一種結合漏失概率計算與記錄儀監測的管網漏失監測方法
2023-05-29 20:52:16 1
專利名稱：一種結合漏失概率計算與記錄儀監測的管網漏失監測方法
技術領域：
本發明涉及一種管網漏失監測方法，特別是指針對城市供水管網的漏失監測方 法。
背景技術：
城市供水管網是城市的「生命線」，其安全穩定運行是保障城市正常動轉的前提。 然而，我國乃至世界範圍內，城市供水管網漏失非常嚴重，因此，高效的漏失監測方法是迫 切需要的。目前，應用最為廣泛的漏失探測方法是聽音檢漏法，近年來，國內外一些城市將一 種監測管道漏失噪聲信號的漏失記錄儀用於供水管網的漏失監測。這種記錄儀由多臺數據 記錄儀和一臺控制器組成，將記錄儀布設在管道上，可以捕獲並記錄管道因漏水而產生的 噪音信號，通過利用電腦軟體對這些信號進行分析，可以判斷記錄儀所在區域內是否有漏 水發生。但這種監測方法沒有針對性，費時耗力，效率較低。因此，需要建立合理的漏失概 率計算模型，以輔助決策人員制定合理的監測方案，提高檢漏效率。計算管網漏失概率空間分布的核心問題是選用適當的模型，但傳統模型並不能給 出明確的、具有物理意義的、多變量的、廣泛認可的公式來計算管道的漏失概率。傳統模型 共有兩大類基於管道老化機制的物理模型、基於歷史漏失數據的統計模型。其中，基於老 化機制的物理模型需要對特定管道進行長期跟蹤，數據的獲取比較困難，成本較高；基於歷 史漏失數據的統計模型需要對漏失影響因子進行篩選，需要對採用的模型公式形式進行確 定，而且模型精度不太高。利用模型模擬管網漏失概率的空間分布規律，並結合基於漏失記 錄儀的聽音檢漏法對城市供水管網進行監測，可大大提高漏失監測效率，降低人工檢漏的 工作強度。
發明內容
本發明針對供水管網漏失監測效率低的問題，以及漏失概率分布傳統計算方法成 本高、漏失影響因子和模型公式形式選擇困難等問題，提供一種漏失概率計算方法，利用遺 傳編程方法自動挖掘出歷史漏失數據所遵循的規律，評價管道漏失概率的空間分布，並結 合基於聲音信號的漏失記錄儀監測方法，有效提高漏失監測效率。本發明的技術原理是將管齡、管徑、管長等3個對管道漏失次數具有最重要影響 的關鍵因子作為自變量，將漏失次數作為因變量，利用遺傳編程建立因變量與自變量之間 的函數關係。在管網地理信息系統(GIS)平臺中，應用所得函數表達式計算所有管段的模 擬漏失次數，將管段模擬漏失次數除以該管段管長，可得到模擬漏失密度，該值的大小即反 映出管段漏失概率的大小。進一步地，根據模型模擬所得到的漏失概率空間分布結果，利用 漏失記錄儀對漏失概率高的區域進行重點監測，從而大幅提高漏失監測效率。本發明的具體技術方案是
1、對於待監測目標區域的供水管網，利用GIS統計管網物理屬性數據，收集從進 行漏失監測的年份回朔10 30年內的漏失數據。漏失數據包括漏失管段的管道埋設年份 至進行漏失監測的年份之間的年數(即管齡)、漏失管段直徑(即管徑)、漏失管段長度(即 管長)和漏失發生次數。為了獲得統計顯著性，將所有管段數據按照管徑和管齡2個因子 進行分組，即將具有相同管徑和管齡的管段分為一組。然後，在各組內將管段的管長相加得 到分組管長之和，將管段的漏失發生次數相加得到分組漏失發生次數之和。2、將管徑、管齡、分組管長之和作為自變量，將分組漏失發生次數之和作為因變 量，根據遺傳編程原理設置其參數如表1所示，利用計算機工具開發遺傳編程模型，模型將 利用參數設置中的運算符和自變量隨機生成表達式，並根據表達式的計算值與因變量之間 的接近程度來選擇表達式(計算值與因變量之間的方差和越小越容易被選中)進行交叉和 變異2個遺傳操作，當程序進化到一定代數後，即可得到能比較好地描述自變量與因變量 之間關係的函數表達式。3、利用待監測目標區域供水管網的GIS平臺，在管網屬性表中添加「漏失次數模 擬值」欄位，根據各管段的管徑、管齡、管長信息，利用上一步得到的函數關係式計算各管段 的模擬漏失次數，再將其結果除以該管段的長度，則得到單位長度上的預測漏失次數，亦即 管段的漏失密度，將其作為新的欄位插入管網屬性表。4、將所有管段按照「漏失密度」欄位進行由大到小排序，然後對所有管段按照此順 序，利用漏失記錄儀進行漏失監測與漏失點定位，具體方法如下漏失記錄儀布設原則為對於直徑為75mm 200mm的管道，漏失記錄儀布設距離 在150m 200m之間；對於直徑為200mm 400mm的管道，漏失記錄儀布設距離在IOOm 150m之間；對於直徑為400mm以上的管道，漏失記錄儀布設距離在60m IOOm之間。漏失 記錄儀布設點的確定原則為優先選擇在管道附屬構築物上進行布設，附屬構築物指的是 檢查井、消防栓、排氣門、閥門、閘門等。之後，對待監測目標區域供水管網進行漏失信號收集。在漏失記錄儀布設之後的 第2天至第6天的任何一天，攜帶信號收集主機以小於30km/h的速度從記錄儀布設位置附 近經過，其中信號收集主機與漏失記錄儀之間距離在20m以內；漏失記錄儀記錄的信號由 主機接收後確定是否存在漏失。5、收集漏失記錄儀的漏失信號，對於漏失信號提示為「漏失點」和「可疑漏失點」的 區域，派遣工人前往發生漏失的管段進行人工聽漏排查；對於漏失信號提示為「正常點」的 區域，不必進行人工排查。表1遺傳編程參數設置
權利要求
1.一種管網漏失監測方法，其特徵是將漏失概率計算方法與基於聲音信號的漏失記錄 儀監測方法結合應用於管網漏失監測。
2.根據權利要求1所述的漏失概率計算方法，其特徵在於將管齡、管徑、管長等3個因 子作為自變量，將漏失次數作為因變量，利用遺傳編程方法建立因變量與自變量之間的函 數關係，並利用管網地理信息系統(GIS)平臺計算模擬漏失密度及其空間分布規律，並確 定漏失概率高的重點監測區域。
3.根據權利要求2所述的遺傳編程方法，其特徵在於將自變量集設置為[管徑、管齡、 分組管長和]，因變量集設置為[分組漏失次數和]，函數運算集設置為[力卩、減、乘、除、求 絕對值、乘方、指數、對數]。
4.根據權利要求2所述的遺傳編程方法，其特徵在於個體優劣評價標準為模擬值與 真實值之間的方差和大小，方差和越小則個體越優，反之則越差；種群大小設置為4000 6000，進化代數設為100 200，交叉係數設為0. 5，變異係數設為0. 001。
5.根據權利要求1所述的基於聲音信號的漏失記錄儀監測方法，其特徵在於以管道 漏失聲音信號為依據進行漏失監測與漏失點定位。漏失記錄儀布設原則為對於直徑為 75mm 200mm的管道，漏失記錄儀布設距離在150m 200m之間；對於直徑為200mm 400mm的管道，漏失記錄儀布設距離在IOOm 150m之間；對於直徑為400mm以上的管道， 漏失記錄儀布設距離在60m IOOm之間。漏失記錄儀布設點的確定原則為優先選擇在管 道附屬構築物上進行布設，附屬構築物指的是檢查井、消防栓、排氣門、閥門、閘門等。
6.根據權利要求1所述的管網漏失監測方法，其特徵在於利用漏失記錄儀對漏失概率 高的重點監測區域進行監測。在漏失記錄儀布設之後的第2天至第6天的任何一天，攜帶信 號收集主機以小於30km/h的速度從記錄儀布設位置附近經過，其中信號收集主機與漏失 記錄儀之間距離在20m以內；漏失記錄儀記錄的信號由主機接收後確定是否存在漏失。對 漏失信號提示為「漏失點」和「可疑漏失點」的區域，派遣工人前往發生漏失的管段進行人 工聽漏排查；對漏失信號提示為「正常點」的區域，不必進行人工排查。
全文摘要
本發明屬於管網漏失監測領域，特別涉及結合漏失概率計算方法與基於聲音信號的漏失記錄儀監測方法的管網漏失監測方法。本發明利用遺傳編程方法建立管齡、管徑、管長等自變量與漏失次數之間的函數關係，並結合管網地理信息系統(GIS)平臺確定重點監測區域；進一步採用漏失記錄儀監測方法進行漏失排查與漏失點定位。本發明可大大提高漏失監測效率，降低人工檢漏的工作強度，提高管網運行管理水平。本發明不僅適用於城市供水管網的漏失監測，還可用於中水管網、熱力管道、油氣管道等管道的漏失監測。
文檔編號F17D5/02GK102072409SQ20091023822
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者劉闊, 崔君樂, 張孟濤, 徐強, 李偉峰, 王耀文, 趙菁, 陳求穩 申請人:中國科學院生態環境研究中心, 北京市自來水集團有限責任公司