供水管道泄漏检测方法与技术

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1、2011年10月渭南师范学院学报Oct．2011第26卷第10期JournalofWeinanTeachersUniversityVol．26No．10供水管道泄漏检测方法与技术任娟娟，辛云宏(陕西师范大学物理学与信息技术学院，西安710062)摘要:简要介绍了国内外供水管网泄漏检测技术领域的发展现状和主要的研究工作，对当前流行的供水管道泄漏检测方法进行了分类，详细论述了具有代表性的典型泄漏检测方法的原理与适用性，并对管道泄漏检测中的信号处理技术进行了比较全面的探讨．最后，从定位精度、计算时间、成本等方面对各种检测方法的优劣进行对比与分析．关键词:供水管道;泄漏检测;定位精度中图分类号:TP2

2、77文献标志码:A文章编号:1009—5128(2011)10—0062—06收稿日期:2011—01—07基金项目:陕西省自然科学基金资助项目(2006F47);陕西师范大学优秀科技预研基金资助项目(20092006)作者简介:任娟娟(1986—)，女，山西河津人，陕西师范大学物理学与信息技术学院无线电物理专业硕士研究生．研究方向:管道泄漏检测定位;辛云宏(1967—)，男，陕西蒲城人，陕西师范大学物理学与信息技术学院副教授，博士．研究方向:多传感器信息融合、WSN的组网与节点定位技术、被动目标的检测与跟踪等．0引言用管道运输自来水，不仅安全方便，运输量大，而且对环境的污染也很少，因此管道成

3、为了一种重要的运输方式．近年来随着经济发展，城镇规模的不断扩大，地下埋设的供水管道也在不断增加．由于管子的腐蚀以及人为破坏等原因，城市供水管道泄漏的情况时有发生，这不仅浪费大量的水资源，影响了周边地区的自然环境，而且造成土质疏松，引起房屋倒塌，给人们的生命和财产带来巨大的隐患．因此，如何控制和降低供水管道的泄漏，及时定位发生泄露的位置，以便工作人员对管道进行维修，减少水资源浪费，保证管道的正常运行，具有重要的指导意义．为了减少水资源的浪费，近年来有很多管道泄漏检测的方法被提出来，并在实际当中起到了一定的作用，应用比较广泛．下面介绍几种目前国内外供水管道泄漏检测的主要方法及它们的优缺点．1目前国

4、内外供水管道泄漏检测主要方法当前的管道泄漏检测方法大体上分为两类，一类是基于硬件的检测方法，另一类是基于软件的检测方法．其中，基于硬件的检测方法是通过分析事先安装在管道沿线上的硬件设备检测到的数据，大概判断泄漏发生的位置．管道泄漏检测中，基于硬件的检测法有:光纤检测、声发射技术法、气体成像、探地雷达、管［1］内探测球法、GPS时间标签法等，这些方法主要是技术人员靠多年的工作经验，用测量仪器设备，沿线对管道进行泄漏检测，常见的检漏设备有:听漏棒、听漏饼、电子放大听漏仪、噪声自动记录仪和相关仪［2］等，基于硬件的方法，对于突发和大的管道泄漏可以检测和定位，但却不能准确检测缓慢泄漏和小泄漏的情况．基

5、于软件的泄漏检测方法是一种实时的动态检测方法，用数据采集卡获得管道沿线的流体压力、流量、温度和其他参数，根据参数的变化，通过编程实现对管道的泄漏检测和定位．基于软件的方法主要是建立管道的数学模型，软件方法可以分为基于管道模型的方法，管道中的信号处理技术等方法．［3］［4］基于管道模型的泄漏检测方法主要有:状态空间法、系统辨识法、瞬态模型和基于管道内体积或［3］［5］质量平衡法等方法，管道泄漏检测的技术有:负压波法、压力梯度法、小波变换法、基于神经网络和模［6］［7］式识别的方法、自适应滤波的方法等．在实际应用过程中，基于模型的判漏方法能反应管道的流动特征，综合考虑了管道的各项参数，能够2011

6、年第10期任娟娟，辛云宏:供水管道泄漏检测方法与技术·63·较准确地模拟管道的运行，实时获得管道上各点的压力、温度、流量等信息，不但可以检测突发大的泄漏，而且能够检测缓慢和小泄漏的情况，因此得到了广泛的使用．下面主要介绍基于管道模型的泄漏检测方法的原理及应用．2基于管道模型的泄漏检测方法管道模型法的基本思想:通过流体的运动方程和连续方程，建立长输管道模型，实时估计管道系统的参数，如管道压力和流量，通过比较这些估计值和实测值，对管道进行泄漏故障诊断．2．1状态空间法通过管道内流体压力和流量的状态方程，输入为管道首末端的压力信号，对首末端流量的实测值和观测值进行分析，将二者之间的偏差进行某种变换，

7、实现管道的泄漏检测和定位．状态估计法可以分为不包括故障模型法和包括故障模型法．其中不包括故障模型法通常采用卡尔曼滤波，对管道进行估计和判漏．［8］Digernes提出了“故障模型滤波器”方法，建立管道运行模型，用硬件设备准确测量管道及流体参数的变化．应用状态空间法必须假定泄漏量对管道首末端压力无影响，所以仅适于小泄漏量情形．2．2系统辨识法由于管道模型的非线性特点，在线性ARMA模型结构的基础上，