本發(fā)明涉及管道泄漏檢測方法及系統(tǒng)，尤其是一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
管道運輸，如天然氣輸送、液體(如污水、石油等)輸送等，在國民經(jīng)濟建設(shè)、特別是城市建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。管道運輸需要依賴輸送管道形成的管網(wǎng)系統(tǒng)。由于長期服役、腐蝕老化和人為破壞等原因，所述管網(wǎng)系統(tǒng)的異常事故時有發(fā)生。在管道泄漏監(jiān)測中，聲波法和負(fù)壓波法是兩種最常用的技術(shù)。但是在管網(wǎng)泄漏監(jiān)測中，由于管道分支多、分支管段短，難以避免的會產(chǎn)生泄漏信號在管道間串行傳遞的現(xiàn)象，且由于現(xiàn)有的泄漏定位技術(shù)又存在一定的定位誤差，導(dǎo)致泄漏管段定位困難甚至發(fā)生多報、誤報警等問題，因而難以有效地實現(xiàn)管網(wǎng)的泄漏監(jiān)測和定位功能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于此，有必要針對傳統(tǒng)的方案不能有效地實現(xiàn)管網(wǎng)的泄漏監(jiān)測和定位功能的技術(shù)問題，提供一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法及系統(tǒng)。
一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法，所述管網(wǎng)包括多個分支節(jié)點和與所述分支節(jié)點相連的管段，每個所述管段兩端分別設(shè)置一個所述分支節(jié)點，臨近所述每個分支節(jié)點的各個所述分支管段上對應(yīng)安裝泄漏監(jiān)測儀表，其特征在于，所述管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法包括以下步驟：
獲取各個所述泄漏監(jiān)測儀表輸出的泄漏監(jiān)測信號；
根據(jù)所述泄漏監(jiān)測信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息；
根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息；
根據(jù)所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏管段的位置信息，確定泄漏信號到達所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的兩端節(jié)點之間的時間差，以定位所述管網(wǎng)發(fā)生泄漏的位置。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，包括：
獲取每個臨近所述分支節(jié)點的分支管段上的泄漏監(jiān)測儀表感測的壓力信號或聲波信號；
當(dāng)每個臨近所述分支節(jié)點的分支管段上的泄漏監(jiān)測儀表輸出的壓力信號或聲波信號中都檢測出異常信號時，則判斷對應(yīng)的所述分支節(jié)點檢測到異常信號；
讀取所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息，包括：
根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，獲取與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段位置信息；
確定與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段兩端的兩個分支節(jié)點的異常壓力信號或異常聲波信號傳播方向；
當(dāng)所述管段兩端的兩個分支節(jié)點的異常壓力信號或異常聲波信號傳播方向相反時，則判斷所述管段為發(fā)生泄漏管段；
讀取所述發(fā)生泄漏管段的位置信息。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，包括：
根據(jù)管網(wǎng)情況對每個所述泄漏監(jiān)測儀表配置虛擬采樣通道，建立節(jié)點異常信號判別矩陣a，所述節(jié)點異常信號判別矩陣a用n×(d+1)階矩陣a＝(ai,j)表示；
其中，n為監(jiān)測管網(wǎng)中的節(jié)點個數(shù)，d為管網(wǎng)節(jié)點中最大分支數(shù)；
矩陣a中，行號i對應(yīng)分支節(jié)點的序號，其中ai,1～ai,d表示管網(wǎng)中節(jié)點i配置的虛擬采樣通道序號為ai,1～ai,d，ai,1～ai,d取值范圍為[0,n*d)中的任意數(shù)；
當(dāng)ai,j＝0(2<j≤d)時，表示該管網(wǎng)中分支節(jié)點i沒有第j分支管段，沒有配置虛擬采樣通道；
ai,(d+1)是分支節(jié)點i的異常信號標(biāo)志位，若與分支節(jié)點i相關(guān)聯(lián)的所有虛擬采樣通道都檢測到異常信號，則認(rèn)為所述分支節(jié)點i檢測到異常信號；
在對應(yīng)分支節(jié)點每次實施異常信號診斷之前，異常信號標(biāo)志位都會被初始化為0；若所述分支節(jié)點檢測到異常信號，則ai,(d+1)＝1，否則仍保持其初始化值0不變。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息，包括：
根據(jù)管網(wǎng)情況對每個所述泄漏監(jiān)測儀表配置虛擬采樣通道，建立管網(wǎng)管段相關(guān)的節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b，所述節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b用(2*m)×(3*d+1)階矩陣b＝(bi,j)表示；
其中，管網(wǎng)中共有m條分支管段，d為分支節(jié)點最大分支數(shù)，2*m為行數(shù)，(3*d+1)為列數(shù)；
節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b中：
第一列bi,1為管段序號；
第二列bi,2為第一列bi,1所述管段對應(yīng)的一個節(jié)點序號，由于每條管段對應(yīng)兩個分支節(jié)點，因此連續(xù)兩行對應(yīng)同一管段；
第三列bi,3為所述分支節(jié)點相鄰管段對應(yīng)安裝的泄漏監(jiān)測儀表個數(shù)，所述泄漏監(jiān)測儀表用于監(jiān)測每個所述分支節(jié)點相連管段的壓力信號或聲波信號；
其后的bi,4～bi,(2d+1)為用于判斷異常信號傳播方向的虛擬采樣通道序號，每個分支節(jié)點共需bi,3-1個“虛擬采樣通道對”用于異常信號傳播方向判斷；
其后的bi,(2*d+2)～bi,(3*d)對應(yīng)存儲的是由該(bi,3-1)個“虛擬采樣通道對”對應(yīng)信號計算得出的異常信號傳播方向判別結(jié)果；bi,(2d+2)～bi,(3*d)在每次異常信號傳播方向判別前，其值均會被初始化為0；當(dāng)由相應(yīng)虛擬采樣通道的“虛擬采樣通道對”得出異常信號傳播方向是由管段中間傳播進入節(jié)點方向時，即流入節(jié)點方向時，定義異常信號傳播方向為-1；反之，如果得出該異常信號傳播方向是由節(jié)點流向管段中間時，即流出節(jié)點方向時，則異常信號傳播方向為+1；對于bi,4～bi,(2d+1)中不對應(yīng)實際信號虛擬采樣通道的列位置，相應(yīng)值為0，對應(yīng)邊界節(jié)點或管段分支數(shù)小于d的中間節(jié)點，其相應(yīng)的異常信號傳播方向判斷結(jié)果賦值為0；
bi,(3*d+1)列中存儲所有異常信號方向判別結(jié)果值的累加和；對于邊界節(jié)點或管段分支數(shù)小于d的中間節(jié)點，其方向判別結(jié)果累加和值bi,(3*d+1)需要乘上一個系數(shù)值：(d-1)/(bi,3-1)。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息，確定泄漏信號到達所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段兩端節(jié)點的時間差，以定位所述管網(wǎng)發(fā)生異常的位置，包括：
在所述節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b中，按照管段序號(bi,1)進行索引，若同一管段序號所關(guān)聯(lián)的兩個節(jié)點，其方向判別結(jié)果的累加和值bi,(3*d+1)均為“-(d-1)”，則管段序號bi,1發(fā)生泄漏，應(yīng)用延時相關(guān)計算方法計算出該bi,1管段所對應(yīng)的兩個信號虛擬采樣通道序號為bi,4和b(i+1),4所對應(yīng)的泄漏聲波信號的時間差，應(yīng)用公式
其中，l為bi,1管段長度，t1、t2為泄漏信號傳播到上、下游節(jié)點的時間，v為在管輸介質(zhì)中信號的傳播速度，x為泄漏點距離bi,1管段上游起始點的距離。
一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)，所述管網(wǎng)包括多個分支節(jié)點和與所述分支節(jié)點相連的管段，每個所述管段兩端分別設(shè)置一個所述分支節(jié)點，臨近所述每個分支節(jié)點的各個所述分支管段上對應(yīng)安裝泄漏監(jiān)測儀表，所述管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)包括：
監(jiān)測壓力信號或聲波信號的泄漏監(jiān)測儀表，用于獲取多個所述分支節(jié)點臨近管段上的壓力信號或聲波信號；
泄漏監(jiān)測設(shè)備，用于實時同步采集所述各個分支節(jié)點相鄰管段上安裝的所述各個泄漏監(jiān)測儀表的輸出信號。每個分支節(jié)點附近對應(yīng)安裝一套所述泄漏監(jiān)測設(shè)備，所述泄漏監(jiān)測設(shè)備通過gps授時，實現(xiàn)對管網(wǎng)內(nèi)所有所述泄漏監(jiān)測儀表輸出信號的實時同步采樣。所述泄漏監(jiān)測設(shè)備通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)把采集數(shù)據(jù)傳輸給泄漏監(jiān)測中心。
異常分支節(jié)點判斷單元，用于根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息；
泄漏管段判斷單元，用于根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息；
泄漏點定位單元，用于根據(jù)所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息確定泄漏信號傳播到達所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段相鄰兩個分支節(jié)點的時間差，定位所述管網(wǎng)發(fā)生泄漏的位置。
在一個實施例中，所述異常分支節(jié)點判斷單元，只有當(dāng)所述分支節(jié)點相鄰管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表的輸出信號中都檢測出異常信號時，則判斷對應(yīng)的所述分支節(jié)點檢測到異常信號；
所述異常分支節(jié)點判斷單元，還用于在判斷出檢測到異常信號的分支節(jié)點后，讀取所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息。
在一個實施例中，所述泄漏管段判斷單元，還用于：
根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，獲取與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段位置信息；
確定與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段兩端的兩個分支節(jié)點的異常壓力信號或聲波信號傳播方向；
當(dāng)所述管段兩端的所述兩個分支節(jié)點的異常壓力信號或聲波信號傳播方向相反時，則判斷與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段為泄漏發(fā)生管段。
在一個實施例中，所述泄漏監(jiān)測儀表為壓力變送器或聲波變送器或其它泄漏監(jiān)測儀表。
本發(fā)明提供了一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法以及系統(tǒng)。所述方法需要實時采集壓力信號或聲波信號。根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定泄漏管段的位置信息。通過異常信號傳播通過分支節(jié)點臨近的各管段上安裝的傳感器的先后順序關(guān)系，實現(xiàn)異常信號傳播方向的判別，進而實現(xiàn)泄漏管段及漏孔的準(zhǔn)確定位，即實現(xiàn)所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏位置的定位。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例提供的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡圖及泄漏管段示例圖；
圖2為本發(fā)明的一個實施例提供的管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法的流程圖；
圖3為本發(fā)明的一個實施例提供的管網(wǎng)中各泄漏監(jiān)測儀表采集到的聲波信號圖；
圖4為本發(fā)明的一個實施例提供的管網(wǎng)中部分泄漏監(jiān)測儀表采集到的異常聲波信號圖；
圖5為本發(fā)明的一個實施例提供的管網(wǎng)中分支節(jié)點n2的臨近管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表檢測到的三路異常聲波信號先后順序關(guān)系示意圖；
圖6為本發(fā)明的一個實施例提供的管網(wǎng)中分支節(jié)點n4的臨近管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表檢測到的三路異常聲波信號先后順序關(guān)系示意圖；
圖7為本發(fā)明的一個實施例提供的管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)的示意圖。
附圖標(biāo)記說明：
管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)700
泄漏監(jiān)測儀表720
泄漏監(jiān)測設(shè)備740
異常分支節(jié)點判斷單元750
異常管段判斷單元760
異常點定位單元780
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法及系統(tǒng)進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例可用任何編程語言實現(xiàn)，并在相應(yīng)的計算機上運行。
一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法，所述管網(wǎng)包括多個分支節(jié)點和與所述分支節(jié)點相連的管段，每個所述管段兩端分別設(shè)置一個所述分支節(jié)點，所述各個管段上對應(yīng)所述分支節(jié)點設(shè)置有泄漏監(jiān)測設(shè)備(或稱為rtu，下同)，所述管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法包括以下步驟：
獲取多個所述泄漏監(jiān)測儀表輸出的泄漏監(jiān)測信號，所述泄漏監(jiān)測信號包括壓力信號、聲波信號或其它信號；
根據(jù)所述泄漏監(jiān)測信號(壓力或聲波或其它信號)確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息；
根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息；
根據(jù)所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息，確定泄漏信號到達所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段兩端分支節(jié)點之間時間差，以定位所述管網(wǎng)發(fā)生泄漏的泄漏點位置。
請參見圖1，為本發(fā)明一個實施例中提供的一管網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡圖。所述管網(wǎng)包括多個分支節(jié)點和與所述分支節(jié)點相連的管段。每個所述管段兩端分別設(shè)置一個所述分支節(jié)點。所述各個管段上對應(yīng)的每個所述分支節(jié)點設(shè)置有一套泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)。
在管網(wǎng)中，對于每個中間節(jié)點，在靠近中間節(jié)點(即管網(wǎng)的交叉節(jié)點)的分支管段上各安裝一只泄漏監(jiān)測儀表(可以是壓力變送器，也可以是聲波信號變送器，或其它泄漏監(jiān)測儀表，下同)。對于每個邊界節(jié)點，在靠近邊界節(jié)點(即管網(wǎng)的輸送起始端節(jié)點或者輸送末端節(jié)點)的管段上安裝兩只泄漏監(jiān)測儀表。其中，對應(yīng)同一節(jié)點的每兩只儀表之間的安裝距離由泄漏信號在管網(wǎng)輸送介質(zhì)中的傳播速度和信號采樣頻率決定。且管網(wǎng)中所有的泄漏監(jiān)測儀表型號和儀表精度相同。以一定順序、按照從1開始的自然數(shù)給管網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點、各分支管段進行數(shù)字編號；以相同的方法賦予各個泄漏監(jiān)測儀表一個唯一的虛擬采樣通道編號。各個節(jié)點對應(yīng)的泄漏監(jiān)測儀表輸出信號由本地泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)實時同步采樣。
具體地，所述管網(wǎng)包括多個分支節(jié)點，如：n1，n2，n3，n4，n5，n6。所述分支節(jié)點分為中間節(jié)點和邊界節(jié)點。所述邊界節(jié)點(即管網(wǎng)的輸送起始端節(jié)點或者輸送末端節(jié)點)為操作站或輸出站向后端輸出的節(jié)點或者是所述管網(wǎng)向用戶輸入的節(jié)點。所述中間節(jié)點(即管網(wǎng)的交叉節(jié)點)即所述分支節(jié)點旁連接的都為管段，并沒有操作站的輸出或向用戶輸入。所述管網(wǎng)中包括多個管段，如：e1，e2，e3，e4，e5。比如：在各個所述分支節(jié)點附近的所述管段上分別泄漏監(jiān)測儀表。具體的，在每個所述中間節(jié)點的分支管段上分別安裝一個同一型號、同一精度等級的壓力變送器。比如：在臨近所述中間節(jié)點n2的三條不同管段e1，e2，e3上分別安裝ch3，ch5，ch4三只壓力變送器。在每個所述邊界節(jié)點的所述管段上安裝兩個同一型號、同一精度的壓力變送器。比如：在臨近所述邊界節(jié)點n1的管段e2上分別安裝ch6和ch7兩只壓力變送器。
另外，所述管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法中還包括泄漏監(jiān)測服務(wù)器與所述多個泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)通過有線或無線通信方式連接。所述泄漏監(jiān)測服務(wù)器用于對應(yīng)收集每個所述泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)同步采集到的壓力或聲波或其它信號，并檢測判斷管網(wǎng)中的各個泄漏監(jiān)測儀表的輸出信號中是否含有異常信號。可以理解，所述泄漏監(jiān)測服務(wù)器可以安裝于操作站內(nèi)。
請參見圖2，本發(fā)明一個實施例提供一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位方法，本實施例以該方法應(yīng)用于圖1中的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)來舉例說明。該方法具體包括以下步驟：
s202，獲取多個所述泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)采集到的壓力信號或聲波信號；
在一個實施例中，可以采用響應(yīng)特性一致性好的泄漏監(jiān)測儀表，獲取所述管網(wǎng)中的壓力或聲波信號。具體的，可以采用壓力變送器獲取壓力信號，相鄰兩只壓力變送器之間的安裝距離在3米到5米之間。具體的，所述壓力變送器之間的距離可以根據(jù)泄漏信號在所述管網(wǎng)輸送介質(zhì)中的傳播速度，結(jié)合泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)的采樣頻率進行改變。以一定順序、按照從1開始的自然數(shù)給管網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點以及該管網(wǎng)內(nèi)的各分支管段進行數(shù)字編號，并以一定順序賦予各個壓力變送器一個唯一的虛擬數(shù)據(jù)采集通道。這樣在獲取所述壓力信號時就會有一一的對應(yīng)關(guān)系。比如：對于所述分支節(jié)點n1來說，獲取的所述壓力變送器ch1和ch2的壓力信號作為一個虛擬采樣通道對。對于所述分支節(jié)點n2來說，獲取的所述壓力變送器ch3和ch4的壓力信號作為一個虛擬采樣通道對，獲取的所述壓力變送器ch3和ch5的壓力信號作為另一個虛擬采樣通道對。最終，可獲取管網(wǎng)中所有所述節(jié)點的壓力信號。所有的泄漏監(jiān)測儀表(壓力變送器或聲波變送器)所采用的傳感器型號、精度指標(biāo)和電路參數(shù)都應(yīng)相同。
s204，根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息；
根據(jù)各個分支節(jié)點的泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)采集到的所述壓力或聲波信號的變化，判斷當(dāng)前分支節(jié)點是否檢測到異常信號，從而定位檢測到異常信號的節(jié)點位置。具體的，可以根據(jù)每個所述分支節(jié)點的所述泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)采集到的所述所有泄漏監(jiān)測儀表輸出的壓力信號或聲波信號判斷所述分支節(jié)點是否檢測到異常信號。若所述分支節(jié)點的泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)采集到的所有泄漏監(jiān)測儀表(對應(yīng)同一個分支節(jié)點)輸出信號中都檢測到異常信號，則可以確定當(dāng)前所述節(jié)點對應(yīng)的泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)檢測到了異常信號，當(dāng)前所述節(jié)點為檢測到異常信號的節(jié)點。
可以理解，此處的確定所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息的方法并不唯一。在一個實施例中，可以建立檢測到異常信號分支節(jié)點的判別矩陣，在矩陣中建立管網(wǎng)中的所述分支節(jié)點、所述管段和所述分支節(jié)點泄漏監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)和位置信息。然后根據(jù)所述壓力信號或聲波信號的時頻域特征變化判斷所述管網(wǎng)中的所述分支節(jié)點是否檢測到異常信號。當(dāng)所述分支節(jié)點檢測到異常信號時，則可以通過所述檢測到異常信號的分支節(jié)點判別矩陣獲取所述檢測到異常信號分支節(jié)點的位置信息。
s206，根據(jù)所述檢測到異常信號分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息；
同樣可以理解的是，所述確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息的方法也可以有多種。在一個實施例中，可以建立泄漏管段判別矩陣。在所述泄漏管段判別矩陣中建立管網(wǎng)中的所述分支節(jié)點與所述管段相對應(yīng)的狀態(tài)和位置信息。當(dāng)異常信號的傳播方向均為從所述管段中間位置向與所述管段兩端的兩個所述分支節(jié)點傳播時，則判斷所述管段為泄漏管段。
本實施例中，將基于雙傳感器技術(shù)的管道內(nèi)異常信號定向方法應(yīng)用于異常管段的定位中，通過在臨近各分支節(jié)點的相連管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表(壓力變送器或者聲波變送器)，實時采集信號(壓力或聲波信號)。通過判斷異常信號通過分支節(jié)點的相連管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表的先后順序關(guān)系，實現(xiàn)異常信號傳播方向的判別，進而實現(xiàn)發(fā)生泄漏管段的準(zhǔn)確定位，即實現(xiàn)了所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏管段位置的定位。
s208，根據(jù)所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏管段的位置信息，確定異常信號到達所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的所述管段兩端的兩個節(jié)點的時間差，以定位所述管網(wǎng)發(fā)生泄漏的管段中的泄漏點位置。
具體地，在發(fā)生泄漏管段的位置信息確定以后，找到泄漏信號到達與所述異常管段相連的兩個節(jié)點的時間差，并結(jié)合所述泄漏信號在所述管段介質(zhì)中的傳播速度以及所述泄漏管段的長度及位置信息，定位所述管網(wǎng)發(fā)生泄漏的泄漏點位置。在不同的實際情況下，所述定位管網(wǎng)中發(fā)生泄漏位置的精確度不同。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，包括：
采集每個臨近所述分支節(jié)點的相連管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表輸出的壓力信號或聲波信號；
當(dāng)所述分支節(jié)點對應(yīng)的泄漏監(jiān)測裝置(rtu)采集到的所述節(jié)點所有分支管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表輸出的壓力信號或聲波信號中都檢測到異常信號時，則判斷對應(yīng)的所述分支節(jié)點檢測到異常信號；
讀取所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，包括：
根據(jù)管網(wǎng)情況對每個所述泄漏監(jiān)測儀表配置虛擬采樣通道，建立節(jié)點異常信號判別矩陣a，所述節(jié)點異常信號判別矩陣a用n×(d+1)階矩陣a＝(ai,j)表示；
其中，n為監(jiān)測管網(wǎng)中的節(jié)點個數(shù)，d為管網(wǎng)節(jié)點中最大分支數(shù)；
矩陣a中，行號i對應(yīng)分支節(jié)點的序號，其中ai,1～ai,d表示管網(wǎng)中節(jié)點i配置的虛擬采樣通道序號為ai,1～ai,d，ai,1～ai,d取值范圍為[0,n*d)中的任意數(shù)；
當(dāng)ai,j＝0(2<j≤d)時，表示該管網(wǎng)中分支節(jié)點i沒有第j分支管段，沒有配置虛擬采樣通道；
ai,(d+1)是分支節(jié)點i的異常信號標(biāo)志位，若與分支節(jié)點i相關(guān)聯(lián)的所有虛擬采樣通道都檢測到異常信號，則認(rèn)為所述分支節(jié)點i檢測到異常信號；
在對應(yīng)分支節(jié)點每次實施異常信號診斷之前，異常信號標(biāo)志位都會被初始化為0；若所述分支節(jié)點檢測到異常信號，則ai,(d+1)＝1，否則仍保持其初始化值0不變。
具體的，把干擾信號和泄漏信號都定義為異常信號。管網(wǎng)泄漏的監(jiān)測問題首先轉(zhuǎn)化為節(jié)點的異常信號檢測問題。引入節(jié)點異常信號判別矩陣的概念，假設(shè)當(dāng)前所監(jiān)測管網(wǎng)中擁有n個節(jié)點，且該管網(wǎng)節(jié)點中最大分支數(shù)為d。則節(jié)點-異常信號判別矩陣a可用n×(d+1)階矩陣a＝(ai,j)表示。行號對應(yīng)節(jié)點的序號。其中，ai,1～ai,d表示管網(wǎng)中節(jié)點i配置的虛擬采樣通道序號為ai,1～ai,d，ai,1～ai,d取值范圍為[0,n*d)中的任意數(shù)。當(dāng)ai,j＝0(2<j≤d)時，表示該管網(wǎng)中節(jié)點i沒有第j分支管段，因而沒有配置虛擬采樣通道(即沒有安裝泄漏監(jiān)測儀表)，無需對其做異常信號診斷處理(其主要目的是使矩陣的行列對齊，無其他意義)。
ai,(d+1)是節(jié)點i的“異常信號標(biāo)志位”，即若與節(jié)點i相關(guān)聯(lián)的分支管段上的所有虛擬采樣通道(所有泄漏監(jiān)測儀表)都檢測到異常信號，則認(rèn)為該節(jié)點i檢測到異常信號；在對應(yīng)節(jié)點每次實施異常信號診斷之前，“異常信號標(biāo)志位”都會被初始化為0；若該節(jié)點檢測到異常信號，則ai,(d+1)＝1，否則仍保持其初始化值0不變。且只有當(dāng)兩個及以上相鄰節(jié)點都檢測到異常信號時，才需要進行泄漏定位和報警。其節(jié)點-異常信號判別矩陣a形式如下所示。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏管段的位置信息，包括：
根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，獲取與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段位置信息；
確定與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的異常壓力信號或異常聲波信號的傳播方向；
當(dāng)所述管段兩端的所述兩個分支節(jié)點檢測到的異常壓力信號或聲波信號傳播方向相反時，則判斷與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段為發(fā)生泄漏的管段；
讀取所述發(fā)生泄漏管段的位置信息。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息，包括：
根據(jù)管網(wǎng)情況對每個所述泄漏監(jiān)測儀表配置虛擬采樣通道，建立管網(wǎng)管段相關(guān)的節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b，所述節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b用(2*m)×(3*d+1)階矩陣b＝(bi,j)表示；
其中，管網(wǎng)中共有m條分支管段，d為分支節(jié)點最大分支數(shù)，2*m為行數(shù)，(3*d+1)為列數(shù)；
節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b中：
第一列bi,1為管段序號；
第二列bi,2為第一列bi,1所述管段對應(yīng)的一個節(jié)點序號，由于每條管段對應(yīng)兩個分支節(jié)點，因此連續(xù)兩行對應(yīng)同一管段；
第三列bi,3為靠近所述分支節(jié)點相連管段對應(yīng)安裝的泄漏監(jiān)測儀表總數(shù)，所述泄漏監(jiān)測儀表用于監(jiān)測每個所述分支節(jié)點相連管段的壓力信號或聲波信號；
其后的bi,4～bi,(2d+1)為用于判斷異常信號傳播方向的虛擬采樣通道序號，每個分支節(jié)點共需bi,3-1個“虛擬采樣通道對”用于異常信號傳播方向判斷；
如第四列bi,4和第五列bi,5為所述節(jié)點異常信號傳播方向判斷所需的2個泄漏監(jiān)測儀表對應(yīng)的一對虛擬采樣通道序號；對于邊界節(jié)點，bi,4虛擬采樣通道對應(yīng)的泄漏監(jiān)測儀表安裝位置靠近所述管段中間，bi,5虛擬采樣通道對應(yīng)的泄漏監(jiān)測儀安裝位置遠離所述管段中間；對于中間節(jié)點，bi,4虛擬采樣通道對應(yīng)的泄漏監(jiān)測儀安裝在靠近所述節(jié)點的所述管段上，bi,5虛擬采樣通道對應(yīng)的泄漏監(jiān)測儀安裝在靠近所述節(jié)點的其它相鄰管段上；并且，bi,4，bi,6，…bi,2d為相同的虛擬采樣通道序號，bi,5，bi,7，…bi,(2d+1)分別為靠近當(dāng)前所述節(jié)點的相連的其它分支管段上安裝的泄漏監(jiān)測儀表對應(yīng)的虛擬采樣通道序號。對于邊界節(jié)點，用于異常信號傳播方向判斷所需的虛擬采樣通道僅需一對，其對應(yīng)bi,6,..bi,(2d+1)位置以零賦值。對于管段分支數(shù)小于d的中間節(jié)點，其對應(yīng)bi,(2dd+2),..bi,(2d+1)位置以零賦值,dd等于bi,3,為對應(yīng)節(jié)點相鄰的分支管段數(shù)。
其后的bi,(2*d+2)～bi,(3*d)對應(yīng)存儲的是由該(bi,3-1)個“虛擬采樣通道對”對應(yīng)信號計算得出的異常信號傳播方向判別結(jié)果；bi,(2d+2)～bi,(3*d)在每次異常信號傳播方向判別前，其值均會被初始化為0；當(dāng)由相應(yīng)虛擬采樣通道的“虛擬采樣通道對”得出異常信號傳播方向是由管段中間傳播進入節(jié)點方向時(即流入節(jié)點方向時)，定義異常信號傳播方向為-1；反之，如果得出該異常信號傳播方向是由節(jié)點流向管段中間時(即流出節(jié)點方向時)，則異常信號傳播方向為+1；對于bi,4～bi,(2d+1)中不對應(yīng)實際信號虛擬采樣通道的列位置(相應(yīng)值為0，對應(yīng)邊界節(jié)點或管段分支數(shù)小于d的中間節(jié)點)，其相應(yīng)的異常信號傳播方向判斷結(jié)果賦值為0；
bi,(3*d+1)列中存儲所有異常信號方向判別結(jié)果值的累加和；對于邊界節(jié)點或管段分支數(shù)小于d的中間節(jié)點，其方向判別結(jié)果累加和值bi,(3*d+1)需要乘上一個系數(shù)值：(d-1)/(bi,3-1)。所述節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b可以如下所示。
在一個實施例中，所述根據(jù)所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息，確定泄漏信號到達所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段兩端的兩個節(jié)點之間的時間差，以定位所述管網(wǎng)發(fā)生泄漏的位置，包括：
在所述節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b中，按照管段序號(bi,1)進行索引，若同一管段序號所關(guān)聯(lián)的兩個節(jié)點，其方向判別結(jié)果的累加和值bi,(3*d+1)均為“-(d-1)”，則該管段(即管段序號bi,1)發(fā)生泄漏，應(yīng)用延時相關(guān)計算方法計算出該bi,1管段所對應(yīng)的兩個虛擬信號采樣通道(序號為bi,4和b(i+1),4)所對應(yīng)的泄漏信號的時間差，應(yīng)用公式
其中，l為bi,1管段長度，t1、t2為泄漏信號傳播到上、下游節(jié)點的時間，v為在管輸介質(zhì)中泄漏信號的傳播速度，x為泄漏點距離bi,1管段上游起始點的距離。
在一個實施例中，如圖1所示，根據(jù)上述發(fā)明所述規(guī)則，在每個中間節(jié)點，分別在臨近節(jié)點的分支管段上安裝一只聲波泄漏監(jiān)測儀。在每個邊界節(jié)點，在臨近邊界節(jié)點的管段上安裝2只聲波泄漏監(jiān)測儀。所有的聲波泄漏監(jiān)測儀表所采用的傳感器型號、靈敏度指標(biāo)和電路參數(shù)都一致。給所有管段、節(jié)點順序定義相應(yīng)的序號(管段序號分別為1,2…5，以e1,e2…e5標(biāo)記；節(jié)點序號分別為1,2…6，以n1,n2…n6標(biāo)記)，給所有的聲波泄漏監(jiān)測儀順序定義虛擬采樣通道序號，分別為1,2…14，圖中以ch1,ch2….ch14標(biāo)記。同一節(jié)點上相鄰兩個泄漏監(jiān)測儀表的安裝距離在3米到5米之間。
對于節(jié)點相距較遠的情況，臨近每個節(jié)點相連管段上安裝的各只泄漏監(jiān)測儀表的輸出信號均由同一個泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)負(fù)責(zé)同步采樣。各個節(jié)點相關(guān)聯(lián)的泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)的信號采樣通過gps精準(zhǔn)授時，從而實現(xiàn)管網(wǎng)中各個節(jié)點相關(guān)聯(lián)的各個泄漏監(jiān)測儀表輸出信號的同步采樣。各個節(jié)點所采樣到的同一批數(shù)據(jù)打上相同的時間標(biāo)簽。然后通過網(wǎng)絡(luò)傳送至泄漏監(jiān)測服務(wù)器，并根據(jù)泄漏監(jiān)測儀表對應(yīng)的虛擬采樣通道序號保存(映射)在相應(yīng)的存儲空間(數(shù)據(jù)庫)。由泄漏監(jiān)測服務(wù)器對接收到的數(shù)據(jù)進行異常信號檢測、定位和報警。
根據(jù)圖1可得當(dāng)前所監(jiān)測管網(wǎng)的節(jié)點與各虛擬采樣通道的關(guān)系，根據(jù)本申請中上述步驟，即可建立當(dāng)前實施例的節(jié)點異常信號判別矩陣a，如下所示。
其中，節(jié)點數(shù)n＝6，節(jié)點最大分支管段數(shù)d＝3，行號對應(yīng)節(jié)點序號。
根據(jù)圖1可得該管網(wǎng)中管段與節(jié)點的關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容中的定義，即可得到該管網(wǎng)的與管段相關(guān)聯(lián)的節(jié)點異常信號傳播方向判別矩陣b，如下式所示，其中管段總數(shù)m＝5。
以1000hz的采樣率對各個節(jié)點的各只聲波泄漏監(jiān)測儀表輸出信號進行同步采樣，每分鐘得到60000點采樣數(shù)據(jù)，該采樣數(shù)據(jù)與前1分鐘的采樣結(jié)果合并，得到120000點的數(shù)據(jù)各一幀s(chi,k)。經(jīng)過適當(dāng)濾波，得到2分鐘長度的去噪后的信號，如圖3所示。
當(dāng)管網(wǎng)中如圖1所示位置發(fā)生泄漏時，利用異常信號檢測方法，清除非異常信號和同一節(jié)點在時間上沒有重疊的異常信號，得到部分分支節(jié)點對應(yīng)儀表檢測到的異常信號如圖4所示，異常信號判別結(jié)果如下所示的矩陣a所示。
通過遍歷上述矩陣a的“異常信號標(biāo)志位”列，可得2、3、4節(jié)點檢測到異常信號。檢測到異常信號的節(jié)點個數(shù)大于2，且節(jié)點2和節(jié)點3、節(jié)點2和節(jié)點4均為相鄰節(jié)點。則根據(jù)上述步驟中建立的矩陣b，根據(jù)與2、3、4節(jié)點相關(guān)聯(lián)的“虛擬采樣通道對”，計算異常信號傳播方向判別結(jié)果及其累加和b2,10、b3,10、b4,10、b5,10、b6,10、b7,10、b9,10。如矩陣b第10列所示，其中節(jié)點3的異常信號傳播方向判別結(jié)果的累加和需要乘以2(系數(shù)計算方法在前述步驟中已經(jīng)有所描述)。圖5為節(jié)點②的三路聲波異常信號的先后順序，圖6為節(jié)點④的三路聲波異常信號的先后順序關(guān)系圖。異常信號傳播方向計算結(jié)果如矩陣b第10列所示：
根據(jù)上述步驟得到的矩陣b，按照管段號進行索引，不難發(fā)現(xiàn)分支管段3所對應(yīng)的兩個相鄰節(jié)點2和4的異常信號傳播方向判別結(jié)果的累加和均為-2(即-(d-1)＝-(3-1)＝-2))，即可認(rèn)為該管網(wǎng)的管段3發(fā)生泄漏。然后，通過延時相關(guān)計算聲波信號s(4,120000)和s(8,120000)的時間差，代入公式
請參閱圖7，一種管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)700，所述管網(wǎng)包括多個分支節(jié)點和與所述分支節(jié)點相連的管段。每個所述管段兩端分別設(shè)置一個所述分支節(jié)點。所述各個管段上在對應(yīng)所述分支節(jié)點設(shè)置有泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)。所述管網(wǎng)泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)700包括：
壓力變送器或聲波變送器等泄漏監(jiān)測儀表(壓力或聲波)720，用于實時感測多個所述分支節(jié)點相鄰管段內(nèi)部的壓力信號或聲波信號。
所述的壓力變送器或聲波變送器等泄漏監(jiān)測儀表720安裝在臨近各個節(jié)點相鄰的分支管段上，實時感測所述節(jié)點相鄰管段的壓力信號或聲波信號。
泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)740，用于實時同步采集所述各個分支節(jié)點相鄰管段上安裝的所述各個泄漏監(jiān)測儀表720的輸出信號。每個分支節(jié)點附近對應(yīng)安裝一套所述泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)，所有所述泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)通過gps授時，實現(xiàn)對管網(wǎng)內(nèi)所有所述泄漏監(jiān)測儀表720輸出信號的實時同步采樣。所述泄漏監(jiān)測設(shè)備(rtu)通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)把采集數(shù)據(jù)傳輸給泄漏監(jiān)測服務(wù)器。
異常分支節(jié)點判斷單元750，用于根據(jù)所述壓力信號或聲波信號確定檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息。
泄漏管段判斷單元760，用于根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息確定所述管網(wǎng)中發(fā)生泄漏的管段的位置信息。
泄漏點定位單元780，用于在確定發(fā)生泄漏的管段以后，根據(jù)泄漏信號到達所述泄漏管段兩端節(jié)點的時間差，確定泄漏點的位置。在一個實施例中，所述異常管段判斷單元760，還用于：
根據(jù)所述檢測到異常信號的分支節(jié)點的位置信息，獲取與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段位置信息。
確定與所述檢測到異常信號的分支節(jié)點相連的管段兩端的兩個分支節(jié)點的異常壓力信號或異常聲波信號傳播方向。
當(dāng)同一管段兩端的所述兩個分支節(jié)點的異常壓力信號或聲波信號傳播方向相反時，則判斷所述管段為泄漏管段。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，如本發(fā)明實施例中，所述程序可存儲于計算機系統(tǒng)的存儲介質(zhì)中，并被所述計算機系統(tǒng)中的至少一個處理器執(zhí)行，以實現(xiàn)包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。
以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，如管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變、對原始采樣信號的抽取等等，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。