一种管网运行监测系统及方法与流程

本发明属于管网运行监测，尤其涉及一种管网运行监测系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、城市地下管网容纳了多种管线，例如燃气、热力、给水、雨水等，这些管线深埋地下，平时无法巡视，一旦发生管道泄露，将产生重大危害，影响正常生产生活。如何确保这些管线的安全运行，成为目前亟待解决的问题。

3、现有技术专利号201620639824.8介绍了利用物联网传感器采集管道压力、流量，当出现异常时，控制中心进行关阀命令。

4、现有技术专利号201710071287.0，介绍了利用液位仪分析判断管廊内是否积水，当发生积水时，利用plc关断管线阀门。

5、上述现有技术至少存在以下问题：

6、1、长距离输送管网位于城市偏远地区，城市电力无法达到，或者由于城市电力故障会导致管网监测系统的压力检测、阀门切断缺乏市电供电，继而导致整个管网的监测系统无法安全、稳定的运行。

7、2、在实现管网运行监测时，由于给水、中水、热力等管线管径较大，仅仅依靠测量管道压力去判断关阀门，存在较大干扰风险，干扰主要包括测量误差、传感器故障、流体噪声等。在管道可接受的干扰内，如果监测到压力超过设定值，启动关阀操作，将会导致阀门误动作。每关一次阀门需要动作时间，且误动作关阀后，对片区内市政产生严重影响。

8、另外，管道内压力上限值称为屈服强度，现有的管道压力检测方法，一旦管道压力超过屈服强度，则进行关阀。此种方法的局限性在于：

9、a.测量误差、传感器故障、流体噪声很容易产生干扰，导致误动作关阀、非计划切断管网，给用户带来不必要困难和经济损失。

10、b.即使某几个测量点超过设定上限值，并不会瞬间破坏管道导致材料形变，只有当压力累积时间双重作用，达到某一限值，才会导致管道不可逆形变发生爆管。

11、3、在实现管网运行监测时，现有技术利用管廊内液位监测判断是否发生泄漏，该方案属于事后监测，即管廊内发生爆管，积水达到一定深度，才发出告警，切断阀门，此种手段不具有实时性及可预测性，无法避免泄露的发生。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种管网运行监测系统，能够确保管线的安全运行。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、第一方面，公开了一种管网运行监测系统，包括：

4、压力检测装置及智能检测主机；

5、所述智能检测主机包括智能控制器，所述智能控制器包括模糊控制器；

6、管网的相邻阀门井之间作为一个区段，在每个区段的首端和尾端的阀门井内均设置压力检测装置；

7、所述压力检测装置实时测量管网运行压力并传输至所述智能控制器，所述智能控制器对接收到的管网运行压力进行处理得到指数滑动平均值，并基于指数滑动平均值得到平均最大值，对实时测量管网运行压力与平均最大值的差值积分得到压力积分值；

8、所述模糊控制器以压力积分值及实时测量管网运行压力为输入，进行模糊推理，判断是否关断阀门或者告警。

9、作为进一步的技术方案，还包括光伏储能设备，所述光伏储能设备分别为压力检测装置及智能检测主机供电。

10、作为进一步的技术方案，所述压力检测装置包括压力检测电路，所述压力检测电路包括压力传感器，所述压力传感器将测量的信号传输值第二放大器及第四放大器，所述第二放大器的负极端连接至第三放大器的正极端，所述第三放大器及第四放大器的输出分别连接至第一放大器的输入端，所述第一放大器输出管道的压力差信号。

11、作为进一步的技术方案，所述压力检测装置还包括阀门切断电路，阀门切断电路采用双向导通的晶闸管，可以直接通断电磁阀交流供电回路。

12、第二方面，公开了一种基于光伏供电的管网运行监测方法，包括：

13、实时测量管网运行压力；

14、对接收到的管网运行压力进行处理得到指数滑动平均值，并基于指数滑动平均值得到平均最大值，对实时测量管网运行压力与平均最大值的差值积分得到压力积分值；

15、以压力积分值及实时测量管网运行压力为模糊控制器输入，进行模糊推理，判断是否关断阀门或者告警。

16、作为进一步的技术方案，以压力积分值及实时测量管网运行压力为模糊控制器输入，进行模糊推理，如果管道超出承受范围，则切断相邻管道阀门及上游泵站，防止事故发生，如果管道压力低于正常范围，则发出告警，提醒现场巡检。

17、作为进一步的技术方案，对接收到的管网运行压力进行处理得到指数滑动平均值，具体计算方式为：

18、v(k)＝α*v(k-1)+(1-α)*p(k)      公式(1)

19、其中，v(k):最近的个采样时刻的平均值；

20、p(k):k时刻测量的管网运行压力采样值；

21、α:可调节超参。

22、作为进一步的技术方案，还包括：基于公式(1)计算一个控制周期内的采样结果，获得指数滑动平均曲线，基于该曲线将误差删除。

23、作为进一步的技术方案，针对一个控制周期内的采样结果，采用冒泡排序算法求最大均值、最小均值；

24、对数组内的最大均值、最小均值进行剔除后，分别取数组前五项、后五项的平均值作为最大、最小均值。

25、作为进一步的技术方案，对实时测量管网运行压力与平均最大值的差值积分得到压力积分值，具体计算公式为：

26、计算公式：s＝∫|p(k)-av_max|；       公式(2)

27、式中，s为压力积分值；

28、p(k)为压力检测值；

29、av_max为冒泡排序计算的最大值。

30、作为进一步的技术方案，模糊控制器以压力积分值及实时测量管网运行压力为输入，进行模糊推理，判断是否关断阀门或者告警，具体为：

31、在出厂时，测定管道变形的极限压力p_max和作用时间t1，则有s_max＝p_max*t1；

32、在管道正常运行时，统计管道全年正常最低压力值p_min(该值一年中至少出现5次)，定义s_min＝p_max*1min；

33、当测量压力p(k)，超过冒泡排序法计算的平均最大值，则启动积分计算，当计算值超过s_max，则关断相邻区段阀门，并关断上游泵站加压水泵；

34、假定s1<s_max<s2，只有s2区域执行关断；

35、当测量压力p(k)，小于冒泡排序法计算的平均最小值，则启动积分计算，当计算值超过s_min，则发出警告，提醒该区段管道出线压力下降，需要去运维检查。

36、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

37、为了避免单纯的压力监测导致的误动作的问题，本发明技术方案利用在线自学习，获取本区段管线的实时平均最大值、实时平均最小值，精准计算了管线的运行范围。地下管线不同区段，因距离升压泵站远近不同，管网实际运行压力不尽相同。通过在线自学习，绘制该区段管网的压力运行上限值、下限值，更好掌握管线实际情况。

38、本发明利用指数滑动平均算法对数据进行处理，采样时刻越近，赋予权重越大，越体现当前变化情况。有效消除误差干扰，对异常点做平滑处理。

39、本发明提出了压力积分算法，引入压力累积时间的方法，基于管道自身承压特点：某几个点压力超过限值，不会导致形变。只有压力累积时间到限制，才会不可逆形变。压力累积时间大为提高了阀门关断的稳定性、准确性和快速性。稳定性：避免了只有压力测量时，在压力上限值附近频繁关断的误动作；准确性：大大提高了阀门关断准确性，在管道塑性形变之前，准确关阀，保证管道可靠；快速性：算法速度快，匹配管道流体特性，快速关阀。

40、本发明提高了运维人员的巡检效率。地下管线长，多达十几公里，仅仅靠人工巡检，需要耗费大量人力物力，且无法精确定位故障点。本发明能够精确定位管线的故障位置，通过提前预判，发出危险信号。

41、针对长输管网有可能位于郊区，城市电力无法送达，为阀门井专门设置箱变，造价昂贵，且敷设电缆施工难度大。本发明光伏供电装置很好的解决了远离城市管段的检测供电问题，降低了造价和实施难度。

42、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。