一、系統概述

供水管網輸水壓力高，輸水過程中，由于閥門突然開啟或關閉等原因，使流速發生突然變化，管道壓力將產生大幅度波動，產生水錘效應。水錘有極大的破壞性：壓強過高，將引起管子的破裂，反之，壓強過低又會導致管子的癟塌，還會損壞閥門和固定件，嚴重威脅供水系統安全。

為了降低水錘效應，保障供水系統安全，需設置水錘防護系統。其中就包含了一套供水管網管道泄漏監測系統，它包含了水聽器、高頻壓力傳感器、數據采集和傳輸設備RTU和軟件等內容，利用壓電陶瓷水聽器布設于管道上進行管網泄漏噪聲偵聽，通過對聲信號處理的分析判斷漏點位置和大小，采取定位算法和模式識別算法精準定位。壓電陶瓷水聽器作為前端傳感，為管道現場自動化采集前端數據無線網絡傳輸技術，無縫鏈接管道現場自動化數據采集和控制中心。

二、技術參數

1、水聽器

工作頻率范圍 ：20Hz～50kHz

低頻靈敏度： －172dB Vre: 1V/μPascal

水平指向性：±2.0dB@125kHz

工作深度： 500米

工作溫度： -40~80°C

承受靜壓：68Bar

低噪聲、高耐用性，需浸沒水中

2、高頻壓力傳感器

采樣頻率：64/128/256Hz，以滿足分析需求

量程：0～300 psia，需滿足負壓的監測；

精度：≤0.1%FS

響應時間：≤1ms

電壓：5V+/-0.5V

輸出信號：0-30/100mV

工作溫度：-40℃～80℃

承受靜壓：68Bar

材質：不銹鋼隔離膜片

防護等級：IP68

3、數據采集與傳輸（ RTU ）：

RTU是安裝與現場的設備，是集成電源、數據采集、無線通訊等模塊的一體化綜合終端模塊，并可以根據現場施工的情況選擇不同的外形。傳感器采集與通訊中斷內置電源變換模塊、無線通訊模塊、衛星信號接收模塊，能夠給水聽器和壓力傳感器提供電源并采集信號，進行初步信號分析處理后通過無線網絡發送給監控中心服務器。

模擬輸入 6通道 可接0-5V/0-20mA/4-20mA

采樣位數 16位 可采集音頻

采樣速率 最高100kHz 速率可設無線通訊 4G 向下覆蓋2G/3G，有SIM卡接口，支持光纖通信，配套套串口服務器，支持profinet等通用以太網協議。

有線通訊 RS485 2路，支持MODBUS

自動校時 GPS/北斗 精度1pps

內置電池 鋰電池 在外部電源失效后，滿足現場設備運行至少1月外部供電 9-36V DC 滿足太陽能供電裝置輸出電壓，可外接供電：12VDC，通過軟件自動切換內置電源。

4、監測軟件

（1）系統基本功能

系統基礎界面

系統底層采用基礎地理信息圖層數據，在基礎地理信息圖層上方加載管網數據、站點數據等圖層，實現對基于地圖展示的信息系統。

系統提供基于地圖操作的基礎工具，可以對地圖進行拖動、縮放。

系統提供加載管網數據的功能，加載的管網數據可以按照管齡、管材、口徑等屬性以不同顏色進行區分，并在系統上進行展示。點擊管網線段可以查看管線的詳細信息。

系統提供加載閥門、節點的功能。加載完畢后可以選中查看設施的詳細信息。

系統提供加載監測站點的功能，可以通過鼠標或者套索工具進行選中。

數據查詢功能

用鼠標選中或者使用套索工具選中后，系統彈出被選中站點的數據查詢窗口，通過數據篩選器，篩選出要查詢的數據類型（例如：壓力、聲納、設備電壓等）、數據日期時間段、數據分辨率。

系統提供一個圖形化的數據展示工具，可以將篩選出來的數據以曲線、柱狀圖等方式進行展示，同一個數據展示窗口可以疊加多個數據類型的數據，從而便于分析人員對數據進行組合分析。

數據圖形展示工具提供曲線拖動，數據分辨率選擇、查詢日期范圍選擇、圖形轉換等工具。

（2）系統報警功能

報警展示

系統提供提供一個全自動化的報警工具，系統通過一系列機器學習和數據分析，將管網上異常的數據事件以報警的形式反饋給監控人員，監控人員結合系統給到的報警信息和實際管網運營情況對報警信息進行評價，以最短時間發現泄漏、爆管以及管網壓力瞬變等異常情況并加以干預。

報警類型主要分為以下三種，同時按照數據情況將風險定義為低等級、中等級和高等級。同時在每個報警模塊中提供報警分析工具。

1）壓力瞬變報警：當系統判斷發生壓力瞬變時，系統會將瞬變發生的時間和瞬變的幅度在歷史庫中進行比對，從而對該瞬變進行風險定義，如風險超過閾值便觸發報警。

2）低頻壓力報警：系統按照以往管網運營壓力歷史數據評估出對應時間段壓力區間，當管網壓力高于或者低于這個壓力區間即觸發該壓力報警。

聲學泄漏報警：系統對聲學數據進行評估，當聲學能量數據上升超過增幅閾值時觸發該報警。

報警分析

壓力瞬變報警分析：壓力瞬變報警功能提供壓力瞬變數據的圖形化分析工具，在頁面上分別展示瞬變曲線圖形、低頻壓力曲線圖形、壓力區間曲線圖形以及壓力事件分布圖形。通過疊加多個壓力瞬變曲線實現對壓力瞬變源進行定位。壓力時間分布圖形可以分為同一時刻異常值、關鍵異常值、所有異常值，并以點陣列的方式顯示在圖形界面上。

低頻壓力報警分析：低頻壓力報警功能提供壓力瞬變數據的圖形化分析工具，在頁面上展示出低頻壓力曲線以及壓力區間陰影。提供圖形工具可以疊不同站點以及其他監控數據（例如聲學數據）進行組合查詢分析。

聲學泄漏報警分析：聲學泄漏報警分析系統提供聲學數據的圖形化分析工具對聲學數據進行評估。通過圖形展示工具將聲學強度以柱狀圖或者曲線的方式進行展示。同時提供不同日期同一時刻的聲學數據進行對比，聲學數據以圖形化的方式進行展示，通過顏色、曲線、圖形將聲學特點進行展示實現科學的數據分析和泄漏判斷。

（3）聲納數據瀏覽器功能

用戶可以通過聲納數據瀏覽器對采集到的管網聲學數據進行分析。聲納數據瀏覽器具備以下功能：

  a)可以篩選出不同日期同一時刻的聲學數據進行對比分析。

  b)可以篩選出不同站點的數據在同一個頁面內進行分析。

  c)聲學數據以圖形化的方式進行展示，通過顏色、曲線、圖形將聲學特點進行展示實現科學的數據分析和泄漏判斷。

  d)可以播放采集到的聲學數據提供監控人員進行監ting分析。

  e)當一個泄漏聲學被兩個站點采集到時，可以通過相關性對聲學源進行定位。

（4）壓力瞬變分析功能

壓力瞬變分析模塊用以統計管網中所產生的壓力瞬變，并對這些瞬變源進行分析和定位。壓力瞬變分析具有以下功能：

系統提供篩選界面用以選擇需要統計分析的管網區域以及時間段。

系統提供統計列表，瞬變事件按瞬變幅度進行歸類統計，同時還對管網平均壓力、管網材質、管網管齡進行分類統計。

選中站點后可以對單個站點的壓力瞬變進行分析，系統以柱狀圖形式展示瞬變值。通過點選單個瞬變值柱狀圖的頂部，可以顯示改瞬變的高頻壓力曲線，通過疊加鄰居站點的高頻壓力曲線進行分析和定位瞬變源。

系統還提供以下統計圖表對瞬變實現輔助分析：24小時壓力瞬變統計圖形（平均壓力瞬變、最大壓力瞬變、最小壓力瞬變、中位壓力瞬變）、周壓力瞬變統計圖形、工作日非工作日壓力瞬變統計圖形、壓力瞬變分布統計圖形、壓力瞬變頻率統計圖形等多種分析圖形工具。

（5）網絡覆蓋分析能力

網絡覆蓋分析模塊用來查看單個以及多個傳感器組合起來的大致監測范圍，從而輔助監控人員進行站點部署分析及報警范圍分析。

系統可以將覆蓋結果以不停顏色進行展示，紅色表示覆蓋及監控效果較強，綠色表示監控覆蓋較差，同時可以將未覆蓋到的管道用黑色進行顯示。

（6）漏損事件庫功能

漏損事件庫可以將已發現的漏點進行記錄并在地圖上進行標記，便于后期查詢統計。

漏損事件庫提供以下功能：

新增漏損事件：系統提供一個錄入漏損事件的頁面，可以錄入漏損發生的事件、地點、漏損的大小、漏損的描述、并在地圖上進行定位。

漏點查詢：在選定查詢區域后，系統將漏點標記在地圖上進行顯示，用戶點擊漏點標記，可以查看該漏點的詳細信息。

三、使用意義

供水管網管道泄漏監測系統實時監測管道的運行情況。當管道發生泄漏時，能夠及時發現并確定泄漏發生的位置，從而可以及時有效地進行應急處理，控制和減少因管道泄漏造成的經濟損失，具有明顯的經濟效益和社會效益。

該系統引入了的信號處理、模式識別和人工智能技術，提高了管道泄漏監測系統的靈敏度、可靠性和穩定性，降低了誤報率，是目前較為的管道泄漏監測技術，不比國外的設備差。