CN111006137B - 一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法及系统 - Google Patents

一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法及系统，方法包括以下步骤：将整个供水管网区域进行封闭性分区，利用供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表监测各个分区的流量、压力和用水量指标，再利用计量模型算法进行分区漏损计量；利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段；在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位。实现了从分区漏损监测到疑似泄漏管段定位、再到具体的泄漏点定位的系统化监测手段。该方法将整个区域化整为零，以从面到线，从线到点的方式，利用少量设备实现了供水管网漏损的管控。

Description

一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法及系统
技术领域
本申请涉及传感监测技术领域，尤其涉及一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法及系统。
背景技术
地下管线是城市重要的基础设施，是保证城市生产生活正常运转的重要基础。作为城市地下管网中建设较早的一种管线，很多城市的给水管网已经出现老化现象，管线漏损和爆管事故频发，造成水资源严重浪费，大大提高了经营成本，同时存在重大安全隐患。虽然市场上存在一些管线检漏设备，但效果并不理想。
目前的管网泄漏检测仍以人工巡检的方式为主，在现场利用听音杆、电子听漏仪或者相关仪进行泄漏点查找，对检测人员的经验要求很高，人员投入成本高、时效差、定位慢等问题十分显著，容易产生马路拉链，经常破坏和占用路面。如何加强地下管网安全监管，提高预警和事后处置工作效率，摆到了自来水公司各级主管部门面前。如何正确处理地下供水管网泄漏问题、如何保证地下管网安全高效的运转显得尤为重要和紧迫。因此急需一种系统级漏损检测方法，实时在线监测，代替人工漫无目的长时间巡检。
发明内容
本申请提出一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法及系统，旨在解决现有技术未能完整、系统地监测地下供水管网泄露的问题。
本申请实施例提供一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，包括以下步骤：
将整个供水管网区域进行封闭性分区，利用供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表监测各个分区的流量、压力和用水量指标，再利用计量模型算法进行分区漏损计量；
利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段；
在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位。
进一步地，所述将整个供水管网区域进行封闭性分区具体方法为：
首先，通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分割为若干个相对独立的区域，使得每个区域的进水口和出水口数量减少，最优的结果是每个分区只有一个入口、没有出口；
区域划分好以后，进行闭水试验，分别关闭每个区域边界处的阀门，如区域内水压迅速下降，其他区域水压不受影响，打开阀门后压力恢复正常，证明该分区是封闭的，否则应核实管网实际路由，重新分区；
确认分区的封闭性以后，在每个区域管网的入口和出口安装多功能漏损监测仪，监测分区的出入流量和压力值。
进一步地，所述计量模型算法为：
Figure BDA0002325037580000021
其中，正常夜间用水量有以下两种计算方法任意一种：
算法一：正常夜间用水量(m3/h)＝夜间用水人数比例(典型值6％)×人数×人均用水量(典型值0.6L/h)；
算法二：正常夜间用水量(m3/h)＝夜间用水人数比例(典型值6％)×户数×户均用水量(典型值1.7L/h)；
背景漏失量有以下两种算法任意一种：
算法一：
Figure BDA0002325037580000031
算法二：
Figure BDA0002325037580000032
进一步地，所述利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段，缩小排查范围，具体为：在噪声记录仪上设置监测漏水噪声频率的监测上下限，将噪声记录仪监测的持续超标的监测数据变换到频域，使用带通滤波器过滤掉干扰频段，再将过滤后的数据进行时域叠加和频域能量谱密度叠加并比对，如果仍然持续超标，则可以判定该监测点位管段存在泄漏，标记出所有泄漏管段。
进一步地，所述在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集数据实现泄漏点的定位，具体为：
通过放置在泄漏管段两端的噪声记录仪测量泄漏信号，泄漏声音传播到达两个噪声记录仪的时间不同，利用两列信号的互相关分析，即可确定泄漏噪声到达两个噪声记录仪的时间差，根据该时间差，结合两个噪声记录仪间的距离和声波在该管材中的传播速度，即可计算出泄漏点距两个噪声记录仪的距离，定位出泄漏点。
本申请实施例还提供一种供水管线漏损监测与泄漏定位系统，包括
安装在供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表、数据中继器；
安装在供水管网各个封闭性分区的噪声记录仪、数据中继器；
安装在供水管网泄漏管段的噪声记录仪、数据中继器；
所述数据中继器通过4G网络无线连接网关，所述网关无线连接数据库服务器，所述数据库服务器连接系统服务器，所述系统服务器连接多个用户终端和指挥中心大屏。
进一步地，所述噪声记录仪采集500-3000Hz区间的噪声，噪声采样率应大于6000Hz。
进一步地，所述安装在供水管网各个封闭性分区的噪声记录仪每隔800米安装一台。
进一步地，所述安装在供水管网泄漏管段的噪声记录仪每隔300米安装一台。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本发明实现了从分区漏损监测到疑似泄漏管段定位、再到具体的泄漏点定位的系统化监测手段。该方法将整个区域化整为零，以从面到线，从线到点的方式，利用少量设备实现供水管网漏损的管控。可以随时更换到漏损重点区域进行监测，可复用性好。该方法节省人力资源，不需要专职检漏人员，大部分检漏工作由在线系统自动完成。能够在开挖前确定泄漏点位置，有效减少误开挖，减少马路拉链，节省开挖和恢复路面成本，减少对交通的影响，提高市民满意度。一方面为企业节约了长期经营成本，另一方面减小了管网漏损对地质环境带来的破坏，如地面塌陷和地面沉降等，对于提升公共安全具有重要意义，同时也能节约国家淡水资源，减小缺水地区的水资源调配压力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的方法流程图。
图2为本发明实施例的区域划分和设备安装示意图。
图3为本发明实施例的泄漏点定位原理(基于频域滤波和相关计算)示意图。
图4为本发明实施例的系统部署示意图。
图5为本发明实施例的漏损率变化对比图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
实施例1
如图1所示，本申请实施例提供一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，包括以下步骤：
S1、将整个供水管网区域进行封闭性分区，利用供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表监测各个分区的流量、压力和用水量指标，再利用计量模型算法进行分区漏损计量；
S2、利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段，缩小排查范围；
S3、在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位。
通过上述三个步骤的迭代，寻找重点漏损区域，定位泄漏点位置，实现整个管网的泄漏监测和定位。
本实施例中，将整个供水管网区域进行封闭性分区具体方法为：
首先，通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分割为若干个相对独立的区域，使得每个区域的进水口和出水口数量减少，最优的结果是每个分区只有一个入口、没有出口；
区域划分好以后，进行闭水试验，分别关闭每个区域边界处的阀门，如区域内水压迅速下降，其他区域水压不受影响，打开阀门后压力恢复正常，证明该分区是封闭的，否则应核实管网实际路由，重新分区；
确认分区的封闭性以后，在每个区域管网的入口和出口安装多功能漏损监测仪，监测分区的出入流量和压力值。如图2所示。
将整个供水管网区域进行封闭性分区，这样可以减少成本投入，而且单一设备误差更小，有助于提高计量精度。但也要尽量减少阀门关闭的数量，使现存管网的水力学特性改变最小。分区内用水户数一般以2000-5000户为宜，地域面积控制在1平方公里以内。分区的目的是将整个区域划分主次，突出重点，减小计量误差，更加精细化监测。
本实施例中，分区漏损计量涉及到多个参数类型、参数描述和参数获取方式。如表1所示。设备监测得到的参数的准确性直接影响模型计算的准确性，调研获取的参数对计算结果影响程度不大。
表1漏损分区计量输入参数
Figure BDA0002325037580000061
实施例2
如图1所示，本申请实施例提供一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，包括以下步骤：
S1、将整个供水管网区域进行封闭性分区，利用供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表监测各个分区的流量、压力和用水量指标，再利用计量模型算法进行分区漏损计量；
S2、利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段，缩小排查范围；
S3、在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位。
通过上述三个步骤的迭代，寻找重点漏损区域，定位泄漏点位置，实现整个管网的泄漏监测和定位。
其中，本实施例的计量模型算法为：
Figure RE-GDA0002402088080000071
其中，正常夜间用水量有以下两种计算方法任意一种：
算法一：正常夜间用水量(m3/h)＝夜间用水人数比例(典型值6％)×人数×人均用水量(典型值0.6L/h)；
算法二：正常夜间用水量(m3/h)＝夜间用水人数比例(典型值6％)×户数×户均用水量(典型值1.7L/h)；
背景漏失量有以下两种算法任意一种：
算法一：
Figure RE-GDA0002402088080000072
算法二：
Figure RE-GDA0002402088080000073
利用以上方法实现分区漏损计量。
实施例3
如图1所示，本申请实施例提供一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，包括以下步骤：
S1、将整个供水管网区域进行封闭性分区，利用供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表监测各个分区的流量、压力和用水量指标，再利用计量模型算法进行分区漏损计量；
S2、利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段，缩小排查范围；
S3、在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位。
通过上述三个步骤的迭代，寻找重点漏损区域，定位泄漏点位置，实现整个管网的泄漏监测和定位。
根据分区计量结果，选取漏损比较严重的区域，进行泄漏管段监测。具体方法是，在分区内选择三通、弯头等关键部位，且该部位有管井，安装噪声记录仪，监测关键节点的管线噪声。漏水噪声频率集中在500-3000Hz，噪声传感器设置的指标应包含这个频率区间，噪声采样率应大于6000Hz，从而捕捉 3000Hz以下的噪声信号，以实现漏水噪声信号频段的全覆盖。
提取采集到的管线噪声数据，选择每天凌晨1点到5点之间的数据，这个时间段噪声干扰最小，不易产生误判。对时间段内的数据分别进行时域叠加和频域能量谱密度叠加。找到监测数据持续超标的设备点位，超标门限根据管网整体数据的情况来界定。
对于监测数据持续超标的设备点位，采集监测点附近的环境噪声。环境噪声监测对象包括周围可以找到振动源的设备、空调等，进行单次采集即可，无需在线监测。而后处理环境噪声，提取环境噪声频段，作为排除对象。将持续超标的监测数据变换到频域，使用带通滤波器过滤掉干扰频段，再将过滤后的数据进行时域叠加和频域能量谱密度叠加，如果仍然持续超标，则可以判定该监测点位附近400米内管段存在泄漏。标记出所有泄漏管段。利用这种方法监测泄漏管段，每隔800米安装一台噪声记录仪即可。
通过本实施例的方法，实现供水管网各个分区内泄漏管段的当前定位。
实施例4
如图1所示，本申请实施例提供一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，包括以下步骤：
S1、将整个供水管网区域进行封闭性分区，利用供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表监测各个分区的流量、压力和用水量指标，再利用计量模型算法进行分区漏损计量；
S2、利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段，缩小排查范围；
S3、在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位。
通过上述三个步骤的迭代，寻找重点漏损区域，定位泄漏点位置，实现整个管网的泄漏监测和定位。
对于所有标记的泄漏管段，如果管段两端存在管井，且距离不超过300米的，加密安装噪声记录仪，即最远每隔300米安装一台噪声记录仪，采用频域滤波和相关计算的方法定位泄漏点；如果不满足加密安装条件，则采用电子听漏仪排查泄漏点。
频域滤波和相关计算的方法的原理是，当管道发生泄漏时，能够产生比普通水声频率高很多的声压波并沿管道传播。通过放置在管道两端(泄漏点包围在中间)的噪声记录仪测量泄漏信号，泄漏声音传播到达两个噪声记录仪的时间不同。利用两列信号的互相关分析，即可确定泄漏噪声到达两个噪声记录仪的时间差。根据该时间差，结合两个噪声记录仪间的距离和声波在该管材中的传播速度，即可计算出泄漏点距两个传感器的距离，如图3所示。通过本实施例，实现了具体泄漏点的定位。
实施例5
如图4所示，本申请实施例还提供一种供水管线漏损监测与泄漏定位系统，包括
安装在供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表、数据中继器；
安装在供水管网各个封闭性分区的噪声记录仪、数据中继器；
安装在供水管网泄漏管段的噪声记录仪、数据中继器；
数据中继器通过4G网络无线连接网关，网关无线连接数据库服务器，数据库服务器连接系统服务器，系统服务器连接多个用户终端和指挥中心大屏。
选择监测区域，根据分区的原则，结合管网实际情况，进行区域划分、闭水试验、设备安装、系统调试，完成分区计量的部署，观察各分区漏损率指标。
选取漏损率较高的区域，在区域内寻找具备设备安装条件的关键点位，安装噪声记录仪，调试好系统，观察每天凌晨噪声数据。对于持续超出阈值的设备，到现场一次性采集环境噪声数据，寻找能够产生干扰的噪声源，采集后确定干扰频段。过滤掉噪声数据中的干扰频段，如果仍然持续超出阈值，可以判定管线存在泄漏，标记所有泄漏管段。
对于所有标记的泄漏管段，如果管段两端存在管井，且距离不超过300米的，加密安装噪声记录仪，采用频域滤波和相关计算的方法定位泄漏点；如果不满足加密安装条件，则采用电子听漏仪排查泄漏点。而后在各个泄漏点的位置开挖，确认并修复泄漏点。
完成以上流程后，重新进入分区漏损计量环节，更换噪声记录仪安装位置，迭代以上过程。各分区漏损率变化曲线会持续递减。如图5所示。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
将整个供水管网区域进行封闭性分区，利用供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表监测各个分区的流量、压力和用水量指标，再利用计量模型算法进行分区漏损计量，所述计量模型算法为：
Figure FDA0003214867150000011
其中，正常夜间用水量有以下两种计算方法任意一种：
算法一：正常夜间用水量(m3/h)＝夜间用水人数比例(典型值6％)×人数×人均用水量(典型值0.6L/h)；
算法二：正常夜间用水量(m3/h)＝夜间用水人数比例(典型值6％)×户数×户均用水量(典型值1.7L/h)；
背景漏失量有以下两种算法任意一种：
算法一：
Figure FDA0003214867150000012
算法二：
Figure FDA0003214867150000013
Figure FDA0003214867150000014
利用安装在供水管网各个分区的噪声记录仪实时采集供水管网内噪声数据，利用频谱过滤和频谱比对方法确定泄漏管段，在噪声记录仪上设置监测漏水噪声频率的监测上下限，将噪声记录仪监测的持续超标的监测数据变换到频域，使用带通滤波器过滤掉干扰频段，再将过滤后的数据进行时域叠加和频域能量谱密度叠加并比对，如果仍然持续超标，则判定该监测点位管段存在泄漏，标记出所有泄漏管段；
在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位。
2.如权利要求1所述的一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，其特征在于，所述将整个供水管网区域进行封闭性分区具体方法为：
首先，通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分割为相对独立的区域；
区域划分好以后，进行闭水试验，分别关闭每个区域边界处的阀门，如区域内水压迅速下降，其他区域水压不受影响，打开阀门后压力恢复正常，证明该分区是封闭的，否则应核实管网实际路由，重新分区；
确认分区的封闭性以后，在每个区域管网的入口和出口安装多功能漏损监测仪，监测分区的出入流量和压力值。
3.如权利要求1所述的一种供水管线漏损监测与泄漏定位方法，其特征在于，所述在泄漏管段两端分别安装噪声记录仪，进一步采集噪声数据实现泄漏点的定位，具体为：
通过放置在泄漏管段两端的噪声记录仪测量泄漏噪声信号，泄漏噪声信号传播到达两个噪声记录仪的时间不同，利用两列信号的互相关分析，即可确定泄漏噪声信号到达两个噪声记录仪的时间差，根据该时间差，结合两个噪声记录仪间的距离和声波在该管段 中的传播速度，即可计算出泄漏点距两个噪声记录仪的距离，定位出泄漏点。
4.一种供水管线漏损监测与泄漏定位系统，用于实现权利要求1～3任意一项所述方法，其特征在于，包括
安装在供水管网前端的多功能漏损监测仪和远传水表、数据中继器；
安装在供水管网各个封闭性分区的噪声记录仪、数据中继器；
安装在供水管网泄漏管段的噪声记录仪、数据中继器；
所述数据中继器通过4G网络无线连接网关，所述网关无线连接数据库服务器，所述数据库服务器连接系统服务器，所述系统服务器连接多个用户终端和指挥中心大屏。
5.如权利要求4所述的一种供水管线漏损监测与泄漏定位系统，其特征在于，所述噪声记录仪采集500-3000Hz区间的噪声，噪声采样率应大于6000Hz。
6.如权利要求4所述的一种供水管线漏损监测与泄漏定位系统，其特征在于，所述安装在供水管网各个封闭性分区的噪声记录仪每隔800米安装一台。
7.如权利要求4所述的一种供水管线漏损监测与泄漏定位系统，其特征在于，所述安装在供水管网泄漏管段的噪声记录仪每隔300米安装一台。
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