CN107795857B - 一种地下管道泄漏监测方法及监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下管道泄漏监测方法及监测装置，包括信号采集带、多个探点、数据终端和上位机；所述信号采集带附着在地下管道的外壁上或邻近地下管道布设，且沿地下管道的延伸方向延伸；所述多个探点沿地下管道的延伸方向间隔布设在所述信号采集带上，用于采集土壤的电阻率；所述数据终端连接所述信号采集带，通过信号采集带接收所述多个探点采集到的土壤电阻率并发送至上位机，通过上位机计算并判定地下管道是否出现泄漏事故，并对泄漏点进行定位。本发明通过检测地下管道周围土壤的电阻率变化判断地下管道是否存在泄漏事故，操作简单，检测结果准确，自动化程度高，可以对地下管道的泄漏点位置实现快速、准确定位。

Description

一种地下管道泄漏监测方法及监测装置

技术领域

本发明属于地下管网技术领域，具体地说，是涉及一种用于对地下管道是否存在泄漏问题进行监测的装置及方法。

背景技术

地下管道是敷设在地下用于输送液体、气体或松散固体的管道。随着城市建设的快速发展，城市地下管道越来越密集。受使用年限及其他因素的影响，地下管道会出现渗漏甚至泄漏问题，影响周边环境甚至造成污染事故，因此，对于管道渗漏的监测日趋重要。

对于输送液体的地下液体管道来说，按照承压形式可分为有压管道和无压管道两种。其中，有压管道一般采用压力感应的方式监测管道是否存在泄漏问题，使用简单，灵敏度高，但对于管道要求较高，且对泄漏点的位置定位困难。对于无压管道的监测，常常使用监测管道温度、管道内液体流速(流量)、超声波、音波等方法，其缺点或是只能监测离散点，或是造价昂贵，或是定位模糊。此外，还有通过监测数据软件仿真的方法模拟事故位置，其结果常常与实际情况出入较大。因此，目前仍缺乏一种能够自动、长期监测地下管道泄漏点及泄漏程度并自动定位的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下管道泄漏监测方法，采用检测地下管道埋设环境的土壤电阻率的方式来判断地下管道是否出现泄漏事故，并可以对泄漏点的位置实现自动定位。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明在一个方面，提出了一种地下管道泄漏监测方法，包括：

沿地下管道的延伸方向间隔布设多个用于采集土壤电阻率的探点；

设定采样周期T，控制每一个探点在每一个采样周期检测一次其所在位置的土壤电阻率，并将第i个探点在第t个采样周期测得的土壤电阻率记为ρ(i,t)；

计算第t个采样周期第i个探点的土壤电阻率基准值ρ^s(i,t)：

其中，i≥2，t≥2；

分别计算以第i个探点为中心连续布设的n个探点在t-m至t个采样周期的土壤电阻率基准值，并将其中的最大值记为ρ_max，最小值记为ρ_min；

检测第i个探点在第t+1个采样周期测得的土壤电阻率ρ(i,t+1)；

若或者则判定地下管道在第i个探点所对应的位置出现泄漏；其中，Q为设定的探测灵敏度值。

为了便于泄漏点的快速定位，本发明为所述的每一个探点编号，可以根据探点的编号定位地下管道的泄漏点位置。

为了进一步提高泄漏事故监测的准确性，优选设计多个所述的探点等间距布设，且相邻两个探点的间距在30-100mm之间取值。

优选的，所述探测灵敏度值Q优选在5-10之间取值；所述n为奇数，且n≥3；所述m≥1。

本发明在另一方面，还提出了一种地下管道泄漏监测装置，包括信号采集带、多个探点、数据终端和上位机；所述信号采集带附着在地下管道的外壁上或邻近地下管道布设，且沿地下管道的延伸方向延伸；所述多个探点沿地下管道的延伸方向间隔布设在所述信号采集带上，用于采集土壤的电阻率；所述数据终端连接所述信号采集带，通过信号采集带接收所述多个探点采集到的土壤电阻率；所述数据终端设定采样周期T，并控制每一个探点在每一个采样周期检测一次其所在位置的土壤电阻率，并将第i个探点在第t个采样周期测得的土壤电阻率记为ρ(i,t)；所述上位机与所述数据终端通信，接收数据终端上传的土壤电阻率，并根据接收到的土壤电阻率计算第t个采样周期第i个探点的土壤电阻率基准值其中，i≥2，t≥2；所述上位机分别计算以第i个探点为中心连续布设的n个探点在t-m至t个采样周期的土壤电阻率基准值，并将其中的最大值记为ρ_max，最小值记为ρ_min；然后判断第i个探点在第t+1个采样周期测得的土壤电阻率ρ(i,t+1)是否大于或者小于若是，则判定地下管道在第i个探点所对应的位置出现泄漏；其中，Q为设定的探测灵敏度值。

为了便于泄漏点的快速定位，所述信号采集带将每一个探点采集到的土壤电阻率与该探点所对应的编号关联传送至所述数据终端，并由所述数据终端关联上传至所述上位机；所述上位机根据探点编号定位地下管道的泄漏点位置。

为了进一步提高泄漏事故监测的准确性，优选设计所述多个探点在所述信号采集带上等间距布设，且相邻两个探点的间距在30-100mm之间取值。

优选的，所述探测灵敏度值Q优选在5-10之间取值；所述n为奇数，且n≥3；所述m≥1。

进一步的，所述信号采集带包括金属外壳，在所述金属外壳中内置有采集电路板和数据总线，所述采集电路板连接所述多个探点，将所述多个探点采集到的土壤电阻率转换成总线数据，经由所述数据总线传输至所述数据终端。

再进一步的，所述数据终端与所述上位机无线通信，所述上位机在监测到地下管道出现泄漏事故时，向指定的手机发送报警提醒，以便于及时做出应急处理。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过检测地下管道周围土壤的电阻率变化判断地下管道是否存在泄漏事故，操作简单，检测结果准确，可实现全程无人监管自动运行，自动化程度高，且可以对地下管道的泄漏点位置实现快速、准确定位，继而有利于对泄漏事故实施迅速的应急响应，减小因地下管道泄漏对周围环境造成污染的程度，保护土壤环境。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的地下管道泄漏监测装置的一种实施例的整体结构示意图；

图2是本发明所提出的地下管道泄漏监测方法的一种实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

如图1所示，本实施例的地下管道泄漏监测装置包括探点1、信号采集带2、数据终端3和上位机等主要组成部分。其中，探点1为用于检测土壤电阻率的电阻率传感器，包括多个，均布设在信号采集带2上，且沿信号采集带2的延伸方向呈“一”字形间隔排布。所述信号采集带2用于接收各个探点1采集输出的土壤电阻率信号，并生成土壤电阻率数据发送至数据终端3。所述信号采集带2沿地下管道4的延伸方向延伸，可以直接附着在地下管道4的外壁上，也可以邻近地下管道4且沿地下管道4的延伸方向平行铺设，以使信号采集带2上的各个探点1能够分布在地下管道4延伸方向的不同位置，继而达到地下管道4无论在哪个位置出现泄漏，都能通过泄漏点附近的探头1感应到其周围土壤的电阻率变化。所述数据终端3可以设置在地下管道4的末端，连接所述的信号采集带2。对于长度较短的地下管道4，可以仅铺设一条信号采集带2并配置一台数据终端3；而对于长度较长的地下管道4，可以根据每条信号采集带2所能带动的探点个数，选择铺设多条信号采集带2，并为每条信号采集带2专门配置一台数据终端3，并连接在与之对应的信号采集带2的末端。所述数据终端3设定采样周期T，一方面通过信号采集带2控制每一个探点1在每一个采样周期检测一次其所在位置的土壤电阻率；另一方面对接收到的每一个探点在每一个采样周期的土壤电阻率数据进行处理，然后发送至远程的上位机。上位机根据每一个探点1检测到的土壤电阻率的变化，判断该探点1所在位置的地下管道4是否发生泄漏事故，并可以在有泄漏事故发生时，立即向指定的手机发送报警信息，提醒工作人员及时采取应急响应措施。

作为本实施例的一种优选设计方案，所述探点1可以设计成扁圆柱形，用于传输供电和土壤电阻率检测信号的导线可以从探点1的底部穿出，直接连接信号采集带2。所述探点1的材料可以选用锡黄铜，外表面镀银，以便更好的适应土壤环境。当然，所述探点1也可以设计成围绕地下管道4的探环等多种结构形式，本实施例对此不做具体限制。

在本实施例中，布设在信号采集带2上的多个探点1优选等间距排布，且均背离地下管道4朝外，以便于与地下管道4周围的土壤充分接触。设置相邻两个探点1之间的间距在2-500mm之间取值，由于相邻两个探点1之间的间距大小反映反映监测装置的分辨距离，间距太大会影响监测装置使用的精度，间距太小会造成探点1使用量过多，资源浪费。因此，本实施例优选将相邻两个探点1的间距限制在30-100mm之间，即可满足泄漏发生时监测所需的分辨率，也可节省探点资源，并有助于减小后续数据处理的工作量。

所述信号采集带2沿地下管道4铺设，对于输送液体的地下管道4来说，所述信号采集带2最好布设在地下管道4的底部；对于输送气体的地下管道4来讲，所述信号采集带2优选布设在地下管道4的顶部，最佳方式是与地下管道4同步铺设，以形成一套地下管道防泄漏自动监测网络。在本实施例的信号采集带2中设置有采集电路板和数据总线，在所述采集电路板和数据总线外部包裹有金属外壳。从探点1的底部伸出的导线可以直接穿过信号采集带2的金属外壳连接至内部的采集电路板。在所述采集电路板上可以设置滤波电路、放大电路、ADC转换电路等一系列信号处理电路，对接收到的每一个探点1输出的土壤电阻率信号进行滤波、放大、模数转换等前置处理后，生成土壤电阻率数据，经由信号采集带2中的数据总线发送至数据终端3。

所述信号采集带3为其上的每一个探点1编号，整条地下管道4上不同探点1的编号均不相同，在上位机中针对不同的探点编号对应保存有该编号的探点的布设位置。所述信号采集带3在接收到每一个探点1反馈的土壤电阻率信号后，将转换生成的土壤电阻率数据与其对应的探点编号相关联，一并通过数据总线发送至数据终端3，并由数据终端3关联上传至上位机。所述上位机在根据接收到的土壤电阻率判断出地下管道4出现泄漏事故时，便可以根据探点编号快速定位出地下管道4的泄漏点位置。

所述数据终端3可以采用有线或无线通信的方式与远程的上位机链接通信，交互数据。

下面结合图1所示的监测装置结构设计，对本实施例的地下管道泄漏监测方法进行具体阐述。如图2所示，包括以下步骤：

S201、设定采样周期T，控制每一个探点在每一个采样周期检测一次其所在位置的土壤电阻率；

在本实施例中，所述采样周期T优选设置为30分钟，即，数据终端3通过信号采集带2控制每一个探点1每隔30分钟采集一次土壤电阻率。当然，所述采样周期T也可以根据实际需要设定为其他数值。

S202、分别记录每一个探点在每一个采样周期测得的土壤电阻率；

本实施例将第i个探点在第t个采样周期测得的土壤电阻率记为ρ(i,t)，所述ρ(i,t)为第t个采样周期第i个探点的土壤电阻率实测值。

S203、计算每一个探点在每一个采样周期的土壤电阻率基准值；

在本实施例中，考虑到地下土壤的电阻率会随着大气的温度和湿度等自然环境因素发生变化，因此，在没有发生地下管道泄漏问题的情况下，地下土壤的电阻率也不会是一成不变的，若将埋设地下管道的土壤环境的电阻率设定成固定值，显然是会影响泄漏监测的准确性的。为此，本实施例提出以下计算公式①计算每一个周期土壤环境的电阻率值，并称之为土壤电阻率基准值，反映土壤环境电阻率的动态变化；

本实施例将第i个探点在第t个采样周期的土壤电阻率基准值记为ρ^s(i,t)，且

即，采用对土壤电阻率实测值进行加权的方式生成土壤电阻率基准值。其中，公式①中的i≥2，t≥2。

S204、针对每一个探点计算每一个采样周期该探点所在位置的土壤电阻率的正常变化区间；

在本实施例中，可以采用以下方式计算出每一个探点在每一个采样周期其所在位置的土壤电阻率的正常变化区间的极值ρ_max、ρ_min，即：

按照公式①分别计算以第i个探点为中心连续布设的n个探点在t-m至t个采样周期的土壤电阻率基准值，并将其中的最大值记为ρ_max，最小值记为ρ_min，即：

ρ_min＝min(ρ^s(p,q))

ρ_max＝max(ρ^s(p,q))

其中，p依次取区间内的整数，且n≥3并且n为奇数；

q依次取区间[t-m，t]内的整数，且m≥1；

本实施例优选取n＝7，m＝2，即，利用以第i个探点为中心点的相邻的7个探点所采集到的连续m+1个土壤电阻率实测值，计算出7×(m+1)个土壤电阻率基准值；从所述7×(m+1)个土壤电阻率基准值中选取出最大值记为ρ_max，选取出最小值记为ρ_min，以确定出第i个探点在t个采样周期所对应的土壤电阻率的正常变化区间。

S205、获取下一采样周期每一个探点所在位置的土壤电阻率实测值；

本实施例将第i个探点在第t+1个采样周期测得的土壤电阻率实测值记为ρ(i,t+1)。

S206、根据每一个探点所在位置的土壤电阻率的正常变化区间，判断每一个探点所在位置的地下管道是否出现泄漏事故；

当地下管道发生泄漏事故时，其周围的土壤电阻率会发生明显变化，超出土壤电阻率的正常变化区间。本实施例设定监测装置的探测灵敏度值Q，Q为常数，若

或者则判定地下管道在第i个探点所对应的位置出现泄漏。其中，Q越大，监测灵敏度越高，但同时也更容易出现误判；Q越小，监测灵敏度越低。本实施例优选设定Q在5-10之间取值。

S207、输出检测结果；

本实施例优选在上位机中执行泄漏事故的判断过程，并通过显示屏输出检测结果。当检测到地下管道发生泄漏事故时，根据探点编号确定泄漏点位置，并发送至指定的手机，进行泄漏事故报警。

本实施例的地下管道泄漏监测装置，结构简单，自动化程度高，可实现全程无人监管自动运行，泄漏点定位的实时性、准确性和可靠性较好，易于大范围安装使用。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地下管道泄漏监测方法，其特征在于，包括：

沿地下管道的延伸方向间隔布设多个用于采集土壤电阻率的探点；

设定采样周期T，控制每一个探点在每一个采样周期检测一次其所在位置的土壤电阻率，并将第i个探点在第t个采样周期测得的土壤电阻率记为ρ(i,t)；

计算第t个采样周期第i个探点的土壤电阻率基准值ρ^s(i,t)：

其中，i≥2，t≥2；

分别计算以第i个探点为中心连续布设的n个探点在t-m至t个采样周期的土壤电阻率基准值，并将其中的最大值记为ρ_max，最小值记为ρ_min；

检测第i个探点在第t+1个采样周期测得的土壤电阻率ρ(i,t+1)；

若或者则判定地下管道在第i个探点所对应的位置出现泄漏；其中，Q为设定的探测灵敏度值。

2.根据权利要求1所述的地下管道泄漏监测方法，其特征在于，为所述的每一个探点编号，根据探点的编号定位地下管道的泄漏点位置。

3.根据权利要求1或2所述的地下管道泄漏监测方法，其特征在于，多个所述的探点等间距布设，且相邻两个探点的间距在30-100mm之间取值。

4.根据权利要求1或2所述的地下管道泄漏监测方法，其特征在于，所述探测灵敏度值Q在5-10之间取值；所述n为奇数，且n≥3；所述m≥1。

5.一种地下管道泄漏监测装置，其特征在于，包括：

信号采集带，其附着在地下管道的外壁上或邻近地下管道布设，且沿地下管道的延伸方向延伸；

多个探点，其沿地下管道的延伸方向间隔布设在所述信号采集带上，用于采集土壤的电阻率；

数据终端，其连接所述信号采集带，通过信号采集带接收所述多个探点采集到的土壤电阻率；所述数据终端设定采样周期T，并控制每一个探点在每一个采样周期检测一次其所在位置的土壤电阻率，并将第i个探点在第t个采样周期测得的土壤电阻率记为ρ(i,t)；

上位机，其与所述数据终端通信，接收数据终端上传的土壤电阻率，并根据接收到的土壤电阻率计算第t个采样周期第i个探点的土壤电阻率基准值其中，i≥2，t≥2；所述上位机分别计算以第i个探点为中心连续布设的n个探点在t-m至t个采样周期的土壤电阻率基准值，并将其中的最大值记为ρ_max，最小值记为ρ_min；然后判断第i个探点在第t+1个采样周期测得的土壤电阻率ρ(i,t+1)是否大于或者小于若是，则判定地下管道在第i个探点所对应的位置出现泄漏；其中，Q为设定的探测灵敏度值。

6.根据权利要求5所述的地下管道泄漏监测装置，其特征在于，所述信号采集带将每一个探点采集到的土壤电阻率与该探点所对应的编号关联传送至所述数据终端，并由所述数据终端关联上传至所述上位机；所述上位机根据探点编号定位地下管道的泄漏点位置。

7.根据权利要求5或6所述的地下管道泄漏监测装置，其特征在于，所述多个探点在所述信号采集带上等间距布设，且相邻两个探点的间距在30-100mm之间取值。

8.根据权利要求5或6所述的地下管道泄漏监测装置，其特征在于，所述探测灵敏度值Q在5-10之间取值；所述n为奇数，且n≥3；所述m≥1。

9.根据权利要求5或6所述的地下管道泄漏监测装置，其特征在于，所述信号采集带包括金属外壳，在所述金属外壳中内置有采集电路板和数据总线，所述采集电路板连接所述多个探点，将所述多个探点采集到的土壤电阻率转换成总线数据，经由所述数据总线传输至所述数据终端。

10.根据权利要求5或6所述的地下管道泄漏监测装置，其特征在于，所述数据终端与所述上位机无线通信，所述上位机在监测到地下管道出现泄漏事故时，向指定的手机发送报警提醒。