适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及城市供水管道系统信息检测与维护管理领域，具体设及一种适用于城 市供水管道系统的在线无损检测方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 城市供水管道系统是城市现代化发展与社会经济生活的重要支柱之一。输配水管 道系统的正常持续运行与有效维护管理是水资源优化利用与用户用水安全的重要保障。随 着城市供水管道系统的长时间持续运行，管道系统很容易因老化、腐蚀、沉积等而产生各种 管道缺陷，因而引起城市供水故障。
[0003] 常见而频发的管道系统缺陷包括；漏水（如爆管、节点松动等），堵塞（如管道沉 积、部分开度阀口等），未知支管（如非法连接管、冗余施工管段等），W及空气囊（如折管 顶部、变管径处）等。
[0004] 目前常用的管道缺陷检测方法包括：人工检测法，设备跟踪法，声波检测法，W及 水力特性法等。
[0005] 1.人工检测法；主要通过传统管道观测与问卷调查等人工方式，对管道系统存在 的缺陷进行收集与维护。此方法既耗时准确度又较低，而且难W实现对大多数的埋地管线 检测；
[000引 2.设备跟踪法；采用相应的检测设备，对供水管道进行沿程在线跟踪检测W发现 潜在的缺陷与问题。目前常用的设备有管内智能机器人、智能球、W及移动摄像机等。此类 检测方法通常应用于工业小型管道系统或关键管段部位进行的定点检测，但应用于整个城 市供水管道系统检测时效率低且费用高；
[0007] 3.声波检测法；通过使用声波检测设备如检波器和声波相关器，对管道近距离 (如埋地管线沿程地面）进行声波检测，利用管道缺陷与正常管流产生的声波频率差别进 行检测。此检测方法较准确且易操作，但是效率较低，易受噪音干扰，而且对较小的管道缺 陷难W检测；
[0008] 4.水力特性法；主要利用管流在不同条件下的水力特性差异进行相应的管道缺 陷检测，可W分为稳态水力法和瞬态水力法。常用的稳态水力法有质量（或体积）守恒法 和能量（压力）守恒法两种。此方法主要依赖于管道内流体状态，比如流速，且需要大量流 量或压力点数据，因此检测效率和精度低。而瞬态水力法主要利用管道缺陷对水力压力波 传播与反射进行反向分析检测。目前的瞬态水力法仅局限于管道爆管漏水检测，并利用爆 管漏水对水力波反射与衰减在时间域上的表现，即时间域水力波分析，进行管道漏水缺陷 检测，但目前该方法只能用于事后被动检测，而不能进行主动预测与评估管道运行工况与 水力条件，并且检测精度较低。
[0009] 由于上述现有和常用的管道检测方法不足与局限，供水管道系统中的管道缺陷经 常不能及时被发现并得到改善与修复。目前各城市供水管道系统中因管道缺陷引起的供水 事故屡见不鲜，已经造成严重的经济损失与不良的社会影响。
[0010] 因此，城市供水管道系统信息检测与管理维护领域亟需一种快速高效的，在线主 动的，并且无损实用的检测技术方法与装置。
【发明内容】
[0011] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种适用于城市供水管道系统的在线无损 检测方法及其装置。
[0012] 为达到上述目的，本发明的技术方案是该样实现的：
[0013] 本发明实施例提供一种适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法，该方法 为：根据在供水管道内主动产生和测量的高频水力波传播与反射特征信号获得系统频率域 响应函数，在系统频率域响应函数抓取若干个周期波峰对应的波峰值和对应的频率值；根 据对所述若干个周期波峰对应的波峰值和对应的频率值与无缺陷管道系统理论值进行比 较判断管道的缺陷类型，并进一步利用优化拟合后的数据确定管道缺陷物理信息。
[0014] 上述方案中，所述根据在供水管道内测量的主动高频水力波传播与反射特征信号 获得系统频率域响应函数，具体为；对经管道系统充分传播与反射后测得的高频水力波的 压力波时间和压力系列进行预处理和傅里叶变换后，转换成管道的系统频率域响应函数。
[0015] 上述方案中，所述管道缺陷物理信息包括缺陷在管道系统中的位置与缺陷大小。
[0016] 上述方案中，将测得的高频水力波频率域内若干个周期波峰对应的波峰值和对应 的频率值与相应无缺陷管道系统理论值进行比较，获得频率域压力波峰衰减值与对应的频 率偏移值；当获得的频率偏移值满足
时，确定管道的缺陷类型为管道 堵塞或未知连接支管缺陷，其中，5 ?tf(k)为频率偏移值，《th。为无损管道系统理论共振频 率，《th〇=na/化。，A为无损管道系统数值模拟结果与测试数据结果差值，n为最大检测 精度或最低数据监测精度。
[0017] 上述方案中，当获得的频率域压力波峰衰减值满足
时，确定管 道的缺陷类型为管道漏水或管道空气囊缺陷，其中，5Pu(k)为频率域压力波峰衰减值，H。。 =频率域对应的水压波初始值。
[0018] 上述方案中，所述的无缺陷管道系统理论值是根据经典一维瞬变流数学模型应用 于已知信息的原始无缺陷管道系统进行数值模拟得到的结果。
[0019] 上述方案中，将测得的高频水力波频率域内若干个周期波峰对应的波峰值和对应 的频率值与相应无缺陷管道系统的理论值进行比较，判断获得管道缺陷类型后，选取相应 类型的水力波特征模式作为目标方程，优化拟合所述获得的频率域压力波峰衰减值与对应 的频率偏移值，W确定管道缺陷具体物理信息，包括缺陷在管道系统中的位置与缺陷大小。
[0020] 本发明实施例还提供一种适用于城市供水管道系统的在线型水力波生成装置，该 装置包括；用于与消防栓连接的主体管、用于主动产生高频水力波的转动阀口、用于与控制 电脑端连接的电动驱动端、用于增加水力波频率W生成高频水力波的增频器、用于封闭主 体管末端的封闭末端、用于平稳定高频水力波输出相对稳定均匀平面波的多孔平波器、两 组高频压力传感器，所述多孔平波器、增频器、转动阀口从左到右依次设置在主体管内，所 述封闭末端设置在主体管的右端，所述主体管的上方设置电动驱动端；所述两组高频压力 传感器设置在主体管的下方，其中一组高频压力传感器用于将转动阀口主动产生的高频水 力波信号实时传输至控制电脑端储存，另一组高频压力传感器用于将实时监测高频水力波 在系统内传播产生的所有入射波和反射波，并同时将数据传输至电脑端储存；所述控制电 脑端与电动驱动端内用于驱动转动阀口的电路巧片连接。
[0021] 上述方案中，所述主体管与消防栓的消火栓牙扣密封对接。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0023] 1.所述方法与装置适用于不同频带与振幅水力波分析，具广泛实用性；
[0024] 2.所述方法与装置适用于在线主动检测管道缺陷信息，具无损主动性；
[00巧]3.所述方法与装置适用于四种不同管道缺陷检测，具多功能通用性；
[0026] 4.所述方法与装置利用快速水力波媒介检测，具快速高效性；
[0027] 5.所述方法与装置运用频率域水力波分析，具高精度与高抗扰性；
[0028] 6.所述方法与装置提供实时检测更新与校核分析，具自适应与灵活性。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例提供一种适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法的 流程图；
[0030] 图2为本发明中系统频率域响应函数计算方法流程图；
[0031] 图3为本发明中系统频率域响应函数计算实例结果图；
[0032] 图4为本发明中所述基于遗传算法的模式-数据拟合优化方法流程图；
[0033] 图5为本发明实施例提供一种适用于城市供水管道系统的在线型水力波生成装 置的结构示意图；
[0034] 图6为本发明所述技术方法与装置实例应用分析图；
[00巧]图7为本发明所述技术方法与装置应用连接示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0037] 本发明实施例提供一种适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法，如图1所 示，该方法具体通过W下步骤实现：
[0038] 步骤101 ;根据在供水管道内主动产生和测量的高频水力波传播与反射特征信号 获得系统频率域响应函数。
[0039] 具体的，对主动产生的高频水力波W及该波经过系统充分传播反射后的高频水力 波的压力波时间和压力系列分别进行预处理和傅里叶变换后，转换成管道的系统频率域响 应函数。图2显示了根据输入（主动产生的高频水力波）与输出（测量的传播与反射后的 高频水力波）进行数据预处理与傅里叶变换得到系统频率域响应函数的主要方法步骤。
[0040] 所述高频水力波是由电脑巧片设置电力驱动带动的转动阀口高速转动产生，并通 过增频器与平波器后形成的高速水力波，所述高频水力波是由电脑电动控制主动产生的 (也就是后面图2里面的输入信号波）。针对不同的待测管道系统信息，电脑设置产生的高 频波振幅需控制在管道系统承压强度之内。
[0041] 高频波产生后，会快速传播扩散至整个管道系统，并在各个节点、缺陷点等位置经 过入射与反射，形成时间域内复杂的叠加水力波。
[0042]