CN106224781A - 一种流体管网泄漏监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流体管网泄漏监测系统，监控站实时接收显示由数据采集计算机上传到服务器的数据，Internet网络把数据在服务器、监控站、数据采集计算机相互传输的平台通道，数据采集计算机把采集到的数据进行采集汇总，实时传送到服务器或监控站，数据采集器用于采集管道指定地点的进口与出口压力、流量、温度等数据，并对采集到的信号进行处理，将其转换为标准统一的数据，发送到数据采集计算机。本发明采用整体管网监测实时管道状态，采集数据可以根据现场实际需求通过有线或者无线进行作业传送，能及时方便的检测到管道具体状况，判断管道泄漏定性、定量、定位，并且可以对整个管网进行分析管理，最终形成专家系统。

Description

一种流体管网泄漏监测系统

技术领域

本发明涉及管道组网内部检测方法技术领域，具体涉及一种对流体管网泄漏监控系统。

背景技术

作为一种最常用到的运输方式，管道运输具有高效率、低成本、安全稳固等特性，同时管道运输也易于管理，所以在流体运输中管道运输有着举足轻重的地位。在市政规划中，管道运输同时面临着一些问题，最突出的一点是管道泄漏。由于管道多采用埋地方式输送，管道随着时间的推移，由于地下介质、地理环境、材质等因素，容易因为腐蚀穿孔或者人为破坏引起泄漏。这就会带来资源上的浪费，经济上的损失，甚至是人员的伤亡，这就完全与当今提倡的可持续发展背道而驰。所以，对管道进行实时监测，在遇到突发情况时可以立即采取相应措施减少损失，防患灾祸，这是非常重要且有意义的。

近些年，对管网泄露检测技术在理论方法与应用上有长足的发展。对管内流动状态检测是目前泄漏检测和定位的主要方法，其中声波法，负压力波法，压力点分析法等已经广泛应用于实际操作中，但目前这类系统还有一些共同问题，比如缓慢泄漏的检测漏报多，系统抗工况扰动能力不强导致误报多等等。

实际工程并不存在单一的管道，而是很多带有一条或者多条支路的管网。从复杂巨大的管网中可以得到详细大量的数据，从而进一步判断每条管道的情况。另外，市政管网结构复杂，不能很好地从整体把握分析，对管网进行检测，并且在管网运输中，压力波在传播过程中，由于工况扰动和系统噪声等因素，压力信号衰减剧烈，最终检测数据的作用会大打折扣。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种流体管网泄漏监测系统，以达到提高定位精度的准确性、减低在实际应用中的误报率的目的。

本发明通过以下技术方案实现：一种流体管网泄漏监测系统，包括为整个系统提供计算并响应服务进行处理的服务器、可以实时观察整个系统运转情况的监控站、用于显示管网状态的屏幕、用于传输交换数据的Internet网络、用于采集并汇总每块区域数据的数据采集计算机、对每个需要采集的检测点进行定时采集数据的数据采集器。

服务器是管理整个系统的资源并为用户提供服务的计算机系统。在网络环境中，服务器响应数据采集计算机与监控站各种请求并提供各种服务。

监控站用于实时接收检测由每个数据采集计算机汇总过来的数据，进行有目的的监视管理。

Internet网络是负责把数据在服务器、监控站、数据采集计算机相互传输的平台通道。

数据采集计算机是把由现场采集装置采集到的数据进行采集汇总，通过Internet网络把现场数据实时传送到监控站。

数据采集器用于采集管道指定地点的进口与出口压力、流量、温度等数据，并对采集到的信号进行处理，将其转换为标准统一的数据，发送到数据采集计算机。

监控室是服务器、屏幕与监控站的集合体。

数据采集器采集到的数据通过根据实际需求通过有线通信或无线通信方式上传到数据采集计算机处，再有数据采集计算机上传到Internet网络里，服务器从Internet网络接受数据并把处理后的数据反馈到监控站，最终在监控室的屏幕上显示管网实时状况。

所述现场数据采集器采用通用压力传感器，通用流量传感器，通用温度传感器进行监测。

所述的通信及数据传输模块采用有线方式或无线方式与数据采集计算机相连。

数据采集计算机采用有线方式与Internet网络相连。

所述的Internet网络与服务器和监控站通过有线方式相连。

所述的监控站可以互相交换数据并有显示、记录、存储、阅读、报警等功能。

所述的监控站得到的数据可以定性、定量、定位判断管网泄漏情况，最终生成专家系统，进行管网预估、检修等。

鉴于管道设有数据采集器，可以综合运用流量平衡法、负压波泄漏诊断法和实时模型法实施泄漏监测的方案。当管网某处管道破裂发生泄漏时，泄漏点的压力会突然下降，压力波由泄漏处向上、下游传播，由于管壁的波导作用，压力波传播过程衰减小，传播距离远，传感器可以检测出压力波到达时刻。利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管道中的传播速度，可以确定泄漏的发生和泄漏的位置；根据瞬时流量变化在泄漏与正常工况波动的区别准确地判断管道是否发生泄漏事故；综合实施模型对压力波传播速度进行校正，保证定位的准确性。

本发明的优点包括：

1.能够对整个管网的压力、流量、温度数据进行实时的监测显示，并且得到较为精确的管道泄漏结论，定性即是否泄漏，定位即在哪一段泄漏，定量即泄漏量大小并及时得到警报反馈

2.监控站可以显示、记录、存储、查询、累计数据，并且通过统计得到相应的报告

3.通过监控站得到的数据，可以直观、简单有效地进行管理，进行预估检修，备品备件提前备齐，时刻对应应急情况。

4.建立专家系统，可以进一步分析处理方案，把整个管网进行详细的状态分析，根据管道状况与使用时间等因素来分等级如优良、较好、一般、超期等来管理，并且能及时得到有效地建议。

附图说明

图1为本发明一种实施例的系统监控结构图。

图2为本发明一种实施例的一级供水系统数据采集器分布结构图。

图3为本发明一种实施例的二级供水系统数据采集器分布结构图。

图4为本发明一种实施例的数据采集器结构图。

附图标记：服务器1-1、监控站1-2、Internet网络1-3、数据采集计算机1-4、数据采集器1-5、显示屏1-6、监控室1-7，水源供给站2-1、供水泵房2-2、数据采集器2-3、中途加压泵站2-4、数据采集计算机2-5、采集器3-1、用户3-2、供水泵房3-3。

具体实施方式

以下结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

如图1所示，一种流体管网泄漏监测系统结构图，包括服务器1-1、监控站1-2、Internet网络1-3、数据采集计算机1-4、数据采集器1-5、显示屏1-6、监控室1-7。

本发明实例中服务器1-1是管理整个系统的资源并为用户提供服务的计算机系统。在网络环境中，服务器响应数据采集计算机与监控站各种请求并提供各种服务。服务器承担着数据的存储、转发、发布等关键任务，并且管理整个监控系统的计算机软件。

本发明实例中监控站1-2用于实时接收显示由数据采集计算机上传到服务器的数据，全天候、多方位的进行监视管理，如果出现问题能及时得到反馈，方便工作人员把握情况，并起到监测报警作用。

本发明实例中Internet网络1-3是负责把数据采集器采集到的数据通过数据采集计算机上传到服务器的通道，并且在当监控站呼叫时可以把数据从服务器传送到监控站的平台。

本发明实例中数据采集计算机1-4是当服务器呼叫数据采集器工作时，把由数据采集器采集到的数据通过有线传输或无线传输进行汇总，通过Internet网络把现场数据实时传送到服务器或监控站。

本发明实例中数据采集器1-5用于采集管道指定地点的进口与出口现场数据，并对采集到的信号进行处理，将其转换为标准统一的数据，发送到数据采集计算机1-4。

本发明实例中显示屏1-6显示管网管道的具体泄漏情况。服务器1-1、监控站1-2与显示屏1-6构成监控室1-7。

实施例1：如图2所示，一种一级供水系统数据采集器分布结构图，包括水源供给站2-1、供水泵房2-2、数据采集器2-3、中途加压泵站2-4、数据采集计算机2-5。

本发明实例中水源供给站2-1用于负责为该段管网管道输送水源，是该段管网管道的源头。每一段管网都设有水源供给站保证该段管网的水源供给。

本发明实例中供水泵房2-2用于负责为二级供水单位加压作用。水源进入二级供水单位后，为了保证使水压控制在一定范围，从而进行二次加压供水以保证二级供水单位内的用户用水需求。

本发明实例中数据采集器2-3用于采集管道指定地点的进口与出口现场数据，并对采集到的信号进行处理，将其转换为标准统一的数据，发送到数据采集计算机2-5。这与图1中的1-5是同一类装置。

本发明实例中中途加压泵站2-4用于负责保证管网长距离输送的水压。在长距离输送中，为使水源供给站流出的水的压力从开端到末端控制在一定范围内，并满足管网末梢的服务压力，因此就在管网中设置提高局部地区的水压的站点，即中途加压泵站。

本发明实例中数据采集计算机2-5，是采集该段管网数据采集器采集的数据。当服务器呼叫数据采集器工作时，把由数据采集器采集到的数据通过有线传输或无线传输进行汇总，通过Internet网络把现场数据实时传送到服务器或监控站。这与图1的1-4是同一类装置。

实施例2：如图3所示，一种二级供水系统数据采集器分布结构图，包括数据采集器3-1、用户3-2、供水泵房3-3。

本发明实例中数据采集器3-1用于采集管道指定地点的进口与出口现场数据，并对采集到的信号进行处理，将其转换为标准统一的数据，发送到数据采集计算机。这与图1中的1-4、图2中的2-3是同一类装置。

本发明实例中用户3-2表示管网供水系统的终端。

本发明实例中供水泵房3-3用于负责为二级供水单位加压作用。水源进入二级供水单位后，为了保证使水压控制在一定范围，从而进行二次加压供水以保证二级供水单位内的用户用水需求。这与图2中的2-2是同一类建筑物。

如图4所示，是一种数据采集器结构图，包括通用的传感器，微处理器，有线通信装置，无线通信装置。

本发明实例中传感器包括三种常用的传感器。用于测试管道流体压力的压力传感器、用于测试管道流体流量的流量传感器，用于测试管道温度的温度传感器。

本发明实例中有线通信包括三种有线通信方式。根据实际工程需求距离可以选择CAN总线接口、RS485接口、光纤接口。

CAN总线接口有很强的协议功能，短距离通信速率比RS485接口高，远距离与RS485接口类似。

RS485接口线路简单，造价低廉，适合做近距离通信。但是抗干扰力差一些。

光纤接口传输速率高，通信可靠无干扰，但是系统造价高于前两者

本发明实例中无线通信包括两种无线通信方式。根据实际工程需求距离可以选择短距离无线发送器与CDMA/GPRS发送器。

短距离无线发送器有距离短、能耗低、成本小等特点，但是相对于CDMA/GPRS发送器，短距离无线发送器抗干扰弱、局域性强等缺点。

通过GPRS/CDMA发送器，数据采集器传送数据可以借助公共网来确保数据传输的稳定性，有抗干扰能力强，抗衰弱能力强、信号稳定高速传输等特点。

如图1所示，现场的数据采集器1-5安放在工程指定的位置后，开始采集现场的数据。数据采集器具体安放位置如图2中2-3，图3中3-1所示。数据采集器采集到的数据，根据工程实际需求可以通过有线通信方式与无线通信方式传递到数据采集计算机1-4处。数据采集计算机1-4把采集到的数据通过有线通信方式传送到Internet网络1-3。服务器1-1通过Internet网络1-3读取、计算、记录、存储数据采集计算机1-4上传的数据参数，并进行实时的数据管理，把数据上传到Internet网络1-3进行交互式管理。同时，监控站1-2从Internet网络1-3读取、显示、记录、分析数据。服务器、显示屏与监控站1、监控站2……监控站K构成管网监控室1-7，作为整个管网监控室之一。

鉴于管道设有数据采集计算机，综合运用流量平衡法、负压波泄漏诊断法和模型法实施泄漏监测的方案。当管网某处管道破裂发生泄漏时，泄漏点的压力会突然下降，压力波由泄漏处向上、下游传播，利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管道中的传播速度，可以确定泄漏的发生和泄漏的位置；根据瞬时流量变化在泄漏与正常工况波动的区别准确地判断管道是否发生泄漏事故；

泄漏的定性。鉴于管网管道实际情况，泄漏监测系统采用压力、流量联合判断方法来判断管道是否泄漏。根据数据采集器采集到的瞬时流量对比区分管道泄漏时与管道正常工况的变化。

泄漏的定量。在管道泄漏监测中，使用自动分段技术来区分收到的压力、流量信号。采集平稳运行的信号作为参考段，把平稳的信号与实际信号作为比较，当判据超过一定标准时，就认定信号进入故障段，再根据非平稳的信号幅度大小来进行管道泄漏分级判断，信号浮动越大，管道泄漏越严重。

泄漏的定位。泄漏检测系统采用负压波方法和模型法对管道泄漏进行定位。负压波法根据泄漏发生的负压波传播到上、下游的传感器的时间差与管道内负压波传播速度进行计算泄漏点的位置。综合实施模型法对压力波传播速度进行校正，保证定位的准确性。

如果所测得数据超过安全值，监控站就立刻启动报警功能，通知相关的工作人员，根据泄漏量的大小，施工人员可以提前掌握现场实际情况，进行有针对的维护修理施工。根据得到的数据，可以直观、简单有效地进行管理，进行预估检修，备品备件提前备齐，时刻对应应急情况。根据管道状况与使用时间等因素来分等级如良好、较好、一般、超期等来管理，并且能及时得到有效地建议，最终形成专家系统。

如图2所示，供水系统结构图。管网某一支线，水源从水源供给站2-1流出并在源头设置数据采集器2-3来采集该管道的总流量，流经每个分支总管道，在分支总管道末端节点连接着供水泵房2-2供水泵房1、供水泵房2……供水泵房P。水流在流入每一个供水泵房之前都安装有数据采集器2-3。特别的，如果分支总管道继续分支为若干支管道时，在分开之间设有数据采集器2-3。长途运输中，在距离水源供给站远处设有中途加压泵站2-4，以保证长距离输送的管道末梢的压力值。

如图3所示，数据采集器分布图。水源通过主管道流经供水泵房3-3处，在流过供水泵房后设置数据采集器3-1与阀门。此处数据采集器测得该节点总数据，阀门负责该节点的总阀门，并设为等级1。该管道分支有Q个单元，即1.1、1.2……1.Q。在每一个单元入口处设置数据采集器3-1与阀门，此处数据采集器测得该单元的总数据，阀门负责该单元的总阀门。进入单元后，管道分支为若干户即1.1.1、1.1.2……1.1.R;1.2.1、1.2.2……1.2.S；1.Q.1、1.Q.2……1.Q.T。在每一用户3-2入口处设置数据采集器3-1与阀门,此处数据采集器测得该用户的数据，阀门负责该用户的阀门。

如图4所示，现场处理器结构图。数据信号为双向传递，进行信号处理，有传感器采集到的压力、流量、温度这些大量的数据，经由微处理器进行信号处理，由放大电路对这些信号进行放大处理，再由滤波电路对信号进行滤波，处理后的数据通过有线通信或者无线通信传送到数据采集计算机处。

Claims (6)

1.一种流体管网泄漏监测系统，其特征在于，包括服务器、监控站、Internet网络、数据采集计算机、数据采集器、显示屏和监控室，服务器处理数据的存储、转发、发布任务，并且管理整个监控系统；监控站实时接收显示由数据采集计算机上传到服务器的数据，Internet网络把数据在服务器、监控站、数据采集计算机相互传输的平台通道，数据采集计算机把由现场采集装置采集到的数据进行采集汇总，通过Internet网络把现场数据实时传送到服务器或监控站，数据采集器用于采集管道指定地点的进口与出口压力、流量、温度数据，并对采集到的信号进行处理，将其转换为标准统一的数据，发送到数据采集计算机。

2.根据权利要求1所述的流体管网泄漏监测系统，其特征在于：所述现场数据采集器采用通用压力传感器、通用流量传感器、通用温度传感器进行监测。

3.根据权利要求1所述的流体管网泄漏监测系统，其特征在于：所述的通信及数据传输模块采用有线方式或无线方式与数据采集计算机相连。

4.根据权利要求1所述的流体管网泄漏监测系统，其特征在于：所述的监控站可以互相交换数据并有显示、记录、存储、阅读、报警功能。

5.根据权利要求1所述的流体管网泄漏监测系统，其特征在于：所述数据采集计算机采用有线方式与Internet网络相连。

6.根据权利要求1所述的流体管网泄漏监测系统，其特征在于：所述的Internet网络与服务器和监控站通过有线方式相连。