一种管网漏损点定位系统和方法

技术领域

本发明涉及管网监控技术，尤其涉及一种管网漏损点定位系统和方法。

背景技术

目前主流的管网漏损的检测技术大致有：通过人工的听音杆去听漏损点的声音，以辨别漏损点，但是该方法需要人工，操作困难，很难确定漏损点，环境条件较好的情况下，才能勉强判断一个大概的漏损位置，但是遇到积水区域或外部的噪音干扰，会误判，导致人力投入的浪费；管道电视检测技术在国外称作管道CCTV(Closed Circuit Television)检测，该系统由三部分组成：主控器，操纵线缆架、带摄像镜头的“机器人”爬行器，通过主控器控制“爬行器”在管道内前进速度和方向，并控制摄像头拍摄的图像传输到主控器显示屏上，通过图像的方式辨别出漏损点，该方法要求管道停水，特别是主管道，会引起大面积停水的困扰，另该方法需要开挖并断开管网，让爬行器放入管道内壁，操作困难，需要提前知晓漏损的大概位置，否则会带来很多盲目性：电磁探测检测方法，电磁探头在管内产生变化的磁场，在预应力钢丝中产生感应电流，若有钢丝断裂，感应电流就会中断，这要求整个管网需要布钢丝网，且电磁接收探头需要布置很密集，如果是不锈刚管这种方法就很难实现，只能对塑料管有作用，该方法具有局限性。

申请号为CN201910679368.8的专利文献公开了一种供水管网漏损监测及预警系统，其包括漏损隐患预警模块、已漏损报警模块、以及报警与预警综合管理平台，其中漏损隐患预警模块与已漏损报警模块分别通信连接于报警与预警综合管理平台，本发明一方面通过已漏损报警模块能够对已出现的漏损点进行准确定位和报警，另一方面能够通过漏损隐患预警模块对管网中可能存在的漏损隐患进行预警，漏损定位信息和漏损隐患预警信息会被汇总到报警与预警综合管理平台供操作人员参考查看。但是还不能完全解决上述问题。

因而现有的水管管网监控技术存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种管网漏损点定位系统和方法，用以解决背景技术提到的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种管网漏损点定位系统，包括漏损点检测站和若干个声呐装置；若干所述声呐装置按照预定方案装设在管网中；

所述声呐装置，用于获取装设位置处的检测数据，所述检测数据至少包括声音波形、位置信息和发生时间；

所述漏损点检测站，用于接收若干所述声呐装置的检测数据，根据所述检测数据中的所述声音波形、所述位置信息和所述发生时间，确定管网漏损点具体位置。

优选的，所述的管网漏损点定位系统，所述声呐装置包括被动声呐传感器、对比模块、滤波模块、处理模块、通信模块和定位模块；

所述被动声呐传感器，用于采集声音波形并传送到所述处理模块中；

所述处理模块，用于在接收到所述声音波形后，协调所述滤波模块、所述对比模块、所述通信模块正常工作；

所述滤波模块，用于根据所述处理模块的指令对声音波形进行滤波处理；

所述对比模块，用于根据处理模块的指令进行声音波形与漏损点声音波形进行对比，并将对比结果输送到处理模块中；

所述通信模块与所述处理连接，用于与所述漏损点检测站进行数据交互；

所述定位模块与所述处理模块连接，用于获取位置信息以及同步时间。

优选的，所述的管网漏损点定位系统，所述滤波模块为小波变换处理模块。

优选的，所述的管网漏损点定位系统，所述定位模块为北斗定位装置或GPS定位装置，具有外置天线；所述外置天线引出地面。

优选的，所述的管网漏损点定位系统，所述通信装置为NB-IoT低功耗无线传输模块。

优选的，所述的管网漏损点定位系统，所述被动声呐传感器装设在管道内部。

优选的，所述的管网漏损点定位系统，所述漏损点检测站包括服务器以及与所述服务器连接的通信装置；所述通信装置与所述通信模块连接。

一种适用所述的管网漏损点定位系统的管网漏损点定位方法，包括步骤：

S1、获取管网中各个关键位置的检测数据并汇聚到漏损点检测站；所述检测数据至少包括声音波形、位置信息和发生时间；

S2、漏损点检测站根据所述检测数据中的声音波形、位置信息和所述发生时间，确定管网漏损点的确定位置。

优选的，所述的管网漏损点定位方法，步骤S1中，每个关键位置处的检测数据获取过程具体包括：

S11、获取关键位置处非漏损声音信号，提取并记录非漏损特征值；

S12、实时监控关键位置处实测声音信号，提取实测特征值，判定所述实测特征值与所述非漏损特征值之前的差值是否超过预定阈值，若是，则执行步骤S13；若否，则执行步骤S11；

S13、对关键位置进行声音录波，获取声音波形、位置信息和发生时间形成检测数据汇聚到漏损点检测站。

优选的，所述的管网漏损点定位方法，所述步骤S2具体包括：

获取两个相邻关键位置处上传的所述声音波形的实测特征值；

确定相同实测特征值在两个相邻关键位置出现的发生时间；

根据两个相邻关键位置的距离以及相应的所述发生时间，获取漏损点具体位置。

相较于现有技术，本发明提供的一种管网漏损点定位系统和方法，具有以下有益效果：

1)本发明提供的管网漏损点定位系统采用若干声呐装置分布式装设在管网中的关键位置上，根据相应的检测数据，实现漏算点的精准定位，方便快捷；

2)本发明提供的管网漏损点定位系统中声呐装置采用小波变换提出漏损点声波特征值，经过阀值降噪，包络提取，特征值提取，标定极大值的时标，且多次录波，保证现场的稳定性，具有较强的抗干扰能力；

3)本发明提供的管网漏损点定位系统的声呐装置采用定位卫星系统高精度授时，同步了各个测量点声呐传感器的采集的发生时间，从而使测量精度更高。

附图说明

图1是本发明提供的管网漏损点定位系统的结构框图；

图2是本发明提供的声呐装置的内部结构框图；

图3是本发明提供的管网漏损点定位系统的实施框架图；

图4是本发明提供的漏损点精准计算原理图；

图5是本发明提供的管网漏损点定位方法的流程图；

图6是本发明提供的声呐装置获取检测数据流程图；

图7是本发明提供的漏损点检测站获取漏损点精确位置流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本领域技术人员应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述是本发明的示例性和说明性的具体实施例，不意图限制本发明。

本文中术语“包括”，“包含”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括步骤列表的过程或方法不仅包括那些步骤，而且可以包括未明确列出或此类过程或方法固有的其他步骤。同样，在没有更多限制的情况下，以“包含...一个”开头的一个或多个设备或子系统，元素或结构或组件也不会没有更多限制，排除存在其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件或其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件。在整个说明书中，短语“在一个实施例中”，“在另一个实施例中”的出现和类似的语言可以但不一定都指相同的实施例。

除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。

请参阅图1，本发明提供一种管网漏损点定位系统，包括漏损点检测站1和若干个声呐装置2；若干所述声呐装置2按照预定方案装设在管网中；具体的，所述预定方案中的装设位置优选为按照一些关键节点处的水表位置，或者按照管网中重要的转弯位置，或者开关节点位置，所述开关节点位置一般为管道井；声呐装置2与漏损点检测站1通信连接，所述通信连接可以是无线连接，也可是有线连接。

所述声呐装置2，用于获取装设位置处的检测数据，所述检测数据至少包括声音波形、位置信息和发生时间；具体的，所述声呐装置2在漏损点定位系统中，主要是检测的终端设备，在本实施例中，将所述声呐装置2按照预定方案装设后，用于检测当前安装位置所能检测到的所有检测数据，进而同步位置信息和发生时间。一般实施中，所述声呐装置2仅仅用于检测数据，将所有的数据上传到漏损点检测中即可，在其他的实施例中，还可以对检测到的声音波形进行对比判定，当确定出现疑似漏损点的声音波形数据后，才会将检测数据发送到漏损点检测站1中。

所述漏损点检测站1，用于接收若干所述声呐装置2的检测数据，根据所述检测数据中的所述声音波形、所述位置信息和所述发生时间，确定管网漏损点具体位置。

具体的工作原理如下：所述声呐设备可以自发的自动检测数据并上传到所述漏损点检测站1，也可以是受所述漏损点检测站1的控制进行数据的被动检测；在检测前，确定非漏损声波和漏损声波的特征数据，并进行存储，在本实施例中，主要使用非漏损声波对比方式进行检测，即使用实测声波与非漏损声波进行比对，当二者之间的差值相差较大时，判定存在漏损点，否则判定不存在漏损点，这样可以防止漏检。所述漏损点检测站1将所有的声呐设备发送的检测数据进行检测，再确定是否存在两个相邻声呐设备均出现漏损点，若是则初步判定二者之间存在漏损点，否则即初步判定疑似漏损点，关注风险即可。在具体实施中，所述漏损点检测站1还根据接收到的位置信息将每个声呐设备在地图上使用图形化展示，方便快速确定漏损点。

请参阅图2，作为优选方案，本实施例中，所述声呐装置2包括被动声呐传感器21、对比模块22、滤波模块23、处理模块24、通信模块25和定位模块26；

所述被动声呐传感器21，用于采集声音波形并传送到所述处理模块24中；优选的，所述被动声呐传感器21为水听器。当然，在进一步的实施中，可以存在两个被动声呐装置2，一个为水听器，用于检测漏损点声波；另一个用于检测环境的背景声波，方便滤除噪声，优选为加速度传感器。

所述处理模块24，用于在接收到所述声音波形后，协调所述滤波模块23、所述对比模块22、所述通信模块25正常工作；

所述滤波模块23，用于根据所述处理模块24的指令对声音波形进行滤波处理；作为优选方案，本实施例中，所述滤波模块23为小波变换处理模块24。所述被动声呐传感器21检测到的声音波形一般会具有大量的噪声数据，会夹杂水流声音以及其他外界的干扰，为了排除干扰，因此需要使用小波变换处理声音波形数据，进行阀值去噪、包络提取、声音定位、特征值提取，并将处理后的数据发送到所述处理模块24。使用所述滤波模块23将声音波形中的噪声去除，同时提取得到声音波形的特征值，方便对比模块22操作。一般情况下，除去噪声之后的声波即为特征值，但是在其他实施例中，则可以使用其他方式进行特征值提取，本发明不做限定。具体的，在阀值去噪中利用小波的多分变率特性对信号进行多层分解(一般8次)对每层实施阀值去噪、得到去噪后的漏损点声音信号，对去噪后在进行信号重构、包络分解提取到小波包络，然后提取特征值。

所述对比模块22，用于根据处理模块24的指令进行声音波形与漏损点声音波形进行对比，并将对比结果输送到处理模块24中；优选的，所述漏损声波和所述非漏损声波的特征数据均被保存在所述对比模块22中，当处理模块24调用所述对比模块22时，将需要对比的实测声波与其中的所述非漏损声波进行判定对比，确定是否存在漏损点。当然，在具体实施中，所述非漏损声波实施更新，在确定当前声波不是漏损点声波特征时，将新的非漏损声波进行存储。

所述通信模块25与所述处理连接，用于与所述漏损点检测站1进行数据交互；作为优选方案，本实施例中，所述通信装置为NB-IoT低功耗无线传输模块，即采用无线通信方式与漏损点检测站1通信连接。

所述定位模块26与所述处理模块24连接，用于获取位置信息以及同步时间。作为优选方案，本实施例中，所述定位模块26为北斗定位装置或GPS定位装置，具有外置天线；所述外置天线引出地面。进一步优选为GPS定位装置，用于同步各个节点上声呐装置2的录波时间，GPS定位装置还有定位功能，定位节点的位置信息；GPS授时精度高，精度可以到ns级别，适合同步各个测量点录波开启时间。

作为优选方案，本实施例中，所述漏损点检测站1包括服务器(未标示，图3中采集服务器、防火墙、应用系统和交换机可以构成一个服务器)以及与所述服务器连接的通信装置(未示图)；所述通信装置与所述通信模块25连接。

具体的，请参阅图3和图4，漏损点检测站1负责相邻的两个声呐装置2之间计算，确认漏损点位置，设关键位置A1处的声呐装置2与关键位置A4处的声呐装置2检测到漏损声波，节点17表示漏损点，两个声呐装置2之间的距离为L，且GPS能定位到两个点的位置信息，两个测量点采集的声波通过小波变换处理提取特征值，假如相同特征值分别出现在t1、t2(因为漏损点距离两个关键位置A1/A4上的声呐装置2之间的距离不同导致出现的时间点不同，本实施例中，关键位置A1出现该相同特征值的时间间隔为t1，关键位置A4出现该相同特征值的时间间隔为t2)，即可推算出漏损点的声波传输速度以及漏损点位置与关键位置A1的距离L1：

V＝L/(t1+t2)；

L1＝V*t1。

相应的，请参阅图5，本发明还提供一种适用上述中所述的管网漏损点定位系统的管网漏损点定位方法，包括步骤：

S1、获取管网中各个关键位置A1-A12的检测数据并汇聚到漏损点检测站1；所述检测数据至少包括声音波形、位置信息和发生时间；所述声呐设备可以自发的自动检测数据并上传到所述漏损点检测站1，也可以是受所述漏损点检测站1的控制进行数据的被动检测；在检测前，确定非漏损声波和漏损声波的特征数据，并进行存储，在本实施例中，主要使用非漏损声波对比方式进行检测，即使用实测声波与非漏损声波进行比对，当二者之间的差值相差较大时，判定存在漏损点，否则判定不存在漏损点，这样可以防止漏检。所述关键位置A1-A12优选为上述漏损点定位系统中声呐装置2安装位置，相应的装置操作如上述。

S2、漏损点检测站1根据所述检测数据中的声音波形、位置信息和所述发生时间，确定管网漏损点的确定位置。具体的，请参阅图3和图4，漏损点检测站1负责相邻的两个声呐装置2之间计算，确认漏损点位置，设关键位置A1处的声呐装置2与关键位置A4处的声呐装置2检测到漏损声波，节点17表示漏损点，两个声呐装置2之间的距离为L，且GPS能定位到两个点的位置信息，两个测量点采集的声波通过小波变换处理提取特征值，假如相同特征值分别出现在t1、t2(因为漏损点距离两个关键位置A1/A4上的声呐装置2之间的距离不同导致出现的时间点不同，本实施例中，关键位置A1出现该相同特征值的时间间隔为t1，关键位置A4出现该相同特征值的时间间隔为t2)，即可推算出漏损点的声波传输速度以及漏损点位置与关键位置A1的距离L1：

V＝L/(t1+t2)；

L1＝V*t1。

请参阅图6，作为优选方案，本实施例中，步骤S1中，每个关键位置A1-A12处的检测数据获取过程具体包括：

S11、获取关键位置A1-A12处非漏损声音信号，提取并记录非漏损特征值；

在本实施例中，所述漏损点检测站1下发控制命令，驱动声呐装置2在主动上报时，接收系统的命令并执行，命令要求声呐装置2监听非漏损状态下管网的声波；声呐装置2工作之前，需要GPS授时，同步分布在各个管网节点声呐装置2的记录波形的时间，声呐装置2采集的非漏损状态下的波形特征，通过小波变换提取非漏损状态下的特征值(特征值包括频率、幅值、相位等信息，这里主要是10K-15K声波的极大值，采用小波变换的通用功能，本发明不做限定)，将非漏损状态下的特征值存入对比模块22中。

作为优选方案，使用所述被动声呐传感器21获取本实施例中，所述滤波模块23为小波变换处理模块24。所述被动声呐传感器21检测到的声音波形一般会具有大量的噪声数据，会夹杂水流声音以及其他外界的干扰，为了排除干扰，因此需要使用小波变换处理声音波形数据，进行阀值去噪、包络提取、声音定位、特征值提取，并将处理后的数据发送到所述处理模块24。使用所述滤波模块23将声音波形中的噪声去除，同时提取得到声音波形的特征值，方便对比模块22操作。一般情况下，除去噪声之后的声波即为特征值，但是在其他实施例中，则可以使用其他方式进行特征值提取，本发明不做限定。具体的，在阀值去噪中利用小波的多分变率特性对信号进行多层分解(一般8次)对每层实施阀值去噪、得到去噪后的漏损点声音信号，对去噪后在进行信号重构、包络分解提取到小波包络，然后提取特征值。

S12、实时监控关键位置A1-A12处实测声音信号，提取实测特征值，判定所述实测特征值与所述非漏损特征值之前的差值是否超过预定阈值，若是，则执行步骤S13，实现检测数据的上传；若否，则执行步骤S11，实现非漏损特征值的实时更新；所述实测声音信号通过装设在所述关键位置A1-A12处的声呐装置2中的被动声呐传感器21获取，进而采用上述中滤波模块23进行滤波以及特征值提取后进行判定，所述预定阈值根据需求已经灵敏度设定，本发明不做限定。

S13、对关键位置A1-A12进行声音录波，获取声音波形、位置信息和发生时间形成检测数据汇聚到漏损点检测站1。应当说明的是，所述声音录波为进行多次检测实测声音信号，进而形成声音波形，结合所述定位信息和发生时间生成检测数据发送到漏损点检测站1。

具体的，声呐装置2中GPS多次授时，各个管网节点多次录波，声呐传感器多次采集，通过声呐装置2的滤波模块23，提取特征值，经过声呐装置2对比模块22，调用对比库，若实测特征值经过多次声呐传感器采样后发现有一次出现特征值与非漏损状态下的特征值基本没区别，判定这几次采集中出现的特征值变化是干扰信号，可能外界环境存在声波干扰，进入步骤S11；若声呐传感器多次采样后，特征值都出现了很大的变化，判定管网节点之间存在漏损点，但是还无法确认哪两个相邻节点，则将所述检测数据上传至漏损点检测站1中。

请参阅图7，作为优选方案，本实施例中，所述步骤S2具体包括：

获取两个相邻关键位置A1-A12处上传的所述声音波形的实测特征值；判定两个所述实测特征值是否相同，若是则确定相邻的两个关键位置A1-A12之间存在漏损点。若相邻的两个关键位置A1-A12上的两个实测特征值不相同，则判定二者之间不存在漏损点，但是需要对二者之间进行关注。

确定相同实测特征值在两个相邻关键位置A1-A12出现的发生时间；

根据两个相邻关键位置A1-A12的距离以及相应的所述发生时间，获取漏损点具体位置，进而通知维修人员进行维修；通知的方式包括向维修人员的移动终端上发送文字信息、图像信息或指引信息。请参阅图3和图4，漏损点检测站1负责相邻的两个声呐装置2之间计算，确认漏损点位置，设关键位置A1处的声呐装置2与关键位置A4处的声呐装置2检测到漏损声波，节点17表示漏损点，两个声呐装置2之间的距离为L，且GPS能定位到两个点的位置信息，两个测量点采集的声波通过小波变换处理提取特征值，假如相同特征值分别出现在t1、t2(因为漏损点距离两个关键位置A1/A4上的声呐装置2之间的距离不同导致出现的时间点不同，本实施例中，关键位置A1出现该相同特征值的时间间隔为t1，关键位置A4出现该相同特征值的时间间隔为t2)，即可推算出漏损点的声波传输速度以及漏损点位置与关键位置A1的距离L1：

V＝L/(t1+t2)；

L1＝V*t1。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。