地下管网泄漏探测方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下管网泄漏探测方法，包括以下步骤：a.对管线所在区域进行红外、紫外或太赫兹摄像；b.对拍摄到的图像进行灰度处理，基于等值线原理利用边缘检测方法识别图像中灰度的梯度变化，以识别被拍摄区域中的温度或惰性气体浓度的梯度变化，并根据预设的梯度突变阈值确定存在温度突变的温度突变区边界或存在惰性气体浓度突变的惰性气体浓度突变区边界；c.根据所述温度突变区边界或所述惰性气体浓度突变区边界确定地下管网泄漏区域。该地下管网泄漏探测方法可以快速准确地确定地下管网泄漏点。
【专利说明】地下管网泄漏探测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地下管网泄漏探测方法。
【背景技术】
[0002]地下管网物质泄漏是不可避免的问题，给水管网的漏耗会产生水资源浪费；污水管网的漏出会污染地下水质，同样污水管网的地下水的渗入，又增加污水处理厂的运行费用；煤气和输油管网的泄漏会造成人员和财产的损失；热力管网的泄漏，同样会产生能源的浪费。因此，地下管网泄漏探测方法的发明是非常重要的。
[0003]当前的地下供水管网漏水检测手段基本上是经验判断、听音法和相关法检测，结合区域流量测定，确定漏失状况，也有采用漏水声自动监测法或分区检漏法等，常用的有被动检漏法、音听检漏法、水平衡探测法、区域装表法区域检漏法、区域装表兼区域测漏法、收集式检漏法、自由浮游式检漏法等。然而，给水管网漏水的有效探测，尤其是超埋深、大口径、非金属管的漏水探测，一直以来是世界性难题，国际水协已连续近10年在世界范围内进行漏水探测方法征集，但一直没有找到行之有效的技术。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种地下管网泄漏探测方法，可以快速准确地确定地下管网泄漏点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种地下管网泄漏探测方法，包括以下步骤:
[0007]a.对管线所在区域进行红外、紫外或太赫兹摄像；
[0008]b.对拍摄到的图像进行灰度处理，基于等值线原理利用边缘检测方法识别图像中灰度的梯度变化，以识别被拍摄区域中的温度或惰性气体浓度的梯度变化，并根据预设的梯度突变阈值确定存在温度突变的温度突变区边界或存在惰性气体浓度突变的惰性气体浓度突变区边界；
[0009]c.根据所述温度突变区边界或所述惰性气体浓度突变区边界确定地下管网泄漏区域。
[0010]进一步地:
[0011]步骤b中，所述边缘检测方法包括:
[0012]I)用高斯滤波器平滑图象；
[0013]2)用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向；
[0014]3)对梯度幅值进行非极大值抑制；
[0015]4)用双阈值算法检测和连接边缘。
[0016]所述梯度突变阈值为0.00?0.2。
[0017]所述梯度突变阈值为0.1。
[0018]步骤a中，采用手工拍摄、车载仪器拍摄、航空拍摄或卫星拍摄。[0019]步骤a中，沿管线走向进行连续拍摄，且相邻的图像具有重叠区，步骤b之前，通过识别重叠区，对连续拍摄的图像沿管线走向进行拼接组合。
[0020]步骤b中，先结合管网GIS (即地理信息系统)和城市地形图对连续拍摄的图像拼接组合。
[0021]步骤b中，在对图像进行识别之前进行降噪处理。
[0022]步骤a中，通过结合管网GIS，沿管线走向进行摄像，步骤c中，在边界确定的基础上，通过结合管网GIS，确定管网的泄漏点。
[0023]所述地下管网为供水、供气、供热或供油管网。
[0024]本发明有益的技术效果是:
[0025]本发明提出将红外、紫外和太赫兹摄像技术应用于地下管网探漏，利用红外线、紫外线和太赫兹对温度和惰性气体感应敏锐的特性，通过红外摄像、紫外摄像、太赫兹摄像检测温度和惰性气体浓度变化，以进行地下管网的泄漏点的定位探测等漏损情况检测，能够快速准确地确定地下管网泄漏点，如供水管网漏水点，本发明尤其是对漏水点的维修开挖定位有重大实用价值。
[0026]本发明的泄漏探测方法，不仅适用于城市给排水、区域给排水、室内给排水、厂区给排水等给排水管网系统的管网检漏，还适用于煤气、热力、输油、化工等液体与气体的管网检漏，可用于给水管网、污水管网、煤气管网、热力管网、输油管线以及化工管网等地下管网的液体和气体泄漏的区域和大范围探测、泄漏区识别、泄漏点定位以及泄漏量计算等。
[0027]本发明跳出常规的声音探测原理的束缚，首创性地提出利用地下管网泄漏带来的地面温度变化或所泄漏的惰性气体浓度变化，采用摄像技术进行泄漏探测，成功解决了长期以来的地下管网测漏难题，本发明的应用有利于大范围有效地进行泄漏点识别，提高泄漏识别率和工作效率，具有重要的进步意义和广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为根据本发明地下管网泄漏探测方法实施例的流程图；
[0029]图2a和图2b为本发明实施例图像识别过程中的非极大值抑制示意图
[0030]图3a和图3b为由红外拍摄的管网漏水区域的照片所转化成的两幅灰度图像；
[0031]图4a_图4d示出对图3a所示灰度图像通过边缘检测方法处理，分别设置阈值为
0.00,0.01,0.05和0.1时的边界确定结果；
[0032]图5a-图5d示出对图3b所示灰度图像通过边缘检测方法处理，分别设置阈值为
0.00,0.01,0.05和0.1时的边界确定结果。
【具体实施方式】
[0033]以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
[0034]请参阅图1，在一种实施例中，通过以下流程进行地下管网泄漏探测。
[0035]根据地下管网的GIS信息、管网模型和城市的地形图，在历史资料分析的基础上，制定工作计划，选定需要探测泄漏的区域，探测的对象可以是泄漏点引起的周围温度变化或泄漏的惰性气体引起的周围气体浓度变化。
[0036]接下来对选定的区域进行拍摄。拍摄方式可以采用手工拍摄、车载仪器拍摄、航空拍摄或卫星拍摄。拍摄设备可以采用红外摄像机、紫外摄像机或太赫兹摄像机。可以根据气候条件、地面状况和拍摄时间，在实验基础上选定合适的拍摄波长。
[0037]可以结合地下管网GIS和城市地形图，根据天气条件和拍摄时间，沿管线走向连续拍摄。
[0038]优选地，沿管线走向，对选定的区域以一定的速度进行连续拍摄。拍摄的密度优选按照以下方式确定:一张照片最大化地覆盖地面面积、相邻二张照片有重叠区，且重叠区尽量小，保证在后续步骤中可识别拼接即可。
[0039]拍摄完图像后，进行图形拼接与组合。可以城市地形图为背景，结合管网GIS系统，通过图像识别技术识别重叠区，把多幅图拼接成一幅或几幅图。这种方式可以提高漏水识别的准确度和效率。
[0040]接下来进行图像处理。
[0041]先对彩色图进行灰度和噪声处理，使河流、池塘、沼泽地等影响漏水判断的物理因素最大限度地去除。
[0042]应用等值线原理，通过边缘检测的图像识别方法进行图像识别，识别温度突变区和惰性气体浓度突变区，确定相应的图像边缘区域，确定突变边界。确定边缘区域的基本方法是，识别出图像中灰度梯度发生突变的边缘区域，其可以通过设置不同的突变阈值来对灰度梯度是否突变进行判别，即检测出阶跃边缘，从而得到边界图像。
[0043]在边界确定的基础上，与管网GIS相结合，可以确定管网的准确泄漏点。
[0044]可以通过在图像中找出具有局部最大梯度幅值的像素点来检测阶跃边缘。优选的实施例采用以下边缘检测方法，既能提高对边缘的敏感性，精确确定边缘位置，同时又能提高对噪声的敏感，有效抑制噪声。
[0045]本实施例中，采用边缘检测滤波器，优选采用一阶微分滤波器，以二维高斯函数的任意方向上的一阶方向导数为噪声滤波器，通过与图像卷积进行滤波；然后对滤波后的图像寻找图像梯度的局部最大值，以此来确定图像边缘。根据对信噪比与定位乘积进行测度，得到最优化逼近算子。具体来说，该边缘检测方法包括以下步骤:
[0046]步骤1:用高斯滤波器平滑图象；
[0047]步骤2:用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向；
[0048]步骤3:对梯度的幅值进行非极大值抑制；
[0049]步骤4:用双阈值算法检测和连接边缘。
[0050]上述各步骤的具体数学描述如下:
[0051]步骤1:
[0052]二维为高斯函数为:
【权利要求】
1.一种地下管网泄漏探测方法，其特征在于，包括以下步骤: a.对管线所在区域进行红外、紫外或太赫兹摄像； b.对拍摄到的图像进行灰度处理，基于等值线原理利用边缘检测方法识别图像中灰度的梯度变化，以识别被拍摄区域中的温度或惰性气体浓度的梯度变化，并根据预设的梯度突变阈值确定存在温度突变的温度突变区边界或存在惰性气体浓度突变的惰性气体浓度突变区边界； c.根据所述温度突变区边界或所述惰性气体浓度突变区边界确定地下管网泄漏区域。
2.如权利要求1所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，步骤b中，所述边缘检测方法包括以下步骤: 1)用高斯滤波器平滑图象； 2)用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向； 3)对梯度的幅值进行非极大值抑制； 4)用双阈值算法检测并连接边缘。
3.如权利要求1或2所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，所述梯度突变阈值为 0.0O ?0.2。
4.如权利要求3所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，所述梯度突变阈值为0.1。
5.如权利要求1至4任一项所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，步骤a中，采用手工拍摄、车载仪器拍摄、航空拍摄或卫星拍摄。
6.如权利要求1至4任一项所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，步骤a中，沿管线走向进行连续拍摄，且相邻的图像具有重叠区，步骤b之前，通过识别重叠区，对连续拍摄的图像沿管线走向进行拼接组合。
7.如权利要求6所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，步骤b中，先结合管网GIS和城市地形图对连续拍摄的图像拼接组合。
8.如权利要求1至4任一项所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，步骤b中，在对图像进行识别之前进行降噪处理。
9.如权利要求1至4任一项所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，步骤a中，通过结合管网GIS，沿管线走向进行摄像，步骤c中，在边界确定的基础上，通过结合管网GIS，确定管网的泄漏点。
10.如权利要求1至8任一项所述的地下管网泄漏探测方法，其特征在于，所述地下管网为供水、供气、供热或供油管网。
【文档编号】F17D5/02GK103912791SQ201410038082
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】王荣合, 孙继龙, 杨海波, 平俊晖, 蔡亮, 肖朝红, 梁燚, 李思, 邹剑, 李珊珊, 罗靖, 王小雪 申请人:清华大学深圳研究生院