一种精确定位地下水管漏水点的系统的制作方法

本发明涉及智能管网技术领域，尤其涉及一种精确定位地下水管漏水点的系统。

背景技术：

地下水管作为城市公用基础设施之一，承担着向各个用水节点输送压力水头的重任，对于保证人民生活水平的提高、城市经济的稳定发展以及社会的安定，有着举足轻重的作用。地下水管在运行过程中，由于管材质量、施工质量以及腐蚀、老化等人为或自然原因，不可避免的会发生渗漏。地下管网的渗漏，一方面造成了水资源的浪费，另一方面又影响着居民的生活质量和生活成本。如何控制和降低给水管道的泄漏，及时定位发生泄漏的位置，减少水资源浪费，保证管道正常运行，具有重要的指导意义。

现有技术中，主要采用人工巡检的方式，通过听漏棒、电子听漏仪、冲击地钻等基础设备发现泄漏以及定位漏点，不仅难以及时发现漏点，而且造成人力物力的浪费，不能有效的保障供水，影响人饮用水的安全。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种精确定位地下水管漏水点的系统，具体包括：

数据采集模块，分别设置于地下水管的各管段的管段入口和管段出口处，所述数据采集模块具体包括：

流量传感器，用于实时检测所述管段入口和所述管段出口的实时水流量；

振动传感器，用于实时检测所述管段入口和所述管段出口的实时振动信号；

声波传感器，用于实时检测所述管段入口和所述管段出口的实时声波信号；

曲线生成模块，连接所述数据采集模块，所述曲线生成模块包括：

第一生成单元，用于根据各所述实时振动信号生成相应的振动信号曲线；

第二生成单元，用于根据各所述实时声波信号生成相应的声波信号曲线；

第一存储模块，连接所述曲线生成模块，用于存储所述振动信号曲线和所述声波信号曲线形成信号曲线数据库；

泄漏判定模块，连接所述数据采集模块，用于根据所述实时水流量计算每个所述管段的所述管段入口与所述管段出口之间的流量差值，并在所述流量差值大于预设的流量阈值时，输出表示对应的所述管段为泄漏管段的泄漏判定结果；

第一处理模块，分别连接所述第一存储模块和所述泄漏判定模块，用于根据所述泄漏判定结果，所述泄漏管段的所述管段入口的所述振动信号曲线和所述声波信号曲线，以及所述泄漏管段的所述管段出口的所述振动信号曲线和所述声波信号曲线，处理得到所述泄漏管段中由于泄漏点导致的所述管段入口和所述管段出口之间信号瞬变时刻之间的平均延时时间；

第二存储模块，用于保存所述地下水管的各所述管段的属性参数与声波信号传播速率之间的对应关系表；

第二处理模块，分别连接所述泄漏判定模块和所述第二存储模块，用于根据所述泄漏判定结果和所述泄漏管段的所述属性参数于对应关系表中进行匹配，得到匹配的声波信号传播速率；

第三处理模块，分别连接所述第一处理模块和所述第二处理模块，用于根据所述平均延时时间与所述信号传播速率分别计算得到所述泄漏管段的所述泄漏点与所述泄漏管段的所述管段入口及所述管段出口之间的距离，以实现所述泄漏点的精确定位。

优选的，所述第一处理模块包括：

第一提取单元，用于根据所述泄漏判定结果以当前时刻为时间节点，于所述信号曲线数据库中提取预设时间段的所述泄漏管段的所述管段入口和所述管段出口的所述振动信号曲线；

第一处理单元，连接所述第一提取单元，用于计算所述管段入口的所述振动信号曲线与所述管段出口的所述振动信号曲线的由于泄漏点导致的信号瞬变时刻之间的最小延时得到第一延时时间；

第二提取单元，用于根据所述泄漏判定结果以当前时刻为时间节点，于所述信号曲线数据库中提取预设时间段的所述泄漏管段的所述管段入口和所述管段出口的所述声波信号曲线；

第二处理单元，连接所述第二提取单元，用于计算所述管段入口的所述声波信号曲线与所述管段出口的所述声波信号曲线的由于泄漏点导致的信号瞬变时刻之间的最小延时得到第二延时时间；

第三处理单元，分别连接所述第一处理单元和所述第二处理单元，用于计算所述第一延时时间和所述第二延时时间的平均值，得到所述泄漏管段中由于泄漏点导致的信号瞬变时刻之间的平均延时时间。

优选的，采用lms自适应算法计算得到所述第一延时时间。

优选的，采用lms自适应算法计算得到所述第二延时时间。

优选的，所述属性参数包括所述管段的管径、管材和管长。

优选的，所述第三处理模块具体包括：

第四处理单元，用于根据所述平均延时时间与所述声波信号传播速率计算得到所述泄漏管段的所述泄漏点与所述泄漏管段的所述管段入口之间的第一距离；

第五处理单元，连接所述第四处理单元，用于根据所述第一距离所述泄漏管段的管长计算得到所述泄漏点与所述泄漏管段的所述管段出口之间的第二距离。

优选的，还包括定位显示模块，连接所述第三处理模块，用于根据所述第一距离和所述第二距离于所述地下管网的地理信息系统上实时显示所述泄漏点。

优选的，采用如下公式计算得到所述第一距离：

其中，

l1表示所述第一距离；

l表示所述泄漏管段的管长；

v表示所述声波信号传播速率；

表示所述平均延时时间。

优选的，采用如下公式计算得到所述第二距离：

其中，

l2表示所述第一距离；

l表示所述泄漏管段的管长；

v表示声波信号传播速率；

表示所述平均延时时间。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：将振动信号检测和声波信号检测得到的时延均值作为泄漏点定位的时延，以修正单一振动信号检测和单一声波信号检测造成的时延误差，有效提升泄漏点定位的准确性。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种精确定位地下水管漏水点的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种精确定位地下水管漏水点的系统，如图1所示，具体包括：

数据采集模块1，分别设置于地下水管的各管段的管段入口和管段出口处，数据采集模块1具体包括：

流量传感器11，用于实时检测管段入口和管段出口的实时水流量；

振动传感器12，用于实时检测管段入口和管段出口的实时振动信号；

声波传感器13，用于实时检测管段入口和管段出口的实时声波信号；

曲线生成模块2，连接数据采集模块1，曲线生成模块2包括：

第一生成单元21，用于根据各实时振动信号生成相应的振动信号曲线；

第二生成单元22，用于根据各实时声波信号生成相应的声波信号曲线；

第一存储模块3，连接曲线生成模块2，用于存储振动信号曲线和声波信号曲线形成信号曲线数据库；

泄漏判定模块4，连接数据采集模块1，用于根据实时水流量计算每个管段的管段入口与管段出口之间的流量差值，并在流量差值大于预设的流量阈值时，输出表示对应的管段为泄漏管段的泄漏判定结果；

第一处理模块5，分别连接第一存储模块3和泄漏判定模块4，用于根据泄漏判定结果，泄漏管段的管段入口的振动信号曲线和声波信号曲线，以及泄漏管段的管段出口的振动信号曲线和声波信号曲线，处理得到泄漏管段中由于泄漏点导致的管段入口和管段出口之间信号瞬变时刻之间的平均延时时间；

第二存储模块6，用于保存地下水管的各管段的属性参数与声波信号传播速率之间的对应关系表；

第二处理模块7，分别连接泄漏判定模块4和第二存储模块6，用于根据泄漏判定结果和泄漏管段的属性参数于对应关系表中进行匹配，得到匹配的声波信号传播速率；

第三处理模块8，分别连接第一处理模块5和第二处理模块7，用于根据平均延时时间与声波信号传播速率分别计算得到泄漏管段的泄漏点与泄漏管段的管段入口及管段出口之间的距离，以实现泄漏点的精确定位。

具体地，本实施例中，地下水管的管段上某处突然发生泄漏时，在泄漏处由于水漏损会形成声波并以正弦曲线的方式向管段两侧传播，并引起管道振动。因此本申请中，通过检测管段入口和管段出口处的振动信号和声波信号来实现泄漏点的精确定位。有效消除单一振动信号检测时，由于外界振动引起的时延误差，以及消除单一声波信号检测时，由于噪声信号引起的时延误差。

本实施例中，首先通过每个管段的管段入口和管段出口之间的实时水流量的流量差值判定该管段是否存在泄漏，由于每个管段在不同时段由于使用量的不同，管段入口和管段出口的实时水流量是存在波动的，但管段不存在泄漏时，管段入口和管段出口之间的流量差值是趋于稳定的，因此可以设定一流量阈值，在检测到的管段入口和管段出口的水流量的流量差值大于该流量阈值时，判定该管段存在泄漏，即该管段为泄漏管段。

在确认泄漏管段后，需要进一步对泄漏管段的泄漏点进行定位。本实施例中，以当前时刻为时间节点，即在判定上述管段为泄漏管段的时刻为时间节点，分别提取该时间节点之前的预设时间端的振动信号曲线和声波信号曲线进行分析，有效减少数据运算量，且避免提取到由于外界干扰因素导致的信号瞬变，影响最终的分析结果。

由于泄漏点与管段入口和管段出口之间的距离差异，使得泄漏点导致的振动信号和声波信号到达管段入口和管段出口的时间是不一致的，即存在延时。因此在提取到管段入口的振动信号曲线以及管段出口的振动信号曲线后，通过对比两振动信号曲线，确定两振动信号曲线中由于泄漏点导致的信号瞬变时刻，则两振动信号曲线的信号瞬变时刻之间的延时可以表征振动信号到达管段入口和管段出口的时间差，由于上述振动信号为周期性传播，管段入口和管段出口均能持续接收到振动信号，因此将两振动信号曲线的最小延时即最小周期记为第一延时时间。同理将两声波信号曲线的最小延时记为第二延时时间，并将第一延时时间和第二延时时间的平均值作为泄漏管段的泄漏点的平均延时时间。

进一步地，各管段的属性参数的不同，导致声波信号在各管段的传播速率不尽相同，通过将地下水管的各管段的属性参数与声波信号传播速率的对应关系生成相应的对应关系表进行预先存储，在计算得到泄漏管段的平均延时时间后，于对应关系表中查找泄漏管段的属性参数对应的声波信号传播速率，随后根据平均延时时间和声波信号传播速率能够得到泄漏点与管段入口之间的第一距离，以及与管段出口之间的第二距离，实现泄漏点的精确定位。

本发明的优选的实施例中，第一处理模块5包括：

第一提取单元51，用于根据泄漏判定结果以当前时刻为时间节点，于信号曲线数据库中提取预设时间段的泄漏管段的管段入口和管段出口的振动信号曲线；

第一处理单元52，连接第一提取单元51，用于计算管段入口的振动信号曲线与管段出口的振动信号曲线的由于泄漏点导致的信号瞬变时刻之间的最小延时得到第一延时时间；

第二提取单元53，用于根据泄漏判定结果以当前时刻为时间节点，于信号曲线数据库中提取预设时间段的泄漏管段的管段入口和管段出口的声波信号曲线；

第二处理单元54，连接第二提取单元53，用于计算管段入口的声波信号曲线与管段出口的声波信号曲线的由于泄漏点导致的信号瞬变时刻之间的最小延时得到第二延时时间；

第三处理单元55，分别连接第一处理单元52和第二处理单元54，用于计算第一延时时间和第二延时时间的平均值，得到泄漏管段中由于泄漏点导致的信号瞬变时刻之间的平均延时时间。

本发明的优选的实施例中，采用lms自适应算法计算得到第一延时时间。

本发明的优选的实施例中，采用lms自适应算法计算得到第二延时时间。

本发明的优选的实施例中，属性参数包括管段的管径、管材和管长。

本发明的优选的实施例中，第三处理模块8具体包括：

第四处理单元81，用于根据平均延时时间与声波信号传播速率计算得到泄漏管段的泄漏点与泄漏管段的管段入口之间的第一距离；

第五处理单元82，连接第四处理单元81，用于根据第一距离泄漏管段的管长计算得到泄漏点与泄漏管段的管段出口之间的第二距离。

本发明的优选的实施例中，还包括定位显示模块9，连接第三处理模块8，用于根据第一距离和第二距离于地下管网的地理信息系统上实时显示泄漏点。

本发明的优选的实施例中，采用如下公式计算得到第一距离：

其中，

l1表示第一距离；

l表示泄漏管段的管长；

v表示声波信号传播速率；

表示平均延时时间。

本发明的优选的实施例中，采用如下公式计算得到第二距离：

其中，

l2表示第一距离；

l表示泄漏管段的管长；

v表示声波信号传播速率；

表示平均延时时间。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。