CN112393127A - 一种城市供水管网漏损管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及供水管网管控技术领域，具体为一种城市供水管网漏损管控系统。一种城市供水管网漏损管控系包括供水管网划分模块，供水管网数据获取模块，一级管控模块，二级管控模块，三级管控模块和四级管控模块。本申请的城市供水管网漏损管控系统能够对全市的管网组进行分组多级管控，极大地提高了城市供水管网的管控效率和管控效果，且能够避免遗漏掉某些处于特殊位置不好管控的供水管；本申请对同一管网组进行了漏损风险和漏损情况双重检测，可减少供水管已出现漏损但未检测出来的情况，提高了漏损检测效果；通过本申请的城市供水管网漏损管控系统能够快速找到管网组的具体地理位置，有效提高了管网组真实位置查找的效率。
Description
技术领域
本发明涉及供水管网管控技术领域，具体为一种城市供水管网漏损管控系统。
背景技术
供水管网是城市生命线工程的主要组成部分，承担着维系城市正常运转和经济功能的作用，供水管网漏损不仅会导致管网自身的经济损失，更为严重的是会导致城市区域功能的丧失，给城市企业生产和居民生活带来严重的困难。如何对城市供水管网的漏损情况进行有效管控是减少供水管网爆管事故及减少净水资源浪费的重大难题。
现有技术中，申请号为CN201910815361.4的发明专利公开了一种基于空间计量模型的供水管网区域漏失预测方法，首先从管道性状、环境因素和运行因素三个方面选取了7个可能影响供水管网漏损的相关指标，然后分别依据地理位置及漏损率定义两种空间权重矩阵，并基于不同的空间权重矩阵，进行空间自相关性分析及空间面板模型的建立，最后综合统计检验指标及信息准则指标确定较优空间面板模型，可以实现对城市供水管网区域级漏损的重要性排序。
申请号为CN202011008240.8的发明专利公开了一种供水管网爆管风险预测方法及系统，方法包括：利用主成分分析法，对所述爆管因素集内影响供水管网安全的因素进行主成分分析，确定指标因素集；采用层次分析法，确定所述指标因素集内各所述指标对应的指标权重；建立爆管风险预测模型；确定爆管风险预测模型参数；通过已确定参数的所述爆管风险预测模型计算各管段爆管率以及在未来时间段内区域总爆管次数。该发明能够在尽量保证数据信息不丢失的情况下，解决现有预测方法对供水管网爆管影响因素考虑不全且未考虑各因素之间存在相关性的问题，提高了预测区域供水管网爆管风险的准确性，进而能够合理避免因供水管网爆管而带来的危险。
现有技术能够对供水管网的漏损进行预测，对供水管网漏损管控具有一定的帮助，但是效果不明显，其在如何对供水管网的漏损点进行高效准确预测或检测、如何在检测到漏损点后对漏损点位置进行精确查找、如何在检测到漏损点后进入下一步管道维修操作，以及如何对整个城市的供水管网进行全方位高效管控等问题上都没有提出解决方案，使得现有的供水管网漏损管控方式的管控效率低下、管控效果不佳。
因此，需要对现有的供水管网漏损管控方式进行改进。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种管控效率高、管控效果好的城市供水管网漏损管控系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种城市供水管网漏损管控系统，包括
供水管网划分模块，用于将供水管网划分成若干管网组；
供水管网数据获取模块，包括与所述管网组一一对应设置的管网组数据管控单元，所述管网组数据管控单元用于获取对应管网组的管道数据；
一级管控模块，包括若干一级服务器和一个一级控制端；一所述一级服务器连接同一住户单元的全部所述管网组数据管控单元；所述一级控制端通过所述一级服务器利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用所述管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用所述管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；
二级管控模块，包括若干二级服务器和一个二级控制端；一所述二级服务器连接同一社区的全部所述一级服务器以及同一社区内未与所述一级服务器连接的其他管网组数据管控单元；所述二级控制端通过所述二级服务器汇总所述一级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；
三级管控模块，包括若干三级服务器和一个三级控制端，一所述三级服务器连接同一市辖区的全部所述二级服务器以及同一市辖区内未与所述二级服务器连接的其他管网组数据管控单元；所述三级控制端通过所述三级服务器汇总所述二级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；
四级管控模块，包括一个四级服务器和一个四级控制端，所述四级服务器连接市内的全部所述三级服务器以及市内未与所述三级服务器连接的其他管网组数据管控单元；所述四级控制端通过所述四级服务器汇总所述三级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；所述四级服务器还用于将全部具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息进行汇总以形成供水管漏损统计表。
本申请的城市供水管网漏损管控系统能够对全市的管网组进行分组多级管控，极大地提高了城市供水管网的管控效率和管控效果，且能够避免遗漏掉某些处于特殊位置不好管控的供水管；另外，对同一管网组进行了漏损风险和漏损情况双重检测，可减少供水管已出现漏损但未检测出来的情况，提高了漏损检测效果。
作为优选，所述供水管网划分模块将一中心节点、与所述中心节点直接连通的子节点，以及与所述中心节点或子节点直接连接的水管划分为一个管网组，相邻两所述管网组之间的相邻两所述子节点之间共用一所述水管。
作为优选，每一所述管网组的中心节点上设有地标信息，同时所述地标信息存储在对应的所述管网组数据管控单元中，所述一级控制端、二级控制端、三级控制端、四级控制端均能够根据所述地标信息并利用地理信息系统GIS和全球定位系统GPS获取相应的管网组位置信息。
作为优选，所述一级管控模块还包括一级维修任务分配单元，将一级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的一级管道维护小队；
所述二级管控模块还包括二级维修任务分配单元，将二级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的二级管道维护小队；
所述三级管控模块还包括三级维修任务分配单元，将三级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的三级管道维护小队；
所述四级管控模块还包括四级维修任务分配单元，将四级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的四级管道维护小队。
作为优选，所述一级管道维护小队配设有与所述一级维修任务分配单元通讯连接的一级维修任务接收核销器；所述二级管道维护小队配设有与所述二级维修任务分配单元通讯连接的二级维修任务接收核销器；所述三级管道维护小队配设有与所述三级维修任务分配单元通讯连接的三级维修任务接收核销器；所述四级管道维护小队配设有与所述四级维修任务分配单元通讯连接的四级维修任务接收核销器。
作为优选，所述一级管控模块还包括与所述一级维修任务接收核销器通讯连接的一级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单上传给二级服务器；
所述二级管控模块还包括与所述二级维修任务接收核销器通讯连接的二级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单结合所述二级服务器接收的管网组名单一同上传给三级服务器；
所述三级管控模块还包括与所述三级维修任务接收核销器通讯连接的三级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单结合所述三级服务器接收的管网组名单一同上传给三级服务器；
所述四级管控模块还包括与所述四级维修任务接收核销器通讯连接的四级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单汇总所述四级服务器接收的管网组名单形成供水管漏损维修完成统计表。
作为优选，所述四级控制端通过所述供水管漏损维修完成统计表实时更新所述供水管漏损统计表。
作为优选，所述供水管网漏损预测子系统包括
爆管因素集构建模块，用于通过所述管道数据构建爆管因素集；
指标因素集构建模块，用于利用主成分分析法，对所述爆管因素集内影响供水管网安全的因素进行主成分分析，确定指标因素集；
指标权重确定模块，用于采用层次分析法，确定所述指标因素集内各所述指标对应的指标权重，指标权重最高的指标作为最重要的指标；
爆管风险预测模型构建模块，用于根据所述最重要的指标建立爆管率基准函数，将剩余的指标作为风险因素，根据风险因素建立爆管风险相关条件强度函数，基于生存分析理论并根据所述爆管率基准函数和所述爆管风险相关条件强度函数建立爆管风险预测模型；
参数确定模块，用于确定爆管风险预测模型参数；
预测模块，用于通过已确定参数的所述爆管风险预测模型计算管网组的各管段爆管率以及在未来时间段内管网组的总爆管次数。
作为优选，所述管道数据至少包括漏损声信号数据、供水管内流量数据、供水管内压力数据、管材数据和管径数据；所述漏损声信号数据通过安装在对应所述管网组上的漏损声信号检测器获取；
所述漏损声信号检测器包括
底座，顶部设有压电陶瓷片容置槽和限位罩插槽，底部设有电路板容置槽；
压电陶瓷片，包括上下叠放在一起的第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，所述第一压电陶瓷片部分凸出于所述压电陶瓷片容置槽；
限位套，设于所述压电陶瓷片容置槽内部，所述限位套的外周侧与所述压电陶瓷片容置槽的槽壁接触连接、内周侧与所述压电陶瓷片的外周壁接触连接；
质量块，设于所述第一压电陶瓷片顶部；
限位罩，套设在所述质量块外部，且其底部边缘与所述限位罩插槽插接；
弹性体，设于所述限位罩内部且位于所述质量块与所述底座之间；
紧固螺钉，用于将所述底座与所述限位罩连接固定，所述底座沿径向设有紧固螺钉安装孔，所述限位罩设有紧固螺钉穿孔；
电路板，设于所述电路板容置槽中并与所述压电陶瓷片连接；
外壳，与所述底座连接且顶部设有电源容置槽；
电源，设于所述电源容置槽中且与所述压电陶瓷片、电路板连接；
天线，设于所述外壳顶部；
安装架，包括与水管外壁直径配合的磁吸体，与所述磁吸体顶部连接的安装杆，与所述安装杆顶部连接的插接套，所述插接套的内壁沿轴向设有限位槽；所述外壳设有与所述插接套装配连接的插接头，所述插接头的外壁设有与所述限位槽配合连接的限位凸起，所述插接头的内壁设有与限位螺钉拆卸式连接的螺纹连接孔，所述插接头向所述外壳内部延伸设置，所述限位螺钉的螺钉头的直径大于所述插接套的内周直径。
作为优选，所述供水管网漏损检测子系统包括
卷积层，用于接收漏损声信号数据；
最大池化层，用于将所述卷积层的输出划分为m个子区域，提取每个所述子区域的最大值组成输出，m为正整数；
长短时神经网络层，用于对所述最大池化层的输出进行非线性数据处理；
第一全连接层，用于接收所述供水管内流量数据、供水管内压力数据、管材数据和管径数据；
融合层，用于接收所述长短时神经网络层和所述第一全连接层的输出；
第二全连接层，用于接收所述融合层的输出；
支持向量机分类器，用于接收所述第二全连接层的输出，对供水管网漏损事件进行分类识别，输出分类向量Y1；
逻辑回归分类器，用于接收所述第二全连接层的输出，对供水管网漏损事件进行分类识别，输出分类向量Y2；
异构双分类器，用于通过分类向量Y1和分类向量Y2计算得到漏损识别结果Y。
有益效果
本申请的城市供水管网漏损管控系统能够对全市的管网组进行分组多级管控，极大地提高了城市供水管网的管控效率和管控效果，且能够避免遗漏掉某些处于特殊位置不好管控的供水管；
本申请对同一管网组进行了漏损风险和漏损情况双重检测，可减少供水管已出现漏损但未检测出来的情况，提高了漏损检测效果；
通过本申请的城市供水管网漏损管控系统能够快速找到管网组的具体地理位置，有效提高了管网组真实位置查找的效率；
本申请管道维护小队收到具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息后，能够马上赶往管网组现场以对相应的供水管进行维护抢修操作，一方面能够减少供水管网爆管事故以及减少净水资源浪费，有效降低了国家社会的损失，另一方面能够提高整个供水管网漏损管控系统的管控效率和管控效果；
通过本申请结构的漏损声信号检测器能够准确有效地采集漏损声信号，从而使供水管网漏损预测子系统/供水管网漏损检测子系统对管网组的漏损风险预测/检测越准确，进而使本申请的供水管网漏损管控系统的管控效率更高和管控效果更好。
附图说明
图1为本申请城市供水管网漏损管控系统中管网组的划分示意图；
图2为本申请漏损声信号检测器的结构示意图；
图3为本申请漏损声信号检测器安装架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种城市供水管网漏损管控系统，包括供水管网划分模块，供水管网数据获取模块，一级管控模块，二级管控模块，三级管控模块和四级管控模块。
供水管网划分模块用于将全市的供水管网划分成若干管网组。如图1所示，本申请先将全市的管网组按市辖区分组（一些不便于某一市辖区直接管理的管网组设为与市辖区分类组同等级管理），然后将市辖区内的管网组按社区分组（一些不便于某一社区直接管理的管网组设为与社区分类组同等级管理），接着将社区内的管网组按住户单元分组（一些不便于某一住户单元直接管理的管网组设为与住户单元分类组同等级管理），最后同一住户单元内为一个个的管网组个体。本申请将全市的管网组按市辖区、社区以及住户单元进行分类，便于管网组的管理，能够提高整个城市供水管网的管控效率。
供水管网数据获取模块包括与所述管网组一一对应设置的管网组数据管控单元，所述管网组数据管控单元用于获取对应管网组的管道数据。管道数据如漏损声信号数据、供水管内流量数据、供水管内压力数据等可以通过安装在水管上的漏损声信号检测传感器、流量传感器、压力传感器直接检测获得，且检测得到的数据直接发送给相应的管网组数据管控单元。管道数据如管材数据、管径数据等可以通过供水管网数据获取模块内的数据管控端直接输入至相应的管网组数据管控单元中，数据管控端还可以对管网组数据管控单元内的数据进行修改。
一级管控模块包括若干一级服务器和一个一级控制端。一所述一级服务器连接同一住户单元的全部所述管网组数据管控单元。所述一级控制端通过所述一级服务器利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用所述管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用所述管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况。一个一级服务器只对相应的住户单元内的管网组进行供水管漏损预测或检测，一方面提高了管网组的预测/检测效率，另一方面当该一级服务器预测/检测到管网组漏损信息时，可直接将出现漏损情况的管网组定位至相应的住户单元，提高了管网组的定位效率。
二级管控模块包括若干二级服务器和一个二级控制端。一所述二级服务器连接同一社区的全部所述一级服务器以及同一社区内未与所述一级服务器连接的其他管网组数据管控单元。所述二级控制端通过所述二级服务器汇总所述一级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况。一个二级服务器只需对相应的社区内且未与一级服务器连接的管网组进行供水管漏损预测或检测，一方面能够对相应社区内的管网组进行全面性的供水管漏损预测或检测，另一方面提高了管网组的预测/检测效率，再者能够直接将出现漏损情况的管网组定位至相应的社区，提高了管网组的定位效率。
三级管控模块包括若干三级服务器和一个三级控制端，一所述三级服务器连接同一市辖区的全部所述二级服务器以及同一市辖区内未与所述二级服务器连接的其他管网组数据管控单元。所述三级控制端通过所述三级服务器汇总所述二级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况。一个三级服务器只需对相应的市辖区内且未与二级服务器连接的管网组进行供水管漏损预测或检测，一方面能够对相应市辖区内的管网组进行全面性的供水管漏损预测或检测，另一方面提高了管网组的预测/检测效率，再者能够直接将出现漏损情况的管网组定位至相应的市辖区，提高了管网组的定位效率。
四级管控模块包括一个四级服务器和一个四级控制端，所述四级服务器连接市内的全部所述三级服务器以及市内未与所述三级服务器连接的其他管网组数据管控单元。所述四级控制端通过所述四级服务器汇总所述三级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况。一个四级服务器只需对市区内且未与三级服务器连接的管网组进行供水管漏损预测或检测，一方面能够对市区内的管网组进行全面性的供水管漏损预测或检测，另一方面提高了管网组的预测/检测效率。所述四级服务器还用于将全部具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息进行汇总以形成供水管漏损统计表，通过供水管漏损统计表能够方便相关工作人员对整个城市供水管的漏损情况进行了解，进而有利于对整个城市供水管进行管控。
本申请的城市供水管网漏损管控系统能够对全市的管网组进行分组多级管控，避免遗漏掉某些处于特殊位置不好管控的供水管，极大地提高了城市供水管网的管控效率和管控效果；且对同一管网组进行了漏损风险和漏损情况双重检测，可减少供水管已出现漏损但未检测出来的情况，提高了漏损检测效果。
所述供水管网划分模块将一中心节点、与所述中心节点直接连通的子节点，以及与所述中心节点或子节点直接连接的水管划分为一个管网组，相邻两所述管网组之间的相邻两所述子节点之间共用一所述水管。该组成结构的管网组水管数量和节点数量都最为合适，一方面能够提高供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统对单个管网组的预测/检测效率，另一方面能够提高供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统对单个管网组的预测/检测效果。
每一所述管网组的中心节点上设有地标信息，同时所述地标信息存储在对应的所述管网组数据管控单元中，所述一级控制端、二级控制端、三级控制端、四级控制端均能够根据所述地标信息并利用地理信息系统GIS和全球定位系统GPS获取相应的管网组位置信息。当一级服务器检测到具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息时，一级控制端会调取对应管网组的管网组数据管控单元中的地标信息，然后通过地理信息系统GIS和全球定位系统GPS获取地标信息（即管网组）的位置信息，定位范围在20米的范围内，定位精度非常高，便于工作人员在后续维修时找到管网组的实际位置。当二级服务器、三级服务器、四级服务器检测到具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息时，二级控制端、三级控制端、四级控制端会同理获取管网组的位置信息，即便管网组不在某住户单元或某社区或某市辖区内，通过本申请的城市供水管网漏损管控系统也能快速找到管网组的具体地理位置，有效提高了管网组真实位置查找的效率。
所述一级管控模块还包括一级维修任务分配单元，将一级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的一级管道维护小队。所述二级管控模块还包括二级维修任务分配单元，将二级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的二级管道维护小队。所述三级管控模块还包括三级维修任务分配单元，将三级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的三级管道维护小队。所述四级管控模块还包括四级维修任务分配单元，将四级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的四级管道维护小队。
一级管道维护小队、二级管道维护小队、三级管道维护小队、四级管道维护小队收到具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息后，能够马上赶往管网组现场以对相应的供水管进行维护抢修操作。一方面能够减少供水管网爆管事故以及减少净水资源浪费，有效降低了国家社会的损失；另一方面能够提高整个供水管网漏损管控系统的管控效率和管控效果。
所述一级管道维护小队配设有与所述一级维修任务分配单元通讯连接的一级维修任务接收核销器。所述二级管道维护小队配设有与所述二级维修任务分配单元通讯连接的二级维修任务接收核销器。所述三级管道维护小队配设有与所述三级维修任务分配单元通讯连接的三级维修任务接收核销器。所述四级管道维护小队配设有与所述四级维修任务分配单元通讯连接的四级维修任务接收核销器。
一级管道维护小队通过一级维修任务接收核销器接收供水管维修任务，当一级管道维护小队收到供水管维修任务并即将对维修任务进行处理时，可按下一级维修任务接收核销器的任务接收按钮，一级维修任务接收核销器会给一级维修任务分配单元发送反馈信息。当一级管道维护小队长时间不按下任务接收按钮或一级维修任务分配单元长时间（具体时间可根据实际需求设置）没有收到反馈信息时，一级维修任务分配单元会重新给一级维修任务接收核销器发送任务分配信息。二级维修任务接收核销器、三级维修任务接收核销器、四级维修任务接收核销器的工作原理与一级维修任务接收核销器的工作原理相同。
所述一级管控模块还包括与所述一级维修任务接收核销器通讯连接的一级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单上传给二级服务器。所述二级管控模块还包括与所述二级维修任务接收核销器通讯连接的二级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单结合所述二级服务器接收的管网组名单一同上传给三级服务器。所述三级管控模块还包括与所述三级维修任务接收核销器通讯连接的三级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单结合所述三级服务器接收的管网组名单一同上传给三级服务器。所述四级管控模块还包括与所述四级维修任务接收核销器通讯连接的四级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单汇总所述四级服务器接收的管网组名单形成供水管漏损维修完成统计表。
当一级管道维护小队完成一级维修任务分配单元分配的管网组维护任务后，可按下一级维修任务接收核销器的任务核销按钮，一级维修任务接收核销器给一级维修任务核消单元发送任务核销信息，一级维修任务核消单元形成已经维修完成的管网组名单并以一定的频率发送给对应的二级服务器；同理，二级维修任务核消单元形成已经维修完成的管网组名单并整合所述二级服务器接收的管网组名单以一定的频率发送给对应的三级服务器；同理，三级维修任务核消单元形成已经维修完成的管网组名单并整合所述三级服务器接收的管网组名单以一定的频率发送给对应的四级服务器；同理，四级维修任务核消单元形成已经维修完成的管网组名单并整合所述四级服务器接收的管网组名单以形成最终的供水管漏损维修完成统计表。所述四级控制端通过所述供水管漏损维修完成统计表能够实时更新所述供水管漏损统计表以将供水管漏损统计表中已经维护完成的管网组数据剔除，从而方便相关人员了解整个城市供水管网漏损的具体情况，进而能够对整个城市供水管网的漏损情况进行有效管控。
本申请的供水管网漏损预测子系统可以采用现有技术，具体可以包括爆管因素集构建模块，指标因素集构建模块，指标权重确定模块，爆管风险预测模型构建模块，爆管风险预测模型构建模块，参数确定模块和预测模块。
爆管因素集构建模块用于通过所述管道数据构建爆管因素集。所述爆管因素集可以包括供水管网基本属性数据、供水管网运行数据、周边环境及设施数据和管网爆管次数。所述供水管网基本属性数据包括：埋深、管径、管材和管龄；所述供水管网运行数据包括：管网运行压力；所述周边环境及设施数据包括：温差、道路等级、土壤腐蚀指标、PH值、氧化还原点位、排水条件、所在区域、管道标识、预防措施和公共教育。
指标因素集构建模块用于利用主成分分析法对所述爆管因素集内影响供水管网安全的因素进行主成分分析，从而确定指标因素集。指标权重确定模块用于采用层次分析法确定所述指标因素集内各所述指标对应的指标权重，指标权重最高的指标作为最重要的指标。爆管风险预测模型构建模块用于根据所述最重要的指标建立爆管率基准函数，将剩余的指标作为风险因素，根据风险因素建立爆管风险相关条件强度函数，基于生存分析理论并根据所述爆管率基准函数和所述爆管风险相关条件强度函数建立爆管风险预测模型。参数确定模块用于确定爆管风险预测模型参数。预测模块用于通过已确定参数的所述爆管风险预测模型计算管网组的各管段爆管率以及在未来时间段内管网组的总爆管次数。
该供水管网漏损预测子系统能够在尽量保证数据信息不丢失的情况下，解决现有预测方法对供水管网爆管影响因素考虑不全且未考虑各因素之间存在相关性的问题，提高了管网组爆管风险预测的准确性，从而能够间接提高本申请供水管网漏损管控系统的管控效率和管控效果。
本申请的管道数据至少包括漏损声信号数据、供水管内流量数据、供水管内压力数据、管材数据和管径数据。所述漏损声信号数据通过安装在对应所述管网组上的漏损声信号检测器获取，漏损声信号检测器获取的漏损声信号越准确，供水管网漏损预测子系统/供水管网漏损检测子系统对管网组的漏损风险预测/检测就越准确，本申请供水管网漏损管控系统就能够对全市的供水管网进行更有效地管控。
本申请采用的漏损声信号检测器如图2和图3所示，具体包括底座1，压电陶瓷片，限位套3，质量块4，限位罩5，弹性体6，紧固螺钉7，电路板8，外壳9，电源10，天线11和安装架。
底座1的顶部设有压电陶瓷片容置槽和限位罩插槽，底部设有电路板容置槽。压电陶瓷片包括上下叠放在一起的第一压电陶瓷片2-1和第二压电陶瓷片2-2，所述第一压电陶瓷片2-1部分凸出于所述压电陶瓷片容置槽。
限位套3设于所述压电陶瓷片容置槽内部，所述限位套3的外周侧与所述压电陶瓷片容置槽的槽壁接触连接、内周侧与所述压电陶瓷片的外周壁接触连接。安装时，压电陶瓷片可先放入限位套3中然后将限位套3连同压电陶瓷片一起放入压电陶瓷片容置槽中；拆卸时，可通过第一压电陶瓷片2-1将限位套3连同第二压电陶瓷片2-2一起拔起（否则，第二压电陶瓷片2-2很难从压电陶瓷片容置槽中取出），限位套3的设置有利于压电陶瓷片的拆装。另外，限位套3的设置可对压电陶瓷片进行径向限位，使其只受到轴向的作用力，使压电陶瓷片产生电荷的效果更好，从而提高整个漏损声信号检测器的漏损声信号检测效果。
质量块4设于所述第一压电陶瓷片2-1顶部。限位罩5套设在所述质量块4外部，且其底部边缘与所述限位罩插槽插接。
弹性体6设于所述限位罩5内部且位于所述质量块4与所述底座1之间。弹性体6可以是弹簧，通过弹性体6支撑整个质量块4使得质量块4轻轻地压设在压电陶瓷片顶部。正常情况下，质量块4稳定地设置在压电陶瓷片顶部；当出现振动时，质量块4会在振动方向具有一个惯性力并作用在电陶瓷片上，压电陶瓷片受惯性力后会产生电荷，惯性力越大（即管道噪声振动越大），压电陶瓷片产生的电荷就越大，压电陶瓷片可将管道的振动信号转换成电荷信号。限位罩5的设置使得质量块4只能沿压电陶瓷片的轴向做运动（即只能在压电陶瓷片的轴向产生惯性力），进一步提高了压电陶瓷片的电荷产生效果，从而再次提高了整个漏损声信号检测器的漏损声信号检测效果。
紧固螺钉7用于将所述底座1与所述限位罩5连接固定，所述底座1沿径向设有紧固螺钉安装孔，所述限位罩5设有紧固螺钉穿孔。限位罩5通过紧固螺钉7与底座1连接后就不会出现因振动而与底座1发生松动的现象，进而保证了质量块4的安装效果。
电路板8设于所述电路板容置槽中并与所述压电陶瓷片连接，电路板8用于将压电陶瓷片产生的电荷进行处理并转换成电压信号。
外壳9与所述底座1连接且顶部设有电源容置槽。电源10设于所述电源容置槽中且与所述压电陶瓷片、电路板8连接，用于给压电陶瓷片、电路板8进行供电。天线11设于所述外壳9顶部，天线11的设置有利于将漏损声信号检测器采集的漏损声信号更好地发送给相应的管网组数据管控单元。
安装架包括与水管外壁直径配合的磁吸体12-1，与所述磁吸体12-1顶部连接的安装杆12-2，与所述安装杆12-2顶部连接的插接套12-3，所述插接套12-3的内壁沿轴向设有限位槽。所述外壳9设有与所述插接套12-3装配连接的插接头9-1，所述插接头9-1的外壁设有与所述限位槽配合连接的限位凸起，所述插接头9-1的内壁设有与限位螺钉拆卸式连接的螺纹连接孔，所述插接头9-1向所述外壳9内部延伸设置，所述限位螺钉的螺钉头的直径大于所述插接套12-3的内周直径。
安装时，先将安装架的插接套12-3套设在外壳9的插接头9-1上，然后通过限位螺钉将插接套12-3与插接头9-1（即安装架与外壳9）连接固定，最后将安装架的磁吸体12-1放置在供水管道上以将漏损声信号检测器与管道安装固定，此时，底座1正好与管道接触。通过该结构的安装架来安装漏损声信号检测器，一方面使漏损声信号检测器的安装效果更好，不会因受长期振动而与管道脱离，同时也提高了漏损声信号检测器的信号采集效果；另一方面安装架与外壳9拆卸式连接，根据供水管道尺寸的不同，可选用具有对应尺寸的磁吸体12-1的安装架与外壳9连接，即漏损声信号检测器与不同直径的管道安装时只需要选用合适尺寸的安装架即可，使得漏损声信号检测器利用率高、适用性广。
通过本申请结构的漏损声信号检测器能够准确有效地采集漏损声信号，从而使供水管网漏损预测子系统/供水管网漏损检测子系统对管网组的漏损风险预测/检测越准确，进而使本申请的供水管网漏损管控系统的管控效率更高和管控效果更好。
本申请的供水管网漏损检测子系统可以采用现有技术，具体可以包括卷积层，最大池化层，长短时神经网络层，第一全连接层，融合层，第二全连接层，支持向量机分类器，逻辑回归分类器和异构双分类器。
卷积层用于接收漏损声信号数据。最大池化层用于将所述卷积层的输出划分为m个子区域，提取每个所述子区域的最大值组成输出，m为正整数。长短时神经网络层用于对所述最大池化层的输出进行非线性数据处理。第一全连接层用于接收所述供水管内流量数据、供水管内压力数据、管材数据和管径数据。融合层用于接收所述长短时神经网络层和所述第一全连接层的输出。第二全连接层用于接收所述融合层的输出。支持向量机分类器用于接收所述第二全连接层的输出，对供水管网漏损事件进行分类识别，输出分类向量Y1。逻辑回归分类器用于接收所述第二全连接层的输出，对供水管网漏损事件进行分类识别，输出分类向量Y2。异构双分类器用于通过分类向量Y1和分类向量Y2计算得到漏损识别结果Y。
该供水管网漏损检测子系统将深度神经网络与异构双分类器结合，克服了单一分类器识别精度低的问题，有效提高了在实际过程中管道漏损检测的效果，尤其是在周围复杂环境干扰下的识别，且能够识别出微小漏损事件。本申请供水管网漏损管控系统使用该供水管网漏损检测子系统能够间接提高本申请供水管网漏损管控系统的管控效率和管控效果。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：包括
供水管网划分模块，用于将供水管网划分成若干管网组；
供水管网数据获取模块，包括与所述管网组一一对应设置的管网组数据管控单元，所述管网组数据管控单元用于获取对应管网组的管道数据；
一级管控模块，包括若干一级服务器和一个一级控制端；一所述一级服务器连接同一住户单元的全部所述管网组数据管控单元；所述一级控制端通过所述一级服务器利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用所述管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用所述管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；
二级管控模块，包括若干二级服务器和一个二级控制端；一所述二级服务器连接同一社区的全部所述一级服务器以及同一社区内未与所述一级服务器连接的其他管网组数据管控单元；所述二级控制端通过所述二级服务器汇总所述一级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；
三级管控模块，包括若干三级服务器和一个三级控制端，一所述三级服务器连接同一市辖区的全部所述二级服务器以及同一市辖区内未与所述二级服务器连接的其他管网组数据管控单元；所述三级控制端通过所述三级服务器汇总所述二级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；
四级管控模块，包括一个四级服务器和一个四级控制端，所述四级服务器连接市内的全部所述三级服务器以及市内未与所述三级服务器连接的其他管网组数据管控单元；所述四级控制端通过所述四级服务器汇总所述三级服务器上报的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息，并且利用供水管网漏损预测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以预测对应所述管网组的漏损风险、利用供水管网漏损检测子系统依次轮流调用其他管网组数据管控单元内部的管道数据以检测对应所述管网组的漏损情况；所述四级服务器还用于将全部具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息进行汇总以形成供水管漏损统计表。
2.根据权利要求1所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述供水管网划分模块将一中心节点、与所述中心节点直接连通的子节点，以及与所述中心节点或子节点直接连接的水管划分为一个管网组，相邻两所述管网组之间的相邻两所述子节点之间共用一所述水管。
3.根据权利要求2所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：每一所述管网组的中心节点上设有地标信息，同时所述地标信息存储在对应的所述管网组数据管控单元中，所述一级控制端、二级控制端、三级控制端、四级控制端均能够根据所述地标信息并利用地理信息系统GIS和全球定位系统GPS获取相应的管网组位置信息。
4.根据权利要求3所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述一级管控模块还包括一级维修任务分配单元，将一级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的一级管道维护小队；
所述二级管控模块还包括二级维修任务分配单元，将二级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的二级管道维护小队；
所述三级管控模块还包括三级维修任务分配单元，将三级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的三级管道维护小队；
所述四级管控模块还包括四级维修任务分配单元，将四级服务器通过供水管网漏损预测子系统及供水管网漏损检测子系统获取的具有漏损风险和/或出现漏损情况的管网组信息及相应的管网组位置信息打包发送给相应的四级管道维护小队。
5.根据权利要求4所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述一级管道维护小队配设有与所述一级维修任务分配单元通讯连接的一级维修任务接收核销器；所述二级管道维护小队配设有与所述二级维修任务分配单元通讯连接的二级维修任务接收核销器；所述三级管道维护小队配设有与所述三级维修任务分配单元通讯连接的三级维修任务接收核销器；所述四级管道维护小队配设有与所述四级维修任务分配单元通讯连接的四级维修任务接收核销器。
6.根据权利要求5所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述一级管控模块还包括与所述一级维修任务接收核销器通讯连接的一级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单上传给二级服务器；
所述二级管控模块还包括与所述二级维修任务接收核销器通讯连接的二级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单结合所述二级服务器接收的管网组名单一同上传给三级服务器；
所述三级管控模块还包括与所述三级维修任务接收核销器通讯连接的三级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单结合所述三级服务器接收的管网组名单一同上传给三级服务器；
所述四级管控模块还包括与所述四级维修任务接收核销器通讯连接的四级维修任务核消单元，用于记录已经维修完成的管网组名单，并将所述管网组名单汇总所述四级服务器接收的管网组名单形成供水管漏损维修完成统计表。
7.根据权利要求6所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述四级控制端通过所述供水管漏损维修完成统计表实时更新所述供水管漏损统计表。
8.根据权利要求1所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述供水管网漏损预测子系统包括
爆管因素集构建模块，用于通过所述管道数据构建爆管因素集；
指标因素集构建模块，用于利用主成分分析法，对所述爆管因素集内影响供水管网安全的因素进行主成分分析，确定指标因素集；
指标权重确定模块，用于采用层次分析法，确定所述指标因素集内各所述指标对应的指标权重，指标权重最高的指标作为最重要的指标；
爆管风险预测模型构建模块，用于根据所述最重要的指标建立爆管率基准函数，将剩余的指标作为风险因素，根据风险因素建立爆管风险相关条件强度函数，基于生存分析理论并根据所述爆管率基准函数和所述爆管风险相关条件强度函数建立爆管风险预测模型；
参数确定模块，用于确定爆管风险预测模型参数；
预测模块，用于通过已确定参数的所述爆管风险预测模型计算管网组的各管段爆管率以及在未来时间段内管网组的总爆管次数。
9.根据权利要求1所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述管道数据至少包括漏损声信号数据、供水管内流量数据、供水管内压力数据、管材数据和管径数据；所述漏损声信号数据通过安装在对应所述管网组上的漏损声信号检测器获取；
所述漏损声信号检测器包括
底座（1），顶部设有压电陶瓷片容置槽和限位罩插槽，底部设有电路板容置槽；
压电陶瓷片，包括上下叠放在一起的第一压电陶瓷片（2-1）和第二压电陶瓷片（2-2），所述第一压电陶瓷片（2-1）部分凸出于所述压电陶瓷片容置槽；
限位套（3），设于所述压电陶瓷片容置槽内部，所述限位套（3）的外周侧与所述压电陶瓷片容置槽的槽壁接触连接、内周侧与所述压电陶瓷片的外周壁接触连接；
质量块（4），设于所述第一压电陶瓷片（2-1）顶部；
限位罩（5），套设在所述质量块（4）外部，且其底部边缘与所述限位罩插槽插接；
弹性体（6），设于所述限位罩（5）内部且位于所述质量块（4）与所述底座（1）之间；
紧固螺钉（7），用于将所述底座（1）与所述限位罩（5）连接固定，所述底座（1）沿径向设有紧固螺钉安装孔，所述限位罩（5）设有紧固螺钉穿孔；
电路板（8），设于所述电路板容置槽中并与所述压电陶瓷片连接；
外壳（9），与所述底座（1）连接且顶部设有电源容置槽；
电源（10），设于所述电源容置槽中且与所述压电陶瓷片、电路板（8）连接；
天线（11），设于所述外壳（9）顶部；
安装架，包括与水管外壁直径配合的磁吸体（12-1），与所述磁吸体（12-1）顶部连接的安装杆（12-2），与所述安装杆（12-2）顶部连接的插接套（12-3），所述插接套（12-3）的内壁沿轴向设有限位槽；所述外壳（9）设有与所述插接套（12-3）装配连接的插接头（9-1），所述插接头（9-1）的外壁设有与所述限位槽配合连接的限位凸起，所述插接头（9-1）的内壁设有与限位螺钉拆卸式连接的螺纹连接孔，所述插接头（9-1）向所述外壳（9）内部延伸设置，所述限位螺钉的螺钉头的直径大于所述插接套（12-3）的内周直径。
10.根据权利要求1或9所述的一种城市供水管网漏损管控系统，其特征在于：所述供水管网漏损检测子系统包括
卷积层，用于接收漏损声信号数据；
最大池化层，用于将所述卷积层的输出划分为m个子区域，提取每个所述子区域的最大值组成输出，m为正整数；
长短时神经网络层，用于对所述最大池化层的输出进行非线性数据处理；
第一全连接层，用于接收所述供水管内流量数据、供水管内压力数据、管材数据和管径数据；
融合层，用于接收所述长短时神经网络层和所述第一全连接层的输出；
第二全连接层，用于接收所述融合层的输出；
支持向量机分类器，用于接收所述第二全连接层的输出，对供水管网漏损事件进行分类识别，输出分类向量Y1；
逻辑回归分类器，用于接收所述第二全连接层的输出，对供水管网漏损事件进行分类识别，输出分类向量Y2；
异构双分类器，用于通过分类向量Y1和分类向量Y2计算得到漏损识别结果Y。
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