骤六中，选择合适的加权因子μ对步骤五中的计算结果进行加权平均，求得最终的渗漏点位置。
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