CN107023755B - 管网泄漏监测定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种管网泄漏监测定位方法，包括：获取多个所述泄漏监测仪表的压力信号或声波信号。根据所述压力信号或声波信号确定异常分支节点的位置信息。根据所述异常分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息。根据所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，确定泄漏信号到达所述管网中发生泄漏的管段两端节点的时间差，以定位所述管网发生泄漏的位置。所述方法能够实时采集压力信号或声波信号。根据所述压力信号或声波信号确定异常分支节点的位置信息。通过异常信号到达分支节点上各个传感器的先后顺序关系，实现异常信号传播方向的判别，进而实现泄漏管段及漏孔的准确定位。即实现所述管网中发生泄漏位置的定位。

Description

管网泄漏监测定位方法及系统

技术领域

本发明涉及管道泄漏检测方法及系统，尤其是一种管网泄漏监测定位方法及系统。

背景技术

管道运输，如天然气输送、液体(如污水、石油等)输送等，在国民经济建设、特别是城市建设中发挥着不可替代的作用。管道运输需要依赖输送管道形成的管网系统。由于长期服役、腐蚀老化和人为破坏等原因，所述管网系统的异常事故时有发生。在管道泄漏监测中，声波法和负压波法是两种最常用的技术。但是在管网泄漏监测中，由于管道分支多、分支管段短，难以避免的会产生泄漏信号在管道间串行传递的现象，且由于现有的泄漏定位技术又存在一定的定位误差，导致泄漏管段定位困难甚至发生多报、误报警等问题，因而难以有效地实现管网的泄漏监测和定位功能。

发明内容

基于此，有必要针对传统的方案不能有效地实现管网的泄漏监测和定位功能的技术问题，提供一种管网泄漏监测定位方法及系统。

一种管网泄漏监测定位方法，所述管网包括多个分支节点和与所述分支节点相连的管段，每个所述管段两端分别设置一个所述分支节点，临近所述每个分支节点的各个所述分支管段上对应安装泄漏监测仪表，其特征在于，所述管网泄漏监测定位方法包括以下步骤：

获取各个所述泄漏监测仪表输出的泄漏监测信号；

根据所述泄漏监测信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息；

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息；

根据所述管网中发生泄漏管段的位置信息，确定泄漏信号到达所述管网中发生泄漏的管段的两端节点之间的时间差，以定位所述管网发生泄漏的位置。

在一个实施例中，所述根据所述压力信号或声波信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息，包括：

获取每个临近所述分支节点的分支管段上的泄漏监测仪表感测的压力信号或声波信号；

当每个临近所述分支节点的分支管段上的泄漏监测仪表输出的压力信号或声波信号中都检测出异常信号时，则判断对应的所述分支节点检测到异常信号；

读取所述检测到异常信号的分支节点的位置信息。

在一个实施例中，所述根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，包括：

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息，获取与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段位置信息；

确定与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常压力信号或异常声波信号传播方向；

当所述管段两端的两个分支节点的异常压力信号或异常声波信号传播方向相反时，则判断所述管段为发生泄漏管段；

读取所述发生泄漏管段的位置信息。

在一个实施例中，所述根据所述压力信号或声波信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息，包括：

根据管网情况对每个所述泄漏监测仪表配置虚拟采样通道，建立节点异常信号判别矩阵A，所述节点异常信号判别矩阵A用n×(d+1)阶矩阵A＝(a_i,j)表示；

其中，n为监测管网中的节点个数，d为管网节点中最大分支数；

矩阵A中，行号i对应分支节点的序号，其中a_i,1～a_i,d表示管网中节点i配置的虚拟采样通道序号为a_i,1～a_i,d，a_i,1～a_i,d取值范围为[0,n*d)中的任意数；

当a_i,j＝0(2<j≤d)时，表示该管网中分支节点i没有第j分支管段，没有配置虚拟采样通道；

a_i,(d+1)是分支节点i的异常信号标志位，若与分支节点i相关联的所有虚拟采样通道都检测到异常信号，则认为所述分支节点i检测到异常信号；

在对应分支节点每次实施异常信号诊断之前，异常信号标志位都会被初始化为0；若所述分支节点检测到异常信号，则a_i,(d+1)＝1，否则仍保持其初始化值0不变。

在一个实施例中，所述根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，包括：

根据管网情况对每个所述泄漏监测仪表配置虚拟采样通道，建立管网管段相关的节点异常信号传播方向判别矩阵B，所述节点异常信号传播方向判别矩阵B用(2*m)×(3*d+1)阶矩阵B＝(b_i,j)表示；

其中，管网中共有m条分支管段，d为分支节点最大分支数，2*m为行数，(3*d+1)为列数；

节点异常信号传播方向判别矩阵B中：

第一列b_i,1为管段序号；

第二列b_i,2为第一列b_i,1所述管段对应的一个节点序号，由于每条管段对应两个分支节点，因此连续两行对应同一管段；

第三列b_i,3为所述分支节点相邻管段对应安装的泄漏监测仪表个数，所述泄漏监测仪表用于监测每个所述分支节点相连管段的压力信号或声波信号；

其后的b_i,4～b_i,(2d+1)为用于判断异常信号传播方向的虚拟采样通道序号，每个分支节点共需b_i,3-1个“虚拟采样通道对”用于异常信号传播方向判断；

其后的b_i,(2*d+2)～b_i,(3*d)对应存储的是由该(b_i,3-1)个“虚拟采样通道对”对应信号计算得出的异常信号传播方向判别结果；b_i,(2d+2)～b_i,(3*d)在每次异常信号传播方向判别前，其值均会被初始化为0；当由相应虚拟采样通道的“虚拟采样通道对”得出异常信号传播方向是由管段中间传播进入节点方向时，即流入节点方向时，定义异常信号传播方向为-1；反之，如果得出该异常信号传播方向是由节点流向管段中间时，即流出节点方向时，则异常信号传播方向为+1；对于b_i,4～b_i,(2d+1)中不对应实际信号虚拟采样通道的列位置，相应值为0，对应边界节点或管段分支数小于d的中间节点，其相应的异常信号传播方向判断结果赋值为0；

b_i,(3*d+1)列中存储所有异常信号方向判别结果值的累加和；对于边界节点或管段分支数小于d的中间节点，其方向判别结果累加和值b_i,(3*d+1)需要乘上一个系数值：(d-1)/(b_i,3-1)。

在一个实施例中，所述根据所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，确定泄漏信号到达所述管网中发生泄漏的管段两端节点的时间差，以定位所述管网发生异常的位置，包括：

在所述节点异常信号传播方向判别矩阵B中，按照管段序号(b_i,1)进行索引，若同一管段序号所关联的两个节点，其方向判别结果的累加和值b_i,(3*d+1)均为“-(d-1)”，则管段序号b_i,1发生泄漏，应用延时相关计算方法计算出该b_i,1管段所对应的两个信号虚拟采样通道序号为b_i,4和b_(i+1),4所对应的泄漏声波信号的时间差，应用公式即可计算出该泄漏点距b_i,1管段上游起始节点的距离X；

其中，L为b_i,1管段长度，t₁、t₂为泄漏信号传播到上、下游节点的时间，v为在管输介质中信号的传播速度，X为泄漏点距离b_i,1管段上游起始点的距离。

一种管网泄漏监测定位系统，所述管网包括多个分支节点和与所述分支节点相连的管段，每个所述管段两端分别设置一个所述分支节点，临近所述每个分支节点的各个所述分支管段上对应安装泄漏监测仪表，所述管网泄漏监测定位系统包括：

监测压力信号或声波信号的泄漏监测仪表，用于获取多个所述分支节点临近管段上的压力信号或声波信号；

泄漏监测设备，用于实时同步采集所述各个分支节点相邻管段上安装的所述各个泄漏监测仪表的输出信号。每个分支节点附近对应安装一套所述泄漏监测设备，所述泄漏监测设备通过GPS授时，实现对管网内所有所述泄漏监测仪表输出信号的实时同步采样。所述泄漏监测设备通过有线或无线网络把采集数据传输给泄漏监测中心。

异常分支节点判断单元，用于根据所述压力信号或声波信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息；

泄漏管段判断单元，用于根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息；

泄漏点定位单元，用于根据所述管网中发生泄漏的管段的位置信息确定泄漏信号传播到达所述管网中发生泄漏的管段相邻两个分支节点的时间差，定位所述管网发生泄漏的位置。

在一个实施例中，所述异常分支节点判断单元，只有当所述分支节点相邻管段上安装的泄漏监测仪表的输出信号中都检测出异常信号时，则判断对应的所述分支节点检测到异常信号；

所述异常分支节点判断单元，还用于在判断出检测到异常信号的分支节点后，读取所述检测到异常信号的分支节点的位置信息。

在一个实施例中，所述泄漏管段判断单元，还用于：

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息，获取与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段位置信息；

确定与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常压力信号或声波信号传播方向；

当所述管段两端的所述两个分支节点的异常压力信号或声波信号传播方向相反时，则判断与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段为泄漏发生管段。

在一个实施例中，所述泄漏监测仪表为压力变送器或声波变送器或其它泄漏监测仪表。

本发明提供了一种管网泄漏监测定位方法以及系统。所述方法需要实时采集压力信号或声波信号。根据所述压力信号或声波信号确定泄漏管段的位置信息。通过异常信号传播通过分支节点临近的各管段上安装的传感器的先后顺序关系，实现异常信号传播方向的判别，进而实现泄漏管段及漏孔的准确定位，即实现所述管网中发生泄漏位置的定位。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管网结构简图及泄漏管段示例图；

图2为本发明的一个实施例提供的管网泄漏监测定位方法的流程图；

图3为本发明的一个实施例提供的管网中各泄漏监测仪表采集到的声波信号图；

图4为本发明的一个实施例提供的管网中部分泄漏监测仪表采集到的异常声波信号图；

图5为本发明的一个实施例提供的管网中分支节点N2的临近管段上安装的泄漏监测仪表检测到的三路异常声波信号先后顺序关系示意图；

图6为本发明的一个实施例提供的管网中分支节点N4的临近管段上安装的泄漏监测仪表检测到的三路异常声波信号先后顺序关系示意图；

图7为本发明的一个实施例提供的管网泄漏监测定位系统的示意图。

附图标记说明：

管网泄漏监测定位系统 700

泄漏监测仪表 720

泄漏监测设备 740

异常分支节点判断单元 750

异常管段判断单元 760

异常点定位单元 780

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的管网泄漏监测定位方法及系统进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例可用任何编程语言实现，并在相应的计算机上运行。

一种管网泄漏监测定位方法，所述管网包括多个分支节点和与所述分支节点相连的管段，每个所述管段两端分别设置一个所述分支节点，所述各个管段上对应所述分支节点设置有泄漏监测设备(或称为RTU，下同)，所述管网泄漏监测定位方法包括以下步骤：

获取多个所述泄漏监测仪表输出的泄漏监测信号，所述泄漏监测信号包括压力信号、声波信号或其它信号；

根据所述泄漏监测信号(压力或声波或其它信号)确定检测到异常信号的分支节点的位置信息；

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息；

根据所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，确定泄漏信号到达所述管网中发生泄漏的管段两端分支节点之间时间差，以定位所述管网发生泄漏的泄漏点位置。

请参见图1，为本发明一个实施例中提供的一管网结构简图。所述管网包括多个分支节点和与所述分支节点相连的管段。每个所述管段两端分别设置一个所述分支节点。所述各个管段上对应的每个所述分支节点设置有一套泄漏监测设备(RTU)。

在管网中，对于每个中间节点，在靠近中间节点(即管网的交叉节点)的分支管段上各安装一只泄漏监测仪表(可以是压力变送器，也可以是声波信号变送器，或其它泄漏监测仪表，下同)。对于每个边界节点，在靠近边界节点(即管网的输送起始端节点或者输送末端节点)的管段上安装两只泄漏监测仪表。其中，对应同一节点的每两只仪表之间的安装距离由泄漏信号在管网输送介质中的传播速度和信号采样频率决定。且管网中所有的泄漏监测仪表型号和仪表精度相同。以一定顺序、按照从1开始的自然数给管网内各节点、各分支管段进行数字编号；以相同的方法赋予各个泄漏监测仪表一个唯一的虚拟采样通道编号。各个节点对应的泄漏监测仪表输出信号由本地泄漏监测设备(RTU)实时同步采样。

具体地，所述管网包括多个分支节点，如：N1，N2，N3，N4，N5，N6。所述分支节点分为中间节点和边界节点。所述边界节点(即管网的输送起始端节点或者输送末端节点)为操作站或输出站向后端输出的节点或者是所述管网向用户输入的节点。所述中间节点(即管网的交叉节点)即所述分支节点旁连接的都为管段，并没有操作站的输出或向用户输入。所述管网中包括多个管段，如：E1，E2，E3，E4，E5。比如：在各个所述分支节点附近的所述管段上分别泄漏监测仪表。具体的，在每个所述中间节点的分支管段上分别安装一个同一型号、同一精度等级的压力变送器。比如：在临近所述中间节点N2的三条不同管段E1，E2，E3上分别安装CH3，CH5，CH4三只压力变送器。在每个所述边界节点的所述管段上安装两个同一型号、同一精度的压力变送器。比如：在临近所述边界节点N1的管段E2上分别安装CH6和CH7两只压力变送器。

另外，所述管网泄漏监测定位方法中还包括泄漏监测服务器与所述多个泄漏监测设备(RTU)通过有线或无线通信方式连接。所述泄漏监测服务器用于对应收集每个所述泄漏监测设备(RTU)同步采集到的压力或声波或其它信号，并检测判断管网中的各个泄漏监测仪表的输出信号中是否含有异常信号。可以理解，所述泄漏监测服务器可以安装于操作站内。

请参见图2，本发明一个实施例提供一种管网泄漏监测定位方法，本实施例以该方法应用于图1中的管网结构来举例说明。该方法具体包括以下步骤：

S202，获取多个所述泄漏监测设备(RTU)采集到的压力信号或声波信号；

在一个实施例中，可以采用响应特性一致性好的泄漏监测仪表，获取所述管网中的压力或声波信号。具体的，可以采用压力变送器获取压力信号，相邻两只压力变送器之间的安装距离在3米到5米之间。具体的，所述压力变送器之间的距离可以根据泄漏信号在所述管网输送介质中的传播速度，结合泄漏监测设备(RTU)的采样频率进行改变。以一定顺序、按照从1开始的自然数给管网内各节点以及该管网内的各分支管段进行数字编号，并以一定顺序赋予各个压力变送器一个唯一的虚拟数据采集通道。这样在获取所述压力信号时就会有一一的对应关系。比如：对于所述分支节点N1来说，获取的所述压力变送器CH1和CH2的压力信号作为一个虚拟采样通道对。对于所述分支节点N2来说，获取的所述压力变送器CH3和CH4的压力信号作为一个虚拟采样通道对，获取的所述压力变送器CH3和CH5的压力信号作为另一个虚拟采样通道对。最终，可获取管网中所有所述节点的压力信号。所有的泄漏监测仪表(压力变送器或声波变送器)所采用的传感器型号、精度指标和电路参数都应相同。

S204，根据所述压力信号或声波信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息；

根据各个分支节点的泄漏监测设备(RTU)采集到的所述压力或声波信号的变化，判断当前分支节点是否检测到异常信号，从而定位检测到异常信号的节点位置。具体的，可以根据每个所述分支节点的所述泄漏监测设备(RTU)采集到的所述所有泄漏监测仪表输出的压力信号或声波信号判断所述分支节点是否检测到异常信号。若所述分支节点的泄漏监测设备(RTU)采集到的所有泄漏监测仪表(对应同一个分支节点)输出信号中都检测到异常信号，则可以确定当前所述节点对应的泄漏监测设备(RTU)检测到了异常信号，当前所述节点为检测到异常信号的节点。

可以理解，此处的确定所述检测到异常信号的分支节点的位置信息的方法并不唯一。在一个实施例中，可以建立检测到异常信号分支节点的判别矩阵，在矩阵中建立管网中的所述分支节点、所述管段和所述分支节点泄漏监测设备的状态和位置信息。然后根据所述压力信号或声波信号的时频域特征变化判断所述管网中的所述分支节点是否检测到异常信号。当所述分支节点检测到异常信号时，则可以通过所述检测到异常信号的分支节点判别矩阵获取所述检测到异常信号分支节点的位置信息。

S206，根据所述检测到异常信号分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息；

同样可以理解的是，所述确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息的方法也可以有多种。在一个实施例中，可以建立泄漏管段判别矩阵。在所述泄漏管段判别矩阵中建立管网中的所述分支节点与所述管段相对应的状态和位置信息。当异常信号的传播方向均为从所述管段中间位置向与所述管段两端的两个所述分支节点传播时，则判断所述管段为泄漏管段。

本实施例中，将基于双传感器技术的管道内异常信号定向方法应用于异常管段的定位中，通过在临近各分支节点的相连管段上安装的泄漏监测仪表(压力变送器或者声波变送器)，实时采集信号(压力或声波信号)。通过判断异常信号通过分支节点的相连管段上安装的泄漏监测仪表的先后顺序关系，实现异常信号传播方向的判别，进而实现发生泄漏管段的准确定位，即实现了所述管网中发生泄漏管段位置的定位。

S208，根据所述管网中发生泄漏管段的位置信息，确定异常信号到达所述管网中发生泄漏的所述管段两端的两个节点的时间差，以定位所述管网发生泄漏的管段中的泄漏点位置。

具体地，在发生泄漏管段的位置信息确定以后，找到泄漏信号到达与所述异常管段相连的两个节点的时间差，并结合所述泄漏信号在所述管段介质中的传播速度以及所述泄漏管段的长度及位置信息，定位所述管网发生泄漏的泄漏点位置。在不同的实际情况下，所述定位管网中发生泄漏位置的精确度不同。

在一个实施例中，所述根据所述压力信号或声波信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息，包括：

采集每个临近所述分支节点的相连管段上安装的泄漏监测仪表输出的压力信号或声波信号；

当所述分支节点对应的泄漏监测装置(RTU)采集到的所述节点所有分支管段上安装的泄漏监测仪表输出的压力信号或声波信号中都检测到异常信号时，则判断对应的所述分支节点检测到异常信号；

读取所述检测到异常信号的分支节点的位置信息。

在一个实施例中，所述根据所述压力信号或声波信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息，包括：

根据管网情况对每个所述泄漏监测仪表配置虚拟采样通道，建立节点异常信号判别矩阵A，所述节点异常信号判别矩阵A用n×(d+1)阶矩阵A＝(a_i,j)表示；

其中，n为监测管网中的节点个数，d为管网节点中最大分支数；

矩阵A中，行号i对应分支节点的序号，其中a_i,1～a_i,d表示管网中节点i配置的虚拟采样通道序号为a_i,1～a_i,d，a_i,1～a_i,d取值范围为[0,n*d)中的任意数；

当a_i,j＝0(2<j≤d)时，表示该管网中分支节点i没有第j分支管段，没有配置虚拟采样通道；

a_i,(d+1)是分支节点i的异常信号标志位，若与分支节点i相关联的所有虚拟采样通道都检测到异常信号，则认为所述分支节点i检测到异常信号；

在对应分支节点每次实施异常信号诊断之前，异常信号标志位都会被初始化为0；若所述分支节点检测到异常信号，则a_i,(d+1)＝1，否则仍保持其初始化值0不变。

具体的，把干扰信号和泄漏信号都定义为异常信号。管网泄漏的监测问题首先转化为节点的异常信号检测问题。引入节点异常信号判别矩阵的概念，假设当前所监测管网中拥有n个节点，且该管网节点中最大分支数为d。则节点-异常信号判别矩阵A可用n×(d+1)阶矩阵A＝(a_i,j)表示。行号对应节点的序号。其中，a_i,1～a_i,d表示管网中节点i配置的虚拟采样通道序号为a_i,1～a_i,d，a_i,1～a_i,d取值范围为[0,n*d)中的任意数。当a_i,j＝0(2<j≤d)时，表示该管网中节点i没有第j分支管段，因而没有配置虚拟采样通道(即没有安装泄漏监测仪表)，无需对其做异常信号诊断处理(其主要目的是使矩阵的行列对齐，无其他意义)。

a_i,(d+1)是节点i的“异常信号标志位”，即若与节点i相关联的分支管段上的所有虚拟采样通道(所有泄漏监测仪表)都检测到异常信号，则认为该节点i检测到异常信号；在对应节点每次实施异常信号诊断之前，“异常信号标志位”都会被初始化为0；若该节点检测到异常信号，则a_i,(d+1)＝1，否则仍保持其初始化值0不变。且只有当两个及以上相邻节点都检测到异常信号时，才需要进行泄漏定位和报警。其节点-异常信号判别矩阵A形式如下所示。

在一个实施例中，所述根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏管段的位置信息，包括：

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息，获取与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段位置信息；

确定与所述检测到异常信号的分支节点的异常压力信号或异常声波信号的传播方向；

当所述管段两端的所述两个分支节点检测到的异常压力信号或声波信号传播方向相反时，则判断与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段为发生泄漏的管段；

读取所述发生泄漏管段的位置信息。

在一个实施例中，所述根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，包括：

根据管网情况对每个所述泄漏监测仪表配置虚拟采样通道，建立管网管段相关的节点异常信号传播方向判别矩阵B，所述节点异常信号传播方向判别矩阵B用(2*m)×(3*d+1)阶矩阵B＝(b_i,j)表示；

其中，管网中共有m条分支管段，d为分支节点最大分支数，2*m为行数，(3*d+1)为列数；

节点异常信号传播方向判别矩阵B中：

第一列b_i,1为管段序号；

第二列b_i,2为第一列b_i,1所述管段对应的一个节点序号，由于每条管段对应两个分支节点，因此连续两行对应同一管段；

第三列b_i,3为靠近所述分支节点相连管段对应安装的泄漏监测仪表总数，所述泄漏监测仪表用于监测每个所述分支节点相连管段的压力信号或声波信号；

其后的b_i,4～b_i,(2d+1)为用于判断异常信号传播方向的虚拟采样通道序号，每个分支节点共需b_i,3-1个“虚拟采样通道对”用于异常信号传播方向判断；

如第四列b_i,4和第五列b_i,5为所述节点异常信号传播方向判断所需的2个泄漏监测仪表对应的一对虚拟采样通道序号；对于边界节点，b_i,4虚拟采样通道对应的泄漏监测仪表安装位置靠近所述管段中间，b_i,5虚拟采样通道对应的泄漏监测仪安装位置远离所述管段中间；对于中间节点，b_i,4虚拟采样通道对应的泄漏监测仪安装在靠近所述节点的所述管段上，b_i,5虚拟采样通道对应的泄漏监测仪安装在靠近所述节点的其它相邻管段上；并且，b_i,4，b_i,6，…b_i,2d为相同的虚拟采样通道序号，b_i,5，b_i,7，…b_i,(2d+1)分别为靠近当前所述节点的相连的其它分支管段上安装的泄漏监测仪表对应的虚拟采样通道序号。对于边界节点，用于异常信号传播方向判断所需的虚拟采样通道仅需一对，其对应b_i,6,..b_i,(2d+1)位置以零赋值。对于管段分支数小于d的中间节点，其对应b_i,(2dd+2),..b_i,(2d+1)位置以零赋值,dd等于b_i,3,为对应节点相邻的分支管段数。

其后的b_i,(2*d+2)～b_i,(3*d)对应存储的是由该(b_i,3-1)个“虚拟采样通道对”对应信号计算得出的异常信号传播方向判别结果；b_i,(2d+2)～b_i,(3*d)在每次异常信号传播方向判别前，其值均会被初始化为0；当由相应虚拟采样通道的“虚拟采样通道对”得出异常信号传播方向是由管段中间传播进入节点方向时(即流入节点方向时)，定义异常信号传播方向为-1；反之，如果得出该异常信号传播方向是由节点流向管段中间时(即流出节点方向时)，则异常信号传播方向为+1；对于b_i,4～b_i,(2d+1)中不对应实际信号虚拟采样通道的列位置(相应值为0，对应边界节点或管段分支数小于d的中间节点)，其相应的异常信号传播方向判断结果赋值为0；

b_i,(3*d+1)列中存储所有异常信号方向判别结果值的累加和；对于边界节点或管段分支数小于d的中间节点，其方向判别结果累加和值b_i,(3*d+1)需要乘上一个系数值：(d-1)/(b_i,3-1)。所述节点异常信号传播方向判别矩阵B可以如下所示。

在一个实施例中，所述根据所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，确定泄漏信号到达所述管网中发生泄漏的管段两端的两个节点之间的时间差，以定位所述管网发生泄漏的位置，包括：

在所述节点异常信号传播方向判别矩阵B中，按照管段序号(b_i,1)进行索引，若同一管段序号所关联的两个节点，其方向判别结果的累加和值b_i,(3*d+1)均为“-(d-1)”，则该管段(即管段序号b_i,1)发生泄漏，应用延时相关计算方法计算出该b_i,1管段所对应的两个虚拟信号采样通道(序号为b_i,4和b_(i+1),4)所对应的泄漏信号的时间差，应用公式即可计算出该泄漏点距b_i,1管段上游起始节点的距离X；

其中，L为b_i,1管段长度，t₁、t₂为泄漏信号传播到上、下游节点的时间，v为在管输介质中泄漏信号的传播速度，X为泄漏点距离b_i,1管段上游起始点的距离。

在一个实施例中，如图1所示，根据上述发明所述规则，在每个中间节点，分别在临近节点的分支管段上安装一只声波泄漏监测仪。在每个边界节点，在临近边界节点的管段上安装2只声波泄漏监测仪。所有的声波泄漏监测仪表所采用的传感器型号、灵敏度指标和电路参数都一致。给所有管段、节点顺序定义相应的序号(管段序号分别为1,2…5，以E1,E2…E5标记；节点序号分别为1,2…6，以N1,N2…N6标记)，给所有的声波泄漏监测仪顺序定义虚拟采样通道序号，分别为1,2…14，图中以CH1,CH2….CH14标记。同一节点上相邻两个泄漏监测仪表的安装距离在3米到5米之间。

对于节点相距较远的情况，临近每个节点相连管段上安装的各只泄漏监测仪表的输出信号均由同一个泄漏监测设备(RTU)负责同步采样。各个节点相关联的泄漏监测设备(RTU)的信号采样通过GPS精准授时，从而实现管网中各个节点相关联的各个泄漏监测仪表输出信号的同步采样。各个节点所采样到的同一批数据打上相同的时间标签。然后通过网络传送至泄漏监测服务器，并根据泄漏监测仪表对应的虚拟采样通道序号保存(映射)在相应的存储空间(数据库)。由泄漏监测服务器对接收到的数据进行异常信号检测、定位和报警。

根据图1可得当前所监测管网的节点与各虚拟采样通道的关系，根据本申请中上述步骤，即可建立当前实施例的节点异常信号判别矩阵A，如下所示。

其中，节点数n＝6，节点最大分支管段数d＝3，行号对应节点序号。

根据图1可得该管网中管段与节点的关联关系，根据上述发明内容中的定义，即可得到该管网的与管段相关联的节点异常信号传播方向判别矩阵B，如下式所示，其中管段总数m＝5。

以1000Hz的采样率对各个节点的各只声波泄漏监测仪表输出信号进行同步采样，每分钟得到60000点采样数据，该采样数据与前1分钟的采样结果合并，得到120000点的数据各一帧S(CHi,k)。经过适当滤波，得到2分钟长度的去噪后的信号，如图3所示。

当管网中如图1所示位置发生泄漏时，利用异常信号检测方法，清除非异常信号和同一节点在时间上没有重叠的异常信号，得到部分分支节点对应仪表检测到的异常信号如图4所示，异常信号判别结果如下所示的矩阵A所示。

通过遍历上述矩阵A的“异常信号标志位”列，可得2、3、4节点检测到异常信号。检测到异常信号的节点个数大于2，且节点2和节点3、节点2和节点4均为相邻节点。则根据上述步骤中建立的矩阵B，根据与2、3、4节点相关联的“虚拟采样通道对”，计算异常信号传播方向判别结果及其累加和b_2,10、b_3,10、b_4,10、b_5,10、b_6,10、b_7,10、b_9,10。如矩阵B第10列所示，其中节点3的异常信号传播方向判别结果的累加和需要乘以2(系数计算方法在前述步骤中已经有所描述)。图5为节点②的三路声波异常信号的先后顺序，图6为节点④的三路声波异常信号的先后顺序关系图。异常信号传播方向计算结果如矩阵B第10列所示：

根据上述步骤得到的矩阵B，按照管段号进行索引，不难发现分支管段3所对应的两个相邻节点2和4的异常信号传播方向判别结果的累加和均为-2(即-(d-1)＝-(3-1)＝-2))，即可认为该管网的管段3发生泄漏。然后，通过延时相关计算声波信号S(4,120000)和S(8,120000)的时间差，代入公式即可进一步确定泄漏发生的位置，并发出泄漏报警。其中，L为b_i,1管段长度，t₁、t₂为泄漏信号传播到上、下游节点的时间，v为在管输介质中泄漏信号的传播速度，X为泄漏点距离b_i,1管段上游起始点的距离。

请参阅图7，一种管网泄漏监测定位系统700，所述管网包括多个分支节点和与所述分支节点相连的管段。每个所述管段两端分别设置一个所述分支节点。所述各个管段上在对应所述分支节点设置有泄漏监测设备(RTU)。所述管网泄漏监测定位系统700包括：

压力变送器或声波变送器等泄漏监测仪表(压力或声波)720，用于实时感测多个所述分支节点相邻管段内部的压力信号或声波信号。

所述的压力变送器或声波变送器等泄漏监测仪表720安装在临近各个节点相邻的分支管段上，实时感测所述节点相邻管段的压力信号或声波信号。

泄漏监测设备(RTU)740，用于实时同步采集所述各个分支节点相邻管段上安装的所述各个泄漏监测仪表720的输出信号。每个分支节点附近对应安装一套所述泄漏监测设备(RTU)，所有所述泄漏监测设备(RTU)通过GPS授时，实现对管网内所有所述泄漏监测仪表720输出信号的实时同步采样。所述泄漏监测设备(RTU)通过有线或无线网络把采集数据传输给泄漏监测服务器。

异常分支节点判断单元750，用于根据所述压力信号或声波信号确定检测到异常信号的分支节点的位置信息。

泄漏管段判断单元760，用于根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息。

泄漏点定位单元780，用于在确定发生泄漏的管段以后，根据泄漏信号到达所述泄漏管段两端节点的时间差，确定泄漏点的位置。在一个实施例中，所述异常管段判断单元760，还用于：

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息，获取与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段位置信息。

确定与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常压力信号或异常声波信号传播方向。

当同一管段两端的所述两个分支节点的异常压力信号或声波信号传播方向相反时，则判断所述管段为泄漏管段。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述程序可存储于一计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，所述程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被所述计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如管网结构的改变、对原始采样信号的抽取等等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种管网泄漏监测定位方法，所述管网包括多个分支节点和与所述分支节点相连的管段，每个所述管段两端分别设置一个所述分支节点，临近所述每个分支节点的各个所述分支管段上对应安装泄漏监测仪表，其特征在于，所述管网泄漏监测定位方法包括以下步骤：

获取各个所述泄漏监测仪表输出的泄漏监测信号；

判断所述泄漏检测信号是否为异常信号；

当每个临近所述分支节点的分支管段上的泄漏检测仪表输出的所述泄漏检测信号都为异常信号时，则判断对应的所述分支节点检测到异常信号；

读取所述检测到异常信号的分支节点的位置信息；

确定与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常信号的传播方向，根据所述传播方向确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息；

根据所述管网中发生泄漏管段的位置信息，确定泄漏信号到达所述管网中发生泄漏的管段的两端节点之间的时间差，以定位所述管网发生泄漏的位置。

2.如权利要求1所述的管网泄漏监测定位方法，其特征在于，所述泄漏检测信号包括压力信号或声波信号。

3.如权利要求2所述的管网泄漏监测定位方法，其特征在于，所述确定与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常信号的传播方向，根据所述传播方向确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，包括：

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息，获取与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段位置信息；

确定与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常压力信号或异常声波信号传播方向；

当所述管段两端的两个分支节点的异常压力信号或异常声波信号传播方向相反时，则判断所述管段为发生泄漏管段；

读取所述发生泄漏管段的位置信息。

4.如权利要求1所述的管网泄漏监测定位方法，其特征在于，所述判断所述泄漏检测信号是否为异常信号；当每个临近所述分支节点的分支管段上的泄漏检测仪表输出的所述泄漏检测信号都为异常信号时，则判断对应的所述分支节点检测到异常信号；读取所述检测到异常信号的分支节点的位置信息，包括：

根据管网情况对每个所述泄漏监测仪表配置虚拟采样通道，建立节点异常信号判别矩阵A，所述节点异常信号判别矩阵A用n×(d+1)阶矩阵A＝(a_i,j)表示；

其中，n为监测管网中的节点个数，d为管网节点中最大分支数；

矩阵A中，行号i对应分支节点的序号，其中a_i,1～a_i,d表示管网中节点i配置的虚拟采样通道序号为a_i,1～a_i,d，a_i,1～a_i,d取值范围为[0,n*d)中的任意数；

当a_i,j＝0(2<j≤d)时，表示该管网中分支节点i没有第j分支管段，没有配置虚拟采样通道；

a_i,(d+1)是分支节点i的异常信号标志位，若与分支节点i相关联的所有虚拟采样通道都检测到异常信号，则认为所述分支节点i检测到异常信号；

在对应分支节点每次实施异常信号诊断之前，异常信号标志位都会被初始化为0；若所述分支节点检测到异常信号，则a_i,(d+1)＝1，否则仍保持其初始化值0不变。

5.如权利要求1所述的管网泄漏监测定位方法，其特征在于，所述根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，包括：

根据管网情况对每个所述泄漏监测仪表配置虚拟采样通道，建立管网管段相关的节点异常信号传播方向判别矩阵B，所述节点异常信号传播方向判别矩阵B用(2*m)×(3*d+1)阶矩阵B＝(b_i,j)表示；

其中，管网中共有m条分支管段，d为分支节点最大分支数，2*m为行数，(3*d+1)为列数；

节点异常信号传播方向判别矩阵B中：

第一列b_i,1为管段序号；

第二列b_i,2为第一列b_i,1所述管段对应的一个节点序号，由于每条管段对应两个分支节点，因此连续两行对应同一管段；

第三列b_i,3为所述分支节点相邻管段对应安装的泄漏监测仪表个数，所述泄漏监测仪表用于监测每个所述分支节点相连管段的压力信号或声波信号；

其后的b_i,4～b_i,(2d+1)为用于判断异常信号传播方向的虚拟采样通道序号，每个分支节点共需b_i,3-1个“虚拟采样通道对”用于异常信号传播方向判断；

其后的b_i,(2*d+2)～b_i,(3*d)对应存储的是由该(b_i,3-1)个“虚拟采样通道对”对应信号计算得出的异常信号传播方向判别结果；b_i,(2d+2)～b_i,(3*d)在每次异常信号传播方向判别前，其值均会被初始化为0；当由相应虚拟采样通道的“虚拟采样通道对”得出异常信号传播方向是由管段中间传播进入节点方向时，即流入节点方向时，定义异常信号传播方向为-1；反之，如果得出该异常信号传播方向是由节点流向管段中间时，即流出节点方向时，则异常信号传播方向为+1；对于b_i,4～b_i,(2d+1)中不对应实际信号虚拟采样通道的列位置，相应值为0，对应边界节点或管段分支数小于d的中间节点，其相应的异常信号传播方向判断结果赋值为0；

b_i,(3*d+1)列中存储所有异常信号方向判别结果值的累加和；对于边界节点或管段分支数小于d的中间节点，其方向判别结果累加和值b_i,(3*d+1)需要乘上一个系数值：(d-1)/(b_i,3-1)。

6.如权利要求1所述的管网泄漏监测定位方法，其特征在于，所述根据所述管网中发生泄漏的管段的位置信息，确定泄漏信号到达所述管网中发生泄漏的管段两端节点的时间差，以定位所述管网发生异常的位置，包括：

在所述节点异常信号传播方向判别矩阵B中，按照管段序号(b_i,1)进行索引，若同一管段序号所关联的两个节点，其方向判别结果的累加和值b_i,(3*d+1)均为“-(d-1)”，则管段序号b_i,1发生泄漏，应用延时相关计算方法计算出该b_i,1管段所对应的两个信号虚拟采样通道序号为b_i,4和b_(i+1),4所对应的泄漏声波信号的时间差，应用公式即可计算出该泄漏点距b_i,1管段上游起始节点的距离X；

其中，L为b_i,1管段长度，t₁、t₂为泄漏信号传播到上、下游节点的时间，v为在管输介质中信号的传播速度，X为泄漏点距离b_i,1管段上游起始点的距离。

7.一种管网泄漏监测定位系统，其特征在于，所述管网包括多个分支节点和与所述分支节点相连的管段，每个所述管段两端分别设置一个所述分支节点，临近所述每个分支节点的各个所述分支管段上对应安装泄漏监测仪表，所述管网泄漏监测定位系统包括：

监测压力信号或声波信号的泄漏监测仪表，用于获取多个所述分支节点临近管段上的压力信号或声波信号；

泄漏监测设备，用于实时同步采集所述各个分支节点相邻管段上安装的所述各个泄漏监测仪表的输出信号，每个分支节点附近对应安装一套所述泄漏监测设备，所述泄漏监测设备通过GPS授时，实现对管网内所有所述泄漏监测仪表输出信号的实时同步采样，所述泄漏监测设备通过有线或无线网络把采集数据传输给泄漏监测中心；

异常分支节点判断单元，用于判断所述压力信号或声波信号是否为异常信号，当每个临近所述分支节点的分支管段上的泄漏检测仪表输出的所述压力信号或声波信号都为异常信号时，则判断对应的所述分支节点检测到异常信号，并读取所述检测到异常信号的分支节点的位置信息；

泄漏管段判断单元，用于确定与所述检测到异常压力信号或异常声波信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常信号的传播方向，根据所述传播方向确定所述管网中发生泄漏的管段的位置信息；

泄漏点定位单元，用于根据所述管网中发生泄漏的管段的位置信息确定泄漏信号传播到达所述管网中发生泄漏的管段相邻两个分支节点的时间差，定位所述管网发生泄漏的位置。

8.如权利要求7所述的管网泄漏监测定位系统，其特征在于，所述异常分支节点判断单元，只有当所述分支节点相邻管段上安装的泄漏监测仪表的输出信号中都检测出异常信号时，则判断对应的所述分支节点检测到异常信号；

所述异常分支节点判断单元，还用于在判断出检测到异常信号的分支节点后，读取所述检测到异常信号的分支节点的位置信息。

9.如权利要求7所述的管网泄漏监测定位系统，其特征在于，所述泄漏管段判断单元，还用于：

根据所述检测到异常信号的分支节点的位置信息，获取与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段位置信息；

确定与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段两端的两个分支节点的异常压力信号或声波信号传播方向；

当所述管段两端的所述两个分支节点的异常压力信号或声波信号传播方向相反时，则判断与所述检测到异常信号的分支节点相连的管段为泄漏发生管段。

10.如权利要求7所述的管网泄漏监测定位系统，其特征在于，泄漏监测仪表为压力变送器或声波变送器或其它泄漏监测仪表。