一、系統(tǒng)概述

供水管網(wǎng)輸水壓力高，輸水過程中，由于閥門突然開啟或關(guān)閉等原因，使流速發(fā)生突然變化，管道壓力將產(chǎn)生大幅度波動，產(chǎn)生水錘效應(yīng)。水錘有極大的破壞性：壓強過高，將引起管子的破裂，反之，壓強過低又會導(dǎo)致管子的癟塌，還會損壞閥門和固定件，嚴(yán)重威脅供水系統(tǒng)安全。

為了降低水錘效應(yīng)，保障供水系統(tǒng)安全，需設(shè)置水錘防護(hù)系統(tǒng)。其中就包含了一套供水管網(wǎng)管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，它包含了水聽器、高頻壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備RTU和軟件等內(nèi)容，利用壓電陶瓷水聽器布設(shè)于管道上進(jìn)行管網(wǎng)泄漏噪聲偵聽，通過對聲信號處理的分析判斷漏點位置和大小，采取定位算法和模式識別算法精準(zhǔn)定位。壓電陶瓷水聽器作為前端傳感，為管道現(xiàn)場自動化采集前端數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，無縫鏈接管道現(xiàn)場自動化數(shù)據(jù)采集和控制中心。

二、技術(shù)參數(shù)

1、水聽器

工作頻率范圍 ：20Hz～50kHz

低頻靈敏度： －172dB Vre: 1V/μPascal

水平指向性：±2.0dB@125kHz

工作深度： 500米

工作溫度： -40~80°C

承受靜壓：68Bar

低噪聲、高耐用性，需浸沒水中

2、高頻壓力傳感器

采樣頻率：64/128/256Hz，以滿足分析需求

量程：0～300 psia，需滿足負(fù)壓的監(jiān)測；

精度：≤0.1%FS

響應(yīng)時間：≤1ms

電壓：5V+/-0.5V

輸出信號：0-30/100mV

工作溫度：-40℃～80℃

承受靜壓：68Bar

材質(zhì)：不銹鋼隔離膜片

防護(hù)等級：IP68

3、數(shù)據(jù)采集與傳輸（ RTU ）：

RTU是安裝與現(xiàn)場的設(shè)備，是集成電源、數(shù)據(jù)采集、無線通訊等模塊的一體化綜合終端模塊，并可以根據(jù)現(xiàn)場施工的情況選擇不同的外形。傳感器采集與通訊中斷內(nèi)置電源變換模塊、無線通訊模塊、衛(wèi)星信號接收模塊，能夠給水聽器和壓力傳感器提供電源并采集信號，進(jìn)行初步信號分析處理后通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心服務(wù)器。

模擬輸入 6通道 可接0-5V/0-20mA/4-20mA

采樣位數(shù) 16位 可采集音頻

采樣速率 最高100kHz 速率可設(shè)無線通訊 4G 向下覆蓋2G/3G，有SIM卡接口，支持光纖通信，配套套串口服務(wù)器，支持profinet等通用以太網(wǎng)協(xié)議。

有線通訊 RS485 2路，支持MODBUS

自動校時 GPS/北斗 精度1pps

內(nèi)置電池 鋰電池 在外部電源失效后，滿足現(xiàn)場設(shè)備運行至少1月外部供電 9-36V DC 滿足太陽能供電裝置輸出電壓，可外接供電：12VDC，通過軟件自動切換內(nèi)置電源。

4、監(jiān)測軟件

（1）系統(tǒng)基本功能

系統(tǒng)基礎(chǔ)界面

系統(tǒng)底層采用基礎(chǔ)地理信息圖層數(shù)據(jù)，在基礎(chǔ)地理信息圖層上方加載管網(wǎng)數(shù)據(jù)、站點數(shù)據(jù)等圖層，實現(xiàn)對基于地圖展示的信息系統(tǒng)。

系統(tǒng)提供基于地圖操作的基礎(chǔ)工具，可以對地圖進(jìn)行拖動、縮放。

系統(tǒng)提供加載管網(wǎng)數(shù)據(jù)的功能，加載的管網(wǎng)數(shù)據(jù)可以按照管齡、管材、口徑等屬性以不同顏色進(jìn)行區(qū)分，并在系統(tǒng)上進(jìn)行展示。點擊管網(wǎng)線段可以查看管線的詳細(xì)信息。

系統(tǒng)提供加載閥門、節(jié)點的功能。加載完畢后可以選中查看設(shè)施的詳細(xì)信息。

系統(tǒng)提供加載監(jiān)測站點的功能，可以通過鼠標(biāo)或者套索工具進(jìn)行選中。

數(shù)據(jù)查詢功能

用鼠標(biāo)選中或者使用套索工具選中后，系統(tǒng)彈出被選中站點的數(shù)據(jù)查詢窗口，通過數(shù)據(jù)篩選器，篩選出要查詢的數(shù)據(jù)類型（例如：壓力、聲納、設(shè)備電壓等）、數(shù)據(jù)日期時間段、數(shù)據(jù)分辨率。

系統(tǒng)提供一個圖形化的數(shù)據(jù)展示工具，可以將篩選出來的數(shù)據(jù)以曲線、柱狀圖等方式進(jìn)行展示，同一個數(shù)據(jù)展示窗口可以疊加多個數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，從而便于分析人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析。

數(shù)據(jù)圖形展示工具提供曲線拖動，數(shù)據(jù)分辨率選擇、查詢?nèi)掌诜秶x擇、圖形轉(zhuǎn)換等工具。

（2）系統(tǒng)報警功能

報警展示

系統(tǒng)提供提供一個全自動化的報警工具，系統(tǒng)通過一系列機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析，將管網(wǎng)上異常的數(shù)據(jù)事件以報警的形式反饋給監(jiān)控人員，監(jiān)控人員結(jié)合系統(tǒng)給到的報警信息和實際管網(wǎng)運營情況對報警信息進(jìn)行評價，以最短時間發(fā)現(xiàn)泄漏、爆管以及管網(wǎng)壓力瞬變等異常情況并加以干預(yù)。

報警類型主要分為以下三種，同時按照數(shù)據(jù)情況將風(fēng)險定義為低等級、中等級和高等級。同時在每個報警模塊中提供報警分析工具。

1）壓力瞬變報警：當(dāng)系統(tǒng)判斷發(fā)生壓力瞬變時，系統(tǒng)會將瞬變發(fā)生的時間和瞬變的幅度在歷史庫中進(jìn)行比對，從而對該瞬變進(jìn)行風(fēng)險定義，如風(fēng)險超過閾值便觸發(fā)報警。

2）低頻壓力報警：系統(tǒng)按照以往管網(wǎng)運營壓力歷史數(shù)據(jù)評估出對應(yīng)時間段壓力區(qū)間，當(dāng)管網(wǎng)壓力高于或者低于這個壓力區(qū)間即觸發(fā)該壓力報警。

聲學(xué)泄漏報警：系統(tǒng)對聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，當(dāng)聲學(xué)能量數(shù)據(jù)上升超過增幅閾值時觸發(fā)該報警。

報警分析

壓力瞬變報警分析：壓力瞬變報警功能提供壓力瞬變數(shù)據(jù)的圖形化分析工具，在頁面上分別展示瞬變曲線圖形、低頻壓力曲線圖形、壓力區(qū)間曲線圖形以及壓力事件分布圖形。通過疊加多個壓力瞬變曲線實現(xiàn)對壓力瞬變源進(jìn)行定位。壓力時間分布圖形可以分為同一時刻異常值、關(guān)鍵異常值、所有異常值，并以點陣列的方式顯示在圖形界面上。

低頻壓力報警分析：低頻壓力報警功能提供壓力瞬變數(shù)據(jù)的圖形化分析工具，在頁面上展示出低頻壓力曲線以及壓力區(qū)間陰影。提供圖形工具可以疊不同站點以及其他監(jiān)控數(shù)據(jù)（例如聲學(xué)數(shù)據(jù)）進(jìn)行組合查詢分析。

聲學(xué)泄漏報警分析：聲學(xué)泄漏報警分析系統(tǒng)提供聲學(xué)數(shù)據(jù)的圖形化分析工具對聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。通過圖形展示工具將聲學(xué)強度以柱狀圖或者曲線的方式進(jìn)行展示。同時提供不同日期同一時刻的聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，聲學(xué)數(shù)據(jù)以圖形化的方式進(jìn)行展示，通過顏色、曲線、圖形將聲學(xué)特點進(jìn)行展示實現(xiàn)科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和泄漏判斷。

（3）聲納數(shù)據(jù)瀏覽器功能

用戶可以通過聲納數(shù)據(jù)瀏覽器對采集到的管網(wǎng)聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。聲納數(shù)據(jù)瀏覽器具備以下功能：

  a)可以篩選出不同日期同一時刻的聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

  b)可以篩選出不同站點的數(shù)據(jù)在同一個頁面內(nèi)進(jìn)行分析。

  c)聲學(xué)數(shù)據(jù)以圖形化的方式進(jìn)行展示，通過顏色、曲線、圖形將聲學(xué)特點進(jìn)行展示實現(xiàn)科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和泄漏判斷。

  d)可以播放采集到的聲學(xué)數(shù)據(jù)提供監(jiān)控人員進(jìn)行監(jiān)ting分析。

  e)當(dāng)一個泄漏聲學(xué)被兩個站點采集到時，可以通過相關(guān)性對聲學(xué)源進(jìn)行定位。

（4）壓力瞬變分析功能

壓力瞬變分析模塊用以統(tǒng)計管網(wǎng)中所產(chǎn)生的壓力瞬變，并對這些瞬變源進(jìn)行分析和定位。壓力瞬變分析具有以下功能：

系統(tǒng)提供篩選界面用以選擇需要統(tǒng)計分析的管網(wǎng)區(qū)域以及時間段。

系統(tǒng)提供統(tǒng)計列表，瞬變事件按瞬變幅度進(jìn)行歸類統(tǒng)計，同時還對管網(wǎng)平均壓力、管網(wǎng)材質(zhì)、管網(wǎng)管齡進(jìn)行分類統(tǒng)計。

選中站點后可以對單個站點的壓力瞬變進(jìn)行分析，系統(tǒng)以柱狀圖形式展示瞬變值。通過點選單個瞬變值柱狀圖的頂部，可以顯示改瞬變的高頻壓力曲線，通過疊加鄰居站點的高頻壓力曲線進(jìn)行分析和定位瞬變源。

系統(tǒng)還提供以下統(tǒng)計圖表對瞬變實現(xiàn)輔助分析：24小時壓力瞬變統(tǒng)計圖形（平均壓力瞬變、最大壓力瞬變、最小壓力瞬變、中位壓力瞬變）、周壓力瞬變統(tǒng)計圖形、工作日非工作日壓力瞬變統(tǒng)計圖形、壓力瞬變分布統(tǒng)計圖形、壓力瞬變頻率統(tǒng)計圖形等多種分析圖形工具。

（5）網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析能力

網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析模塊用來查看單個以及多個傳感器組合起來的大致監(jiān)測范圍，從而輔助監(jiān)控人員進(jìn)行站點部署分析及報警范圍分析。

系統(tǒng)可以將覆蓋結(jié)果以不停顏色進(jìn)行展示，紅色表示覆蓋及監(jiān)控效果較強，綠色表示監(jiān)控覆蓋較差，同時可以將未覆蓋到的管道用黑色進(jìn)行顯示。

（6）漏損事件庫功能

漏損事件庫可以將已發(fā)現(xiàn)的漏點進(jìn)行記錄并在地圖上進(jìn)行標(biāo)記，便于后期查詢統(tǒng)計。

漏損事件庫提供以下功能：

新增漏損事件：系統(tǒng)提供一個錄入漏損事件的頁面，可以錄入漏損發(fā)生的事件、地點、漏損的大小、漏損的描述、并在地圖上進(jìn)行定位。

漏點查詢：在選定查詢區(qū)域后，系統(tǒng)將漏點標(biāo)記在地圖上進(jìn)行顯示，用戶點擊漏點標(biāo)記，可以查看該漏點的詳細(xì)信息。

三、使用意義

供水管網(wǎng)管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測管道的運行情況。當(dāng)管道發(fā)生泄漏時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并確定泄漏發(fā)生的位置，從而可以及時有效地進(jìn)行應(yīng)急處理，控制和減少因管道泄漏造成的經(jīng)濟損失，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

該系統(tǒng)引入了的信號處理、模式識別和人工智能技術(shù)，提高了管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度、可靠性和穩(wěn)定性，降低了誤報率，是目前較為的管道泄漏監(jiān)測技術(shù)，不比國外的設(shè)備差。