CN116576403A - 一种城市供热管网泄漏检测方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种城市供热管网泄漏检测方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及城市供热管网泄漏检测方法、装置、设备及存储介质，属于供热管网领域。本发明包括：每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度；将各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到光纤当前时刻下各处的温度，并发送至终端进行显示，得到光纤当前时刻的平均温度；根据光纤当前时刻下各处的温度和平均温度，得到光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断光纤各处当前时刻的温度是否异常，若当前位置在当前时刻的温度异常，且在当前时刻之前的N个时刻均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏。通过本发明，有助于解决现有技术中供热管道泄漏检测系统监测范围有限，实时性和准确性较差，并且较为依赖人力物力的问题。

Description

一种城市供热管网泄漏检测方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及供热管网技术领域，具体涉及一种城市供热管网泄漏检测方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着我国经济快速稳定发展和乡村城镇化快速推进，城市供暖系统的普及率迅速提高，地下供热管网也越来越密集庞大。城市供热管网的作用是为建筑用户供应热水等热媒管道，属于生命线工程。供热管道常年运行过程中，必然会然面临诸多问题，管道年久失修、管道内壁磨损、管道严重腐蚀、管道超压等种种原因，导致供热管道泄漏事故频繁发生。由于供热管道内是高温高压的热水，如果发生供热管道泄漏故障，而没有及时查看并采取措施，会造成巨大的破坏和经济损失，同时会影响供热质量。因此，当供热管道泄漏故障发生后，如果能够及时监测、识别故障的发生，且能够准确定位故障发生地点，就可以帮助供热管路维护人员及时修复故障，减少损失的进一步发生。
目前供热管道泄漏的监测方法大致分为两类：
一是直接法，通过各种技术手段直接对供热管道进行监测。例如：人工巡检法，是由有经验的管道维修工人人工通过管道周围的现象来判断管道是否存在泄漏，该方法需要耗费大量人力，且效率不高；管内探测法，是将基于图像、超声波等技术的探测器置于管道内外，采集管道内各部位的图像声波信息，通过后期数据处理，对管道是否泄漏进行监测，但是该方法对城市地下管网的结构和管道内外的环境要求较高，不易实现；还有声波法，是通过对供热管道的声波信号的特征值与未发生泄漏时供热管道的声波信号的特征值进行比对分析，判断管道是否产生泄漏，并通过计算声波信号到达管道两端出入口的时间差确定管道的泄漏位置，该方法虽然精度较高但对输送介质比较敏感。
二是间接法，当管道发生泄漏时，运输介质的一系列水力参数会发生改变，根据这些水力参数来判断管道是否发生泄漏。例如：负压波法，是根据负压波到达管道的上下游的时间差来定位泄漏点，但是负压波传播速度较快，对于突发性的泄漏可以进行有效判断，但是并不能准确判断泄漏速度很慢的泄漏点；瞬态分析法，是根据己知的边界条件、管道材质参数以及管道运输介质参数，通过相应方程建立数学模型，通过数学模型预测管道其他位置的各项参数，将预测得到的各项参数与实测值进行比较，从而判断管道是否发生泄漏，但是由于长输管道影响因素很多，很多参数难以确定，该方法缺乏实际应用性，判断结果误差较大，并不准确；质量平恒法是在质量守恒定律下，根据管道进出口流量差值来判断是否发生泄漏，该方法难以精准定位故障发生的位置。
由于上述目前的几种方法均不能及时或不能精准定位供热管道故障点或泄漏点，导致最佳抢修时间的延误，故障影响进一步扩大，给供热管道维修工作带来更大困难。相对于供热管网的快速发展，传统的供热管道监测系统较单一，监测范围有限，实时性和准确性较差，使用和管理不够方便，并且仍较为依赖人力物力，远远还没达到信息化、自动化的水平，已不能适应当今人们的生活需求，很大程度上制约了整个城市的发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种城市供热管网泄漏检测方法、系统、设备及存储介质，以解决现有技术中供热管道泄漏检测系统监测范围有限，实时性和准确性较差，并且较为依赖人力物力的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种城市供热管网泄漏检测方法，所述供热管网外同向平行敷设有光纤，包括：
每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度；
将所述光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到所述光纤当前时刻下各处的温度，并发送至终端进行显示；根据所述光纤当前时刻下各处的温度计算得到所述光纤当前时刻下的平均温度；
根据所述光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值；
根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断所述光纤各处当前时刻的温度是否异常，若当前位置在当前时刻的温度异常，且在当前时刻之前的N个时刻均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，其中N为大于2的自然数。
优选地，所述每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，包括：
在所述预设时长内，根据多个预设回波时长，确定光纤中多个定位点的位置，并计算各定位点距离光纤入口的长度L，其中所述预设回波时长小于所述预设时长；
根据所述各定位点距离光纤入口的长度，计算各定位点的温度T。
优选地，所述计算各定位点距离光纤入口的长度L，包括：
按照如下公式计算各定位点距离光纤入口的长度L：
其中，c为声子速，n为光纤有限折射率，t为预设回波时长。
优选地，所述计算各定位点的温度T，包括：
按照如下公式计算各定位点的温度T：
其中，h为普朗克常数；δv为光纤声子频率，k为玻尔兹曼常数，T0为定标光纤恒温温度，PS、PAS分别是Stokes和Anti-Stokes拉曼散射光的光功率，αS、αAS分别是Stokes、Anti-Stokes拉曼散射光在光纤中单位长度上的损耗系数，L′光纤的长度。
优选地，所述根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断各处当前时刻的温度是否异常，包括：
将所述光纤中当前位置在当前时刻的温度偏离值与预设温度阈值进行比较，若所述温度偏离值大于等于所述预设温度阈值，则判定所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常，否则，判定所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为正常。
优选地，所述方法还包括：
若所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常，并判断该位置之前的N个时刻的温度是否异常；
若该位置之前的N个时刻的温度均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，并在终端显示当前位置，发出供热管网泄漏的提醒；
若该位置之前的N个时刻的温度不存在异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置未发生泄漏；
若该位置之前的N个时刻的温度存在异常，且存在异常的时刻小于N个，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生异常，在终端显示当前位置，并发出异常提醒。
优选地，所述光纤的光纤芯为多模光纤芯，所述光纤芯外包有不锈钢无缝套管，所述不锈钢无缝套管外设置有不锈钢丝绞合加强，所述光纤的最外层为聚乙烯PE防护套。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种城市供热管网泄漏检测装置，包括：
DTS系统，用于获取光纤中各定位点的位置信息和温度，并将各定位点的位置信息和温度打包成JSON格式的数据包，将JSON格式的数据包发送至监测云服务器；
监测云服务器，用于每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，将所述光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到所述光纤当前时刻下各处的温度，并发送至终端进行显示；根据所述光纤当前时刻下各处的温度计算得到所述光纤当前时刻下的平均温度；根据所述光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值；根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断所述光纤各处当前时刻的温度是否异常，若当前位置在当前时刻的温度异常，且在当前时刻之前的N个时刻均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，其中N为大于2的自然数；还用于在判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏时，发出供热管网泄漏的提醒，并发送泄漏显示指令至终端，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生异常时，并发出异常提醒，并发送异常显示指令至终端；
终端，用于图形化显示光纤各处的温度和位置信息，并接收泄漏显示指令，显示发生泄漏的位置，并接收异常显示指令，显示发生异常的位置；
所述监测云服务器包括MQTT服务器，其中所述MQTT服务器与多组DTS系统相连，用于接收多组DTS系统发送的光纤中各定位点的位置信息和温度，并将所述多组DTS系统发送的光纤中各定位点的位置信息和温度作为数据存储在MySQL服务器中；
述监测云服务器还包括Web服务器和WebSocket服务器，用于获取存储在MySQL服务器中的数据，并利用获取的数据对Web后台管理浏览器的功能进行设计，实现远程监测；
所述WebSocket服务器用于实时接收所述Web服务器的数据，并将所述信息传输至所述Web后台管理浏览器，实现全双工实时的信息交互；
所述Web后台管理浏览器用于将从所述WebSocket服务器接收的数据进行解析，并利用Vue前端技术框架与EChart图表可视化插件，将解析后的数据进行动态展示。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种城市供热管网泄漏检测设备，包括：
存储器，其上存储有可执行程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实上述任一项所述方法的步骤。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述任一项所述方法的步骤。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，将光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，可以得到光纤当前时刻下各处的温度，根据光纤当前时刻下各处的温度可以计算得到光纤当前时刻下的平均温度，再根据光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到光纤中各处当前时刻的温度偏离值，然后根据光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断光纤各处当前时刻的温度是否异常，由于光纤同向平行敷设在供热管网外侧，光纤的温度即为供热管网外的温度，若当前位置在当前时刻的温度异常，说明供热管网当前位置对应的位置发生了异常，实现了精准定位，无需人工进行排查，节省了大量人力物力，此时提醒人工进行查看，可以在泄漏刚开始发生时就及时采取措施，对整个供热管网进行监控检测，并且在当前时刻之前的N个时刻均异常时，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，从而可以避免误差的产生，提高泄漏检测的精度，有效解决现有技术中供热管道泄漏检测系统监测范围有限，实时性和准确性较差，并且较为依赖人力物力的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测方法的流程示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统中分布式光纤测温(DTS)系统的技术原理示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测装置的框图示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统总体结构示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统中分布式光纤测温(DTS)系统的结构框图示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统中监测云服务器的结构框图示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
目前，城市地下供热管网越来越密集庞大，由于供热管道内是高温高压的热水，如果发生供热管道泄漏故障，而没有及时查看并采取措施，会造成巨大的破坏和经济损失，同时会影响供热质量。
本发明提供了一种城市供热管网泄漏检测方法，参见图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测方法的流程示意图，所述供热管网外同向平行敷设有传感光纤，该方法包括：
步骤S11，每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度；
步骤S12，将所述光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到所述光纤当前时刻下各处的温度，并发送至终端进行显示；根据所述光纤当前时刻下各处的温度计算得到所述光纤当前时刻下的平均温度；
步骤S13，根据所述光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值；
步骤S14，根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断所述光纤各处当前时刻的温度是否异常，若当前位置在当前时刻的温度异常，且在当前时刻之前的N个时刻均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，其中N为大于2的自然数。
需要说明的是，供热管网的外侧设置有光纤，光纤可以为传感光纤。光纤与供热管道同向平行铺设，可以敷设在供热管道的外侧，光纤的另一端连接有测温主机，测温主机用来测量光纤各处的温度。当供热管道内有供热流体时，供热管道内侧与外侧存在较大的温度差，位于供热管道外侧的光纤的温度接近周围环境温度，远低于供热管道内的流体温度，并且光纤每一处的温度信息也可以反映供热管道外沿线每一处的温度信息。当供热管道的某一处发生泄漏故障时，供热管道该处的供热流体流出，该处供热管道外侧的周围温度会显著升高，光纤在该泄漏处附近的温度也会明显升高，可以通过同向平行铺设的光纤温度是否明显升高来判断供热管道的泄漏是否发生。
具体的，通过分布式光纤测温系统(DTS系统)实时监测光纤中各定位点的位置信息和温度，并通过通信模块将光纤中各定位点的位置信息和温度传送至监测云服务器，每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，其中光纤中各定位点的位置信息为该定位点在光纤中的位置，可以用该定位点至光纤入口的长度L表示；光纤定位点的温度为该定位点的温度，可以用来表示供热管道外的温度。
需要说明的是，其中预设时长可以根据需要进行设置，也可以根据分布式光纤测温(DTS)系统中测温主机的脉冲周期进行设置。
具体的，将光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到当前时刻(或者一个脉冲周期)光纤各处随距离L变化的温度信号T1(L)，从而得到光纤当前时刻下各处的温度，即供热管道外侧各处当前时刻下的温度，并将各处当前时刻下的温度和位置信息发送至终端进行显示。根据光纤当前时刻下各处的温度，计算得到光纤当前时刻下的平均温度根据同样步骤，得到每一个时刻光纤各处随距离L变化的温度信号T(L)，以及该时刻下的平均温度/>
将光纤当前时刻下各处的温度分别与平均温度求差值，计算得到光纤中各处当前时刻的温度偏离值δT1，其中，光纤中某点处当前时刻的温度偏离值
根据光纤中各处当前时刻的温度偏离值，对光纤各处当前时刻的温度进行判断，判断光纤中当前时刻各处的温度是否异常。若当前位置在当前时刻的温度正常，则当前时刻当前位置的供热管道并未发生泄漏，云监测系统集训进行监测。若当前位置在当前时刻的温度异常，则当前位置可能可能发生了泄漏，需要对当前位置之前的时刻进行判断；在当前时刻之前的N个时刻，该当前位置的温度都是异常的，则判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，且这N个时刻都处在泄漏中，云监测系统会发出泄露警告，并将泄漏警告指令发送至终端，以及时提醒通知管理人员进行现场勘查，确认是否发生了供热管道泄漏。其中N为大于2的自然数，可以根据供热管道的实际情况进行设定。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，将光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，可以得到光纤当前时刻下各处的温度，根据光纤当前时刻下各处的温度可以计算得到光纤当前时刻下的平均温度，再根据光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到光纤中各处当前时刻的温度偏离值，然后根据光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断光纤各处当前时刻的温度是否异常，由于光纤同向平行敷设在供热管网外侧，光纤的温度即为供热管网外的温度，若当前位置在当前时刻的温度异常，说明供热管网当前位置对应的位置发生了异常，实现了精准定位，无需人工进行排查，节省了大量人力物力，此时提醒人工进行查看，可以在泄漏刚开始发生时就及时采取措施，对整个供热管网进行监控检测，并且在当前时刻之前的N个时刻均异常时，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，从而可以避免误差的产生，提高泄漏检测的精度，有效解决现有技术中供热管道泄漏检测系统监测范围有限，实时性和准确性较差，并且较为依赖人力物力的问题。
优选地，步骤S11中，所述每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，包括：
S111，在所述预设时长内，根据多个预设回波时长，确定光纤中多个定位点的位置，并计算各定位点距离光纤入口的长度L，其中所述预设回波时长小于所述预设时长；
S112，根据所述各定位点距离光纤入口的长度，计算各定位点的温度T。
需要说明的是，DTS系统还包括测温主机，测温主机包括依次连接的同步信号发生模块、脉冲计数器、光源控制模块、脉冲光源、双向耦合器、波分复用器、光电转换模块、模数转换模块、DSP数据采集处理模块。脉冲计数器和DSP数据采集处理模块均与4G通信模块相连，光源控制模块和DSP数据采集处理模块均与同步信号发生模块相连。光纤的一端与供热管道同向平行铺设，另一端与DTS系统中测温主机的双向耦合器连接。
具体的，DTS系统依据传感光纤的光时域反射OTDR原理和背向拉曼Raman散射效应，接收到光纤中不同点反馈的信号，预设不同的回波时间，一个回波时间反馈到的信号为一个定位点反馈的信号。先利用OTDR光时域反射原理，得到光纤中多个定位点的位置信息，再通过各定位点的位置信息，计算各定位点距离光纤入口的长度L，其中光纤入口即为激光脉冲注入的位置，之后根据拉曼散射效应进行温度测量，从而得到各定位点的温度。
参见图2，图2是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统中分布式光纤测温(DTS)系统的技术原理示意图，其中，OTDR技术是一种用于检验光纤损耗的特性及光纤故障的技术，同时也是一种分布式光纤监测系统定位分析的基础技术。光纤由于本身烙接、弯曲等其他因素增大了光纤损耗，从发出光源，在高功率激光脉冲送入光纤后，光纤上不同位置的拉曼散射信号返回探测器的回波时间是不同的，光纤的一端与通过测量不同的回波时间即可确定不同拉曼散射信号所对应的光纤不同的位置，根据不同的回波时间，可以确定不同定位点距离光纤入口的长度L。其中回波时长可以根据实际需求进行设定，也可以根据测量精度进行设置，由于一个预设时长内需要获得多个定位点，所以预设时长远远大于预设回波时长。
光纤中非结晶材料在微观空间中的颗粒状结构的不均匀，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生多种微弱的背向散射，包括瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等。拉曼散射效应是指当激光脉冲在光纤中传播时，由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生能级跃迁，产生两个波长分量，分别为波长大于入射光的分量反斯托克斯Anti-Stokes光，其受温度影响明显；波长小于入射光的分量斯托克斯Stokes光，其对温度不敏感。光纤中的Anti-Stokes光强受外界温度调制，根据光纤中的Anti-Stokes光强，通过光功率比值法进行解调，得到光纤的温度分布情况。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过高功率激光脉冲送入光纤，然后将返回的拉曼散射信号和散射光强随时间的变化探测下来，结合高速信号采集与数据处理技术，可准确、快速地获得整根光纤上任一点的温度信息。
优选地，所述步骤S111中，所述计算各定位点距离光纤入口的长度L，包括：
按照如下公式计算各定位点距离光纤入口的长度L：
其中，c为声子速，n为光纤有限折射率，t为预设回波时长。
具体的，在预设回波时长t时间内光纤内部介质产生的背向拉曼散射光返回注入端，设置多个预设回波时长，确定光纤中多个定位点距离光纤入口的距离，其中每两个预设回波时长之间的间隔可以根据需求进行设置。
需要说明的是，为了保证光纤中各处的温度的精确度，需要通过设置不同的预设回波时长，选取足够多定位点，测量足够多定位点的温度，利用足够多定位点的温度进行拟合，才能得到精确度较高的光纤中各处的温度。
经过多次实验验证，对于回波时长的设置，要保证每两个定位点之间的距离不大于定位精度ΔL，ΔL按照如下公式进行计算：
其中：τ为脉冲激光器的脉冲宽度。
可以理解的是，根据上述原理便可在拟合得出光纤在所敷设管道各处的温度随距离和时间的变化趋势。
优选地，其中步骤S112中，所述所述计算各定位点的温度T，包括：
按照如下公式计算各定位点的温度T：
其中，h为普朗克常数；δv为光纤声子频率，k为玻尔兹曼常数，T0为定标光纤恒温温度，PS、PAS分别是Stokes和Anti-Stokes拉曼散射光的光功率，αS、αAS分别是Stokes、Anti-Stokes拉曼散射光在光纤中单位长度上的损耗系数，L′光纤的长度。
具体的，测温光纤中的Anti-Stokes光强受外界温度调制，经过光电转换器和信号采集，模拟信号转换成数字信号后对信号进行预处理，根据反斯托克斯和斯托克斯光的损耗系数，通过光功率比值法解调出光纤所敷设管道线路的温度分布情况，解调可得温度T。
优选地，所述步骤S14中，所述根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断各处当前时刻的温度是否异常，包括：
将所述光纤中当前位置在当前时刻的温度偏离值与预设温度阈值进行比较，若所述温度偏离值大于等于所述预设温度阈值，则判定所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常，否则，判定所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为正常。
具体的，云监测服务器中预设有温度阈值，将光纤中当前位置在当前时刻的温度偏离值与预设温度阈值进行比较，当温度偏离值大于等于预设温度阈值时，判定光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常，当温度偏离值小于预设温度阈值时，判定光纤中当前位置在当前时刻的温度为正常。通过上述同样方法，可以确定光纤中各处在每一个时刻的温度是否异常。当光纤中的某一点在某一时刻的温度发生异常时，表示光纤中该点对应的供热管道中的相应位置有可能发生泄漏，云监测服务器发送温度异常指令至终端，终端显示发生温度异常的位置和温度异常提醒，以及时提醒管理人员进行查看或者采取相应措施。
需要说明的是，预设温度阈值可以根据实际情况进行设定，本发明对此并不做具体限定。
优选地，所述方法还包括：
若所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常，并判断该位置之前的N个时刻的温度是否异常；
若该位置之前的N个时刻的温度均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，并在终端显示当前位置，发出供热管网泄漏的提醒；
若该位置之前的N个时刻的温度不存在异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置未发生泄漏；
若该位置之前的N个时刻的温度存在异常，且存在异常的时刻小于N个，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生异常，在终端显示当前位置，并发出异常提醒。
具体的，当光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常时，需要对该位置之前的N个时刻的温度进行判断，判断该位置之前的N个时刻的温度是否异常；其中N可以根据实际情况进行设置。
判断该位置之前的N个时刻的温度是否异常时，若该位置之前的N个时刻的温度均异常，则可以确定当前位置对应的供热管网的相应位置已经发生泄漏，云监测服务器继续进行温度监测。若该位置之前的N个时刻的温度不存在异常，则认为当前位置对应的供热管网的相应位置未发生泄漏，可能温度测量时出现了误差，云监测服务器继续进行温度监测。若该位置之前的N个时刻的温度存在异常，但是存在异常的时刻数量小于N，则认为当前位置对应的供热管网的相应位置发生了异常，存在发生泄漏的可能，云监测服务器继续进行温度监测。如此可以确定，整个供热管网是否发生泄露，以及发生泄漏时泄漏点的位置。发生泄漏时云监测服务器及时发出供热管网泄漏的提醒，并将供热管网发生泄漏的提醒指令发送至终端，在终端显示发生泄漏的警示及泄漏点的位置。可能发生泄漏时云监测服务器也会及时发出供热管网异常的提醒，并将供热管网可能发生泄漏的提醒指令发送至终端，在终端显示可能发生泄漏的警示及泄漏点的位置，供管理人员及时采取措施。
优选地，所述光纤的光纤芯为多模光纤芯，所述光纤芯外包有不锈钢无缝套管，所述不锈钢无缝套管外设置有不锈钢丝绞合加强，所述光纤的最外层为聚乙烯PE防护套。
具体的，传感光纤采用满足国际标准的多模光纤芯，传感光纤安装在不锈钢无缝套管内，不锈钢无缝套管外面采用不锈钢丝进行绞合加强，最外层采用聚乙烯PE护套防护。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，将光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，可以得到光纤当前时刻下各处的温度，根据光纤当前时刻下各处的温度可以计算得到光纤当前时刻下的平均温度，再根据光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到光纤中各处当前时刻的温度偏离值，然后根据光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断光纤各处当前时刻的温度是否异常，由于光纤与供热管网同向平行铺设，光纤的温度即为供热管网外的温度，若当前位置在当前时刻的温度异常，说明供热管网当前位置对应的位置发生了异常，实现了精准定位，无需人工进行排查，节省了大量人力物力，此时提醒人工进行查看，可以在泄漏刚开始发生时就及时采取措施，对整个供热管网进行监控检测，并且在当前时刻之前的N个时刻均异常时，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，从而可以避免误差的产生，提高泄漏检测的精度，有效解决现有技术中供热管道泄漏检测系统监测范围有限，实时性和准确性较差，并且较为依赖人力物力的问题。
参见图3，图3是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测装置的框图示意图，包括：
DTS系统31，用于获取光纤中各定位点的位置信息和温度，并将各定位点的位置信息和温度打包成JSON格式的数据包，将JSON格式的数据包发送至监测云服务器；
监测云服务器32，用于每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，将所述光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到所述光纤当前时刻下各处的温度，并发送至终端进行显示；根据所述光纤当前时刻下各处的温度计算得到所述光纤当前时刻下的平均温度；根据所述光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值；根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断所述光纤各处当前时刻的温度是否异常，若当前位置在当前时刻的温度异常，且在当前时刻之前的N个时刻均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，其中N为大于2的自然数；还用于在判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏时，发出供热管网泄漏的提醒，并发送泄漏显示指令至终端，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生异常时，并发出异常提醒，并发送异常显示指令至终端。
终端33，用于图形化显示光纤各处的温度和位置信息，并接收泄漏显示指令，显示发生泄漏的位置，并接收异常显示指令，显示发生异常的位置。
所述监测云服务器包括MQTT服务器，其中所述MQTT服务器与多组DTS系统相连，用于接收多组DTS系统发送的光纤中各定位点的位置信息和温度，并将所述多组DTS系统发送的光纤中各定位点的位置信息和温度作为数据存储在MySQL服务器中；
述监测云服务器还包括Web服务器和WebSocket服务器，用于获取存储在MySQL服务器中的数据，并利用获取的数据对Web后台管理浏览器的功能进行设计，实现远程监测；
所述WebSocket服务器用于实时接收所述Web服务器的数据，并将所述信息传输至所述Web后台管理浏览器，实现全双工实时的信息交互；
所述Web后台管理浏览器用于将从所述WebSocket服务器接收的数据进行解析，并利用Vue前端技术框架与EChart图表可视化插件，将解析后的数据进行动态展示。
需要说明的是，参见图4，图4是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统总体结构示意图，DTS系统为DTS光纤分布式测温系统，可由多台DTS系统进行组网，用于实现对整个城市供热管网的分区管理；DTS系统将采集到的温度和位置信号通过4G通信模块发送到通信基站，把数据上传至监测云服务器。
具体的，参见图5，图5是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统中分布式光纤测温(DTS)系统的结构框图示意图，DTS系统包括测温主机，测温主机包括依次连接的同步信号发生模块、脉冲计数器、光源控制模块、脉冲光源、双向耦合器、波分复用器、光电转换模块、模数转换模块、DSP数据采集处理模块，脉冲计数器和DSP数据采集处理模块均与4G通信模块相连，光源控制模块和DSP数据采集处理模块均与同步信号发生模块相连；传感光纤一端与供热管道同向平行铺设，另一端与测温主机中的双向耦合器连接。
测温主机中的同步信号发生模块驱动脉冲计数器开始计数，可以以此来设定获取光纤中各定位点的位置信息和温度的预设时长；同时驱动光源控制模块发射一窄脉宽激光脉冲，脉冲光源经双向耦合器后沿光纤向前传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生背向拉曼散射，产生温度不敏感的斯托克斯光和温度敏感的反斯托克斯光，两者的波长不一样，在光纤每一处发生散射后返回到双向耦合器；光信号经波分复用器分离后进入光电转换模块转换成电信号；电信号再经模数转换模块后从模拟信号转换为数字信号；同时，同步信号发生模块驱动DSP数据采集处理模块采集数字信号并进行解调；最后，由脉冲计数器驱动4G通信模块将解调预处理之后的数据发送至监测云服务器。
并且，测温主机是将光纤温度数据打包成JSON格式的数据包，上传至监测云服务器，此时监测云服务器中MQTT服务器接收到来自测温主机的数据，其中测温主机与MQTT服务器之间数据流通信采用MQTT通信协议。
监测云服务器对整个城市供热管网，即各分区管线的DTS系统的数据进行管理处理；监测云服务器将接收到的温度和位置信息等数据进行处理后，在显示终端、上位机管理终端、移动管理终端输出整个城市供热管网各分区管道工艺、温度数据、泄漏地点、报警信息，并实现图形化显示；管理人员通过上位机管理终端和移动管理终端对城市供热管网监测系统数据和设置进行操作管理。
参见图6，图6是根据一示例性实施例示出的一种城市供热管网泄漏检测系统中监测云服务器的结构框图示意图，其中，监测云服务器包括MQTT服务器、Web服务器、MySQL服务器、WebSocket服务器和Web后台管理浏览器，Web服务器分别与MQTT服务器、MySQL服务器、WebSocket服务器连接，WebSocket服务器与Web后台管理浏览器连接。
终端有显示终端，还有PC上位机作为上位机管理终端，移动设备作为移动管理终端。
MQTT服务器作为整个管道泄漏监测系统平台的核心，也是作为一个消息代理，即收到的某个主题信息后，将该信息推送给订阅了该主题的客户端；MQTT服务器作为消息代理，它与多组DTS分布式光纤测温子系统相连，接收测温系统发布的消息，并同时将其存至MySQL数据库中。
Web服务器是作为订阅MQTT服务器的一个客户端，收到推送的某个主题消息后，将信息传输给WebSocket服务器的同时，将信息存储至MySQL数据库中；Web服务器在整个网络结构中有“承上启下”的功能，既接收订阅MQTT服务器上主题推送的消息，并同时将数据进行存储至MySQL服务器，又与WebSocket服务器处于实时交互信息状态，将信息发送给WebSocket服务器；即与MQTT服务器进行MQTT协议通信，又与WebSocket服务器进行WebSocket连接通信。
WebSocket服务器是作为Web后台管理浏览器和消息代理的一个信息媒介，由于WebSocket协议具有实时全双工的通信特点，当Web服务器收到订阅的主题消息后，WebSocket服务器实时接收Web服务器收到的信息，并将信息传输至Web后台管理浏览器；WebSocket服务器在与Web服务器和Web后台管理浏览器相连接时，都是通过WebSocket连接方式进行全双工实时的信息交互；当Web后台管理浏览器将服务器传输的数据进行解析后，利用Vue前端技术框架与EChart图表可视化插件在浏览器上实现数据的动态显示。
Web后台管理浏览器则作为实现人机交互的管理终端，与WebSocket服务器相连后，实时接收到Web服务器所接收的信息，进行数据解析后以各种形式动态展示在页面上，便于用户能够直观地对供热管道的运行状态进行监控；同时，在用户终端的开发过程中，也可直接调用Web后台管理浏览器中处理后的数据进行显示。
监测云服务器的Web端管理界面内容根据所需的业务功能进行设计，采用VUE前端框架进行网页开发，设计出供热管道泄漏监测系统的平台界面，其中有多个功能菜单，主要包括：供热管网概貌分布，以实际卫星地图为背景，结合供热管道施工时的铺设图设计，精准显示供热管道的地理位置，等比例缩放供热管道的长度，展现整个城市供热管网的全线概貌；管网线路管理，可对城市供热管网各管线进行分区管理，可单独查看管理管网内某一管线的详细状态和数据；动态实时显示各管线温度数据、高温点位置，一旦发生泄漏，可第一时间进行高温点自动定位以辅助查漏，缩短抢修时间，保障生产安全；历史数据趋势，读取数据库中历史数据，实现各分区管线历史趋势查询，实现最大值、最小值、平均值、偏离值的查询等统计及曲线打印等功能；报警信息记录，如有发生泄漏的故障，提供泄漏点的温度、所处管线地理位置及发生时间等参数并自动记录，在各用户终端及时报警；系统设置维护，由操作员登录系统，系统根据管理员的设定操作员权限等级授权操作范围，提供系统登录注销、相关参数设置等功能。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，由于通过上述实施例提及的每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，将光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，可以得到光纤当前时刻下各处的温度，根据光纤当前时刻下各处的温度可以计算得到光纤当前时刻下的平均温度，再根据光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到光纤中各处当前时刻的温度偏离值，然后根据光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断光纤各处当前时刻的温度是否异常，由于光纤与供热管网同向平行铺设，光纤的温度即为供热管网外的温度，若当前位置在当前时刻的温度异常，说明供热管网当前位置对应的位置发生了异常，实现了精准定位，无需人工进行排查，节省了大量人力物力，此时提醒人工进行查看，可以在泄漏刚开始发生时就及时采取措施，对整个供热管网进行监控检测，并且在当前时刻之前的N个时刻均异常时，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，从而可以避免误差的产生，提高泄漏检测的精度，有效解决现有技术中供热管道泄漏检测系统监测范围有限，实时性和准确性较差，并且较为依赖人力物力的问题。
本发明还提供了一种城市供热管网泄漏检测设备，包括：
存储器，其上存储有可执行程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现上述任一项所述方法的步骤。
此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述任一项所述方法的步骤。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)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种城市供热管网泄漏检测方法，其特征在于，所述供热管网外同向平行敷设有光纤，所述方法包括：
每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度；
将所述光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到所述光纤当前时刻下各处的温度，并发送至终端进行显示；根据所述光纤当前时刻下各处的温度计算得到所述光纤当前时刻下的平均温度；
根据所述光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值；
根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断所述光纤各处当前时刻的温度是否异常，若当前位置在当前时刻的温度异常，且在当前时刻之前的N个时刻均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，其中N为大于2的自然数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，包括：
在所述预设时长内，根据多个预设回波时长，确定光纤中多个定位点的位置，并计算各定位点距离光纤入口的长度L，其中所述预设回波时长小于所述预设时长；
根据所述各定位点距离光纤入口的长度，计算各定位点的温度T。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算各定位点距离光纤入口的长度L，包括：
按照如下公式计算各定位点距离光纤入口的长度L：
其中，c为声子速，n为光纤有限折射率，t为预设回波时长。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算各定位点的温度T，包括：
按照如下公式计算各定位点的温度T：
其中，h为普朗克常数；δv为光纤声子频率，k为玻尔兹曼常数，T0为定标光纤恒温温度，PS、PAS分别是Stokes和Anti-Stokes拉曼散射光的光功率，αS、αAs分别是Stokes、Anti-Stokes拉曼散射光在光纤中单位长度上的损耗系数，L′光纤的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断各处当前时刻的温度是否异常，包括：
将所述光纤中当前位置在当前时刻的温度偏离值与预设温度阈值进行比较，若所述温度偏离值大于等于所述预设温度阈值，则判定所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常，否则，判定所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为正常。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述光纤中当前位置在当前时刻的温度为异常，并判断该位置之前的N个时刻的温度是否异常；
若该位置之前的N个时刻的温度均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，并在终端显示当前位置，发出供热管网泄漏的提醒；
若该位置之前的N个时刻的温度不存在异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置未发生泄漏；
若该位置之前的N个时刻的温度存在异常，且存在异常的时刻小于N个，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生异常，在终端显示当前位置，并发出异常提醒。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤的光纤芯为多模光纤芯，所述光纤芯外包有不锈钢无缝套管，所述不锈钢无缝套管外设置有不锈钢丝绞合加强，所述光纤的最外层为聚乙烯PE防护套。
8.一种城市供热管网泄漏检测装置，其特征在于，包括：
DTS系统，用于获取光纤中各定位点的位置信息和温度，并将各定位点的位置信息和温度打包成JSON格式的数据包，将JSON格式的数据包发送至监测云服务器；
监测云服务器，用于每隔预设时长获取光纤中各定位点的位置信息和温度，将所述光纤中各定位点的位置和当前时刻下的温度进行拟合，得到所述光纤当前时刻下各处的温度，并发送至终端进行显示；根据所述光纤当前时刻下各处的温度计算得到所述光纤当前时刻下的平均温度；根据所述光纤当前时刻下各处的温度和所述平均温度，计算得到所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值；根据所述光纤中各处当前时刻的温度偏离值，判断所述光纤各处当前时刻的温度是否异常，若当前位置在当前时刻的温度异常，且在当前时刻之前的N个时刻均异常，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏，其中N为大于2的自然数；还用于在判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生泄漏时，发出供热管网泄漏的提醒，并发送泄漏显示指令至终端，判定当前位置对应的供热管网的相应位置发生异常时，并发出异常提醒，并发送异常显示指令至终端；
终端，用于图形化显示光纤各处的温度和位置信息，并接收泄漏显示指令，显示发生泄漏的位置，并接收异常显示指令，显示发生异常的位置；
所述监测云服务器包括MQTT服务器，其中所述MQTT服务器与多组DTS系统相连，用于接收多组DTS系统发送的光纤中各定位点的位置信息和温度，并将所述多组DTS系统发送的光纤中各定位点的位置信息和温度作为数据存储在MySQL服务器中；
述监测云服务器还包括Web服务器和WebSocket服务器，用于获取存储在MySQL服务器中的数据，并利用获取的数据对Web后台管理浏览器的功能进行设计，实现远程监测；
所述WebSocket服务器用于实时接收所述Web服务器的数据，并将所述信息传输至所述Web后台管理浏览器，实现全双工实时的信息交互；
所述Web后台管理浏览器用于将从所述WebSocket服务器接收的数据进行解析，并利用Vue前端技术框架与EChart图表可视化插件，将解析后的数据进行动态展示。
9.一种城市供热管网泄漏检测设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有可执行程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现权利要求1～7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
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