一种基于超声波水表的管网漏损监测系统

技术领域

本发明涉及管网漏损监测领域，尤其涉及一种基于超声波水表的管网漏损监测系统。

背景技术

超声波水表采用管段式结构，内无传动部件，不存在机械磨损造成的计量不准等问题，同时超声波水表具备数据远传功能，可以将数据同步到管理平台，利于供水管理部门进行数据分析工作，对控制管网漏损起着重要的作用。

供水管网漏损水主要由于供水管网老化，管材质量不佳，附属设施腐蚀严重，更换不及时造成的漏损；施工质量不高造成管道漏水，管道接口处刚性太强，发生不均匀沉降时，管道易产生环向断裂或大头处挠断而造成大的漏损;管道接口质量不好，安装完成后通水即有渗漏等；管道内壁防腐不均匀，受腐蚀，直接影响输水能力和水质，造成管道强度降低，易发生爆管现象。

目前对供水管网漏损的监测主要采用监测区域内的流量和压力节点实施远程实时监测，可及时发现管网供水异常，又可测算出区域的漏损情况、并辅助查找漏点，但目前监测方式无法精确定位漏损位置。

发明内容

为此，本发明提供一种基于超声波水表的管网漏损监测系统，可以解决现有技术无法精准定位管网漏损位置的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于超声波水表的管网漏损监测系统，包括：

信息处理装置，包括若干声音传感器，设置于管网内部，用于检测管网内部声音强度，所述信息处理装置还包括若干湿度传感器，设置于管网外部与所述声音传感器位置对应，用于检测管网外部湿度值；

中控处理模块，所述中控处理模块分别与所述声音传感器和所述湿度传感器通过无线连接；

所述中控处理模块获取超声波水表的管网布局，按区域人口划分监测区域，以单个监测区域内所述超声波水表为原点，在与地面平行的横截面为X轴Y轴构成的平面，以所述超声波水表其中一条连接管道确定X轴，进而确定Y轴，以地面的法线确定Z轴，建立三维坐标系,所述超声波水表坐标为A0(X0,Y0,ZO)，同时确定信息处理装置位置坐标An(Xn,Yn,Zn)，所述信息处理装置位置坐标为该位置所述声音传感器及所述湿度传感器坐标，n为信息处理装置编号；

所述中控处理模块获取超声波水表的管网数据，并通过所述声音传感器获取管网漏损范围，通过所述湿度传感器确定管网漏损位置；

其中，初次启动所述中控处理模块时，中控处理模块进入学习模式，所述中控处理模块监测管网内用水流动，所述超声波水表监测实时水流速度为V，记录第n位所述声音传感器检测的声音强度为Pn，设置声音强度指数Wn,Wn=Pn×V,其中n为信息处理装置编号；在监测管网漏损时，所述中控处理模块通过所述声音传感器实时反馈的声音强度与水流实时速度的乘积得到管网漏损声音强度指标与中控处理模块记录的管网漏损声音强度指数相比较，根据中控处理模块记录的信息处理装置坐标判断管网漏损范围；

所述中控处理模块预设湿度值与管网漏损位置函数关系，所述中控处理模块在确定管网漏损范围的基础上，根据信息处理装置坐标，及所述信息装置位置处所述湿度传感器反馈的数值，确定管网漏损具体位置。

进一步地，所述中控处理模块预设学习模式，初次启动所述中控处理模块，所述中控处理模块获取时间段ta内超声波水表水流速度Vi，所述声音传感器检测声音强度为P1i、P2i、P3i至Pni，其中n为信息处理装置编号,学习次数为i，当停止所述中控处理模块学习模式，学习模式总时间为T，T=ta×i，所述超声波水表在时间T内记录的用水总流量为Q，所述中控处理模块计算第n位声音强度平均值Pnp,Pnp=(Pn1+Pn2+Pn3+...Pni)/i,水流平均速度Vp，V’=(V1+V2+V3...+Vi)/i，所述中控处理模块计算第n位声音强度指数误差参数Vpn，Vpn=Pnp×Vp

进一步地，所述中控处理模块记录第n位管网漏损声音强度指数误差参数为Vpn，所述中控处理模块获取实时水流速度为V’,第n位所述声音传感器反馈的声音强度数值Pn’，所述中控处理模块计算第n位实时声音强度指数Wn’,Wn’=Pn’×V’,与所述中控处理模块记录的第n位声音强度指数Wn相比较，当Wn’与Wn差值的绝对值小于Vpn，所述中控处理模块判定第n位声音传感器位置处相邻位置管网无漏损情况发生；当Pn’与Pn差值的绝对值大于Vpn，所述中控处理模块判定第n位声音传感器位置处相邻位置管网有漏损。

进一步地，所述中控处理模块获取所述信息处理装置第n位的相邻位，第m位和第o位，第m位的实时声音强度指数为Wm’，第o位的实时声音强度指数为Wo’,所述中控处理模块记录的第m位和第o位声音强度指数为Wm和Wo，所述中控处理模块获取第m位实时声音强度指数和中控处理模块记录的声音强度指数差值的绝对值为ΔWm，ΔWm=|Wm’-Wm|，中控处理模块获取第o位实时声音强度指数与中控处理模块记录的声音强度指数差值的绝对值为ΔWo，ΔWo=|Wo’-Wo|，所述中控处理模块根据ΔWm与ΔWo相比较，判定管网漏损位置范围，

当ΔWm≥ΔWo，所述中控处理模块判定管网漏损位置在第m位和第n位之间；

当ΔWm＜ΔPWo，所述中控处理模块判定管网漏损位置在第n位和第o位之间。

进一步地，所述中控处理模块判定管网漏损范围为第m位和第n位之间，第m位坐标为（Xm,Ym,Zm）,第n位坐标为（Xn,Yn,Zn）,所述中控处理模块根据信息处理装置位的坐标,根据坐标与原点的位置，设定较原点位置近的位点为参照位,同时判断第n位和第m位的相对位置，所述中控处理模块预设第m位与第n位之间的距离为L’，

当Ym=Yn,所述中控处理模块判定第m位和第n位位于X轴和Z轴构成的平面上,

当Zm=Zn,所述中控处理模块判定第m位和第n位位于Y轴和X轴构成的平面上，

当Xm=Xn,所述中控处理模块判定第m位和第n位位于Y轴和Z轴构成的平面上，

进一步地，所述中控处理模块预设管网漏损范围位置点的湿度值与管网漏损位置函数关系，所述中控处理模块预设管网漏损范围位置点为第m位和第n位，第m位和第n位之间的距离为L，拟定第m位为参照点，每隔L/（i+2）距离设置管网漏损点，管网漏损点为 c1,c2,c3至ci，i为漏算点总数。所述中控处理模块控制所述湿度传感器分别测量当管网漏损点ci漏损时,第m位和第n位处的湿度值为Smi和Sni;所述中控处理模块根据管网漏损点距第m位的位置，与所述湿度传感器测量的各漏损点漏损时，第m位和第n位处的湿度值，编辑信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系；所述中控处理模块根据信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系，拟定信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系函数，以第m位为参照点，管网漏损位置距参照点m的距离为l,l=L×f(Sm,Sn)。

进一步地，所述中控处理模块根据预设湿度值与管网漏损位置对应关系,确定漏损位置距参照位距离为L’，所述中控处理模块获取参照位点为第m点，

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于X轴和Z轴构成的平面上，所述漏损位置W,W(Xm+L’×（Xn-Xm）/l，Ym,Zm+L’×（Zn-Zm）/l);

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于Y轴和X轴构成的平面上，所述漏损位置W,W(Xm+L’×（Xn-Xm）/l,Ym+L’×（Yn-Ym）/l,Zm);

所述中控处理模块判定第m位和第n位Y轴和Z轴构成的平面上，所述漏损位置W,W(Xm,Ym+L’×（Yn-Ym）/l,Zm+L’×（Zn-Zm）/l)。

进一步地，所述中控处理模块预设管网设置环境对管网漏损距离修正参数,其中，土壤环境对管网漏损距离修正参数D1，水泥环境对管网漏损距离修正参数D2，空气环境对漏损距离修正参数D3，其中，D1=1.5,D2=1.8,D3=1。

进一步地，所述中控处理模块预设信息处理装置相对位置修正参数G，根据所述信息处理装置相对位置确定信息处理装置相对角度θ，所述第m位信息处理装置坐标位置为（Xm,Ym,Zm）,第n位坐标为（Xn,Yn,Zn），

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于同一X轴和Z轴构成的平面上,

第m位和第n位相对于X轴的角度为θ，tanθ=|Zm-Zn|/|Xm-Xn|；

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于同一Y轴和X轴构成的平面上,不需要对信息处理装置相对位置进行修正；

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于同一Y轴和Z轴构成的平面上，第m位和第n位相对于Y轴的角度为θ，tanθ=|Zm-Zn|/|Ym-Yn|；

当tanθ＞1，即45°＜θ＜90°，G=g/10×(2-tanθ)/（tanθ-1）；

当tanθ≤1，即0°≤θ≤45°，G=g/10×(1-tanθ)/（1+tanθ）；

式中，g为重力加速度 。

进一步地，所述中控处理模块根据修正参数修正管网漏损位置距端点值的距离l’,l’=l×Di×G，式中，l为所述中控处理模块获取的漏损位置距参照位距离,Di为管网设置环境对管网漏损距离修正参数，G为信息处理装置相对位置修正参数G。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置中控处理模块，设置学习模式，获取声音强度指数，在使用本发明监测管网漏损时，中控处理模块通过所述声音传感器实时反馈的声音强度指标与中控处理模块记录的管网漏损声音强度指数相比较，根据中控处理模块记录的信息处理装置坐标判断管网漏损范围；同时中控处理模块预设湿度值与管网漏损位置函数关系，中控处理模块获取所述信息装置位置所述湿度传感器反馈的数值，确定管网漏损具体位置。

尤其，本发明通过中控处理模块预设学习模式,根据学习模式所述中控处理模块获取每个信息处理装置的位置学习模式过程中水流的平均速度、平均声音强度，水流总流量及学习模式的时间，计算每个信息处理装置的位置处的声音强度指数误差参数，根据中控处理模块实时计算的某位处声音强度指数于中控处理模块记录的该位置声音强度指数差值的绝对值与中控处理模块记录的声音强度指数误差参数相比较，以便准确的判断管网是否漏损。

尤其，本发明通过在中央处理系统设置计算程序，根据管网漏损处相邻的信息处理装置位坐标判断管网漏损处所处的平面，同时根据坐标计算管网漏损处相邻的信息处理装置位的距离，以便确定管网漏损的位置。

尤其，本发明在判断管网某信息处理装置位附近有漏损的基础上，对该位置处相邻的信息处理装置位置管网漏损声音强度指数进行计算，根据实时管网漏损声音强度指数与中控处理模块记录的某信息处理装置位的管网漏损声音强度指数差值相比较，判断管网漏损范围。

尤其，本发明设置信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系函数，根据中控处理模块在管网漏损范围位置点处获取的湿度值，计算管网漏损位置距参照点的距离，以便确定管网漏损位置。中控处理模块计算管网漏损处相邻的信息处理装置位的距离后，根据中控处理模块设定的计算方式获取管网漏损处的坐标。

尤其，本发明设置环境对漏损距离修正系数矩阵及信息处理装置相对位置修正参数，以便更准确的对管网漏损的位置定位。

附图说明

图1为发明实施例基于超声波水表的管网漏损监测系统模式图；

图2为发明实施例基于超声波水表的管网漏损监测系统示意图；

图中，1、超声波水表；2、声音传感器；3、湿度传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2所示，本实施例基于超声波水表的管网漏损监测系统，包括，信息处理装置，包括若干声音传感器，设置于管网内部，用于检测管网内部声音强度，所述信息处理装置还包括若干湿度传感器，设置于管网外部与所述声音传感器位置对应，用于检测管网外部湿度值；中控处理模块，所述中控处理模块分别与所述声音传感器和所述湿度传感器通过无线连接；

所述中控处理模块获取超声波水表的管网布局，按区域人口划分监测区域，以单个监测区域内所述超声波水表为原点，在与地面平行的横截面为X轴Y轴构成的平面，以所述超声波水表其中一条连接管道确定X轴，进而确定Y轴，以地面的法线确定Z轴，建立三维坐标系,所述超声波水表坐标为A0(X0,Y0,ZO)，同时确定信息处理装置位置坐标An(Xn,Yn,Zn)，所述信息处理装置位置坐标为该位置所述声音传感器及所述湿度传感器坐标，n为信息处理装置编号；

所述中控处理模块获取超声波水表的管网数据，并通过所述声音传感器获取管网漏损范围，通过所述湿度传感器确定管网漏损位置；

其中，初次启动所述中控处理模块时，中控处理模块进入学习模式，所述中控处理模块监测管网内用水流动，所述超声波水表监测实时水流速度为V，记录第n位所述声音传感器检测的声音强度为Pn，设置声音强度指数Wn,Wn=Pn×V,其中n为信息处理装置编号；在监测管网漏损时，所述中控处理模块通过所述声音传感器实时反馈的声音强度与水流实时速度的乘积得到管网漏损声音强度指标与中控处理模块记录的管网漏损声音强度指数相比较，根据中控处理模块记录的信息处理装置坐标判断管网漏损范围；

所述中控处理模块预设湿度值与管网漏损位置函数关系，所述中控处理模块在确定管网漏损范围的基础上，根据信息处理装置坐标，及所述信息装置位置处所述湿度传感器反馈的数值，确定管网漏损具体位置。

具体而言，本发明步骤1中获取超声波水表管网布局，可根据区域人口划分监测区域，也可根据行政划分、社区或村落划分监测区域，只要能够满足对确定信息处理装置具体坐标即可；步骤2中获取超声波水表的官网数据包括管网内水流实时速度，建设年份，水质，维修信息，使用频率等相关内容。

所述中控处理模块预设学习模式，初次启动所述中控处理模块，所述中控处理模块获取时间段ta内超声波水表水流速度Vi，所述声音传感器检测声音强度为P1i、P2i、P3i至Pni，其中n为信息处理装置编号,学习次数为i，当停止所述中控处理模块学习模式，学习模式总时间为T，T=ta×i，所述超声波水表在时间T内记录的用水总流量为Q，所述中控处理模块计算第n位声音强度平均值Pnp,Pnp=(Pn1+Pn2+Pn3+...Pni)/i,水流平均速度Vp，V’=(V1+V2+V3...+Vi)/i，所述中控处理模块计算第n位声音强度指数误差参数Vpn，Vpn=Pnp×Vp

所述中控处理模块记录第n位管网漏损声音强度指数误差参数为Vpn，所述中控处理模块获取实时水流速度为V’,第n位所述声音传感器反馈的声音强度数值Pn’，所述中控处理模块计算第n位实时声音强度指数Wn’,Wn’=Pn’×V’,与所述中控处理模块记录的第n位声音强度指数Wn相比较，当Wn’与Wn差值的绝对值小于Vpn，所述中控处理模块判定第n位声音传感器位置处相邻位置管网无漏损情况发生；当Pn’与Pn差值的绝对值大于Vpn，所述中控处理模块判定第n位声音传感器位置处相邻位置管网有漏损。

具体而言，本发明通过中控处理模块预设学习模式,根据学习模式所述中控处理模块获取每个信息处理装置的位置学习模式过程中水流的平均速度、平均声音强度，水流总流量及学习模式的时间，计算每个信息处理装置的位置处的声音强度指数误差参数，根据中控处理模块实时计算的某位处声音强度指数于中控处理模块记录的该位置声音强度指数差值的绝对值与中控处理模块记录的声音强度指数误差参数相比较，以便准确的判断管网是否漏损。

所述中控处理模块获取所述信息处理装置第n位的相邻位，第m位和第o位，第m位的实时声音强度指数为Wm’，第o位的实时声音强度指数为Wo’,所述中控处理模块记录的第m位和第o位声音强度指数为Wm和Wo，所述中控处理模块获取第m位实时声音强度指数和中控处理模块记录的声音强度指数差值的绝对值为ΔWm，ΔWm=|Wm’-Wm|，中控处理模块获取第o位实时声音强度指数与中控处理模块记录的声音强度指数差值的绝对值为ΔWo，ΔWo=|Wo’-Wo|，所述中控处理模块根据ΔWm与ΔWo相比较，判定管网漏损位置范围，

当ΔWm≥ΔWo，所述中控处理模块判定管网漏损位置在第m位和第n位之间；

当ΔWm＜ΔPWo，所述中控处理模块判定管网漏损位置在第n位和第o位之间。

具体而言，本发明在判断管网某信息处理装置位附近有漏损的基础上，对该位置处相邻的信息处理装置位置管网漏损声音强度指数进行计算，根据实时管网漏损声音强度指数与中控处理模块记录的某信息处理装置位的管网漏损声音强度指数差值相比较，判断管网漏损范围。

所述中控处理模块判定管网漏损范围为第m位和第n位之间，第m位坐标为（Xm,Ym,Zm）,第n位坐标为（Xn,Yn,Zn）,所述中控处理模块根据信息处理装置位的坐标,根据坐标与原点的位置，设定较原点位置近的位点为参照位,同时判断第n位和第m位的相对位置，所述中控处理模块预设第m位与第n位之间的距离为L’，

当Ym=Yn,所述中控处理模块判定第m位和第n位位于X轴和Z轴构成的平面上,

当Zm=Zn,所述中控处理模块判定第m位和第n位位于Y轴和X轴构成的平面上，

当Xm=Xn,所述中控处理模块判定第m位和第n位位于Y轴和Z轴构成的平面上，

本发明通过在中央处理系统设置计算程序，根据管网漏损处相邻的信息处理装置位坐标判断管网漏损处所处的平面，同时根据坐标计算管网漏损处相邻的信息处理装置位的距离，以便确定管网漏损的位置。

所述中控处理模块预设管网漏损范围位置点的湿度值与管网漏损位置函数关系，所述中控处理模块预设管网漏损范围位置点为第m位和第n位，第m位和第n位之间的距离为L，拟定第m位为参照点，每隔L/（i+2）距离设置管网漏损点，管网漏损点为 c1,c2,c3至ci，i为漏算点总数。所述中控处理模块控制所述湿度传感器分别测量当管网漏损点ci漏损时,第m位和第n位处的湿度值为Smi和Sni;所述中控处理模块根据管网漏损点距第m位的位置，与所述湿度传感器测量的各漏损点漏损时，第m位和第n位处的湿度值，编辑信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系；所述中控处理模块根据信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系，拟定信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系函数，以第m位为参照点，管网漏损位置距参照点m的距离为l,l=L×f(Sm,Sn)。

具体而言，本发明设置信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系函数，本领域技术人员可以理解的是，信息处理装置位置湿度值与管网漏损位置关系函数可以为，l=L’×（Sm+Sn）

进一步地，所述中控处理模块根据预设湿度值与管网漏损位置对应关系,确定漏损位置距参照位距离为L’，所述中控处理模块获取参照位点为第m点，

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于X轴和Z轴构成的平面上，所述漏损位置W,W(Xm+L’×（Xn-Xm）/l，Ym,Zm+L’×（Zn-Zm）/l);

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于Y轴和X轴构成的平面上，所述漏损位置W,W(Xm+L’×（Xn-Xm）/l,Ym+L’×（Yn-Ym）/l,Zm);

所述中控处理模块判定第m位和第n位Y轴和Z轴构成的平面上，所述漏损位置W,W(Xm,Ym+L’×（Yn-Ym）/l,Zm+L’×（Zn-Zm）/l)。

本发明根据中央处理系统计算管网漏损处相邻的信息处理装置位的距离，同时根据管网漏损处距参照点的距离，计算管网漏损处的坐标。

所述所述中控处理模块预设管网设置环境对管网漏损距离修正参数,其中，土壤环境对管网漏损距离修正参数D1，水泥环境对管网漏损距离修正参数D2，空气环境对漏损距离修正参数D3，其中，D1=1.5,D2=1.8,D3=1。

本发明设置环境对漏损距离修正系数矩阵，管网设置的环境对管网漏损位置距离的判断有一定影响，本发明根据不同的环境对管网漏损位置距离设置修正参数，以便更准确的确定管网漏损的位置。

所述中所述中控处理模块预设信息处理装置相对位置修正参数G，根据所述信息处理装置相对位置确定信息处理装置相对角度θ，所述第m位信息处理装置坐标位置为（Xm,Ym,Zm）,第n位坐标为（Xn,Yn,Zn），

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于同一X轴和Z轴构成的平面上,

第m位和第n位相对于X轴的角度为θ，tanθ=|Zm-Zn|/|Xm-Xn|；

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于同一Y轴和X轴构成的平面上,不需要对信息处理装置相对位置进行修正；

所述中控处理模块判定第m位和第n位位于同一Y轴和Z轴构成的平面上，第m位和第n位相对于Y轴的角度为θ，tanθ=|Zm-Zn|/|Ym-Yn|；

当tanθ＞1，即45°＜θ＜90°，G=g/10×(2-tanθ)/（tanθ-1）；

当tanθ≤1，即0°≤θ≤45°，G=g/10×(1-tanθ)/（1+tanθ）；

式中，g为重力加速度 。

具体而言，本发明设置信息处理装置相对位置修正参数G，实际的管网位置设置因地理位置或其他现实状况，会出现与预设的平面偏移的情况，因此本发明设置信息处理装置相对位置修正参数G，对中控处理模块计算的管网漏损位置距参照点位置进行修正，更精确的对漏损位置进行定位。

进一步地，所述中控处理模块根据修正参数修正管网漏损位置距端点值的距离l’,l’=l×Di×G，式中，l为所述中控处理模块获取的漏损位置距参照位距离,Di为管网设置环境对管网漏损距离修正参数，G为信息处理装置相对位置修正参数G。

具体而言，本发明设置信息处理装置相对位置修正参数G和环境对漏损距离修正系数，中控处理模块计算的管网漏损位置距参照点位置进行修正，更精确的对漏损位置进行定位。

本领域技术人员可以理解的是本发明实施例中信息处理装置包括声音传感器、湿度传感器的材质、型号、设置方式和设置位置不作限定，只要能够满足实时测量管网内声音强度和官网外部湿度即可，但需要说明的是，为确保相邻信息处理装置位置处于同一平面，对管网交接处或拐角位置设置信息处理装置。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。