一种管网漏失定位方法及系统与流程

本发明涉及管网漏失定位领域，特别是一种管网漏失定位方法及系统。

背景技术：

1、现有技术中，针对供水管网泄漏问题，各家单位采用了听音棒、相关仪、智能水表等技术监测供水管网是否发生泄漏以及定位泄漏点。首先，听音棒是最简单的检测仪器，其效果、准确率、精度均比较差，且过度依赖工作者的经验判断。其次，相关仪的检测效率和实时性较差，检测范围一般在200m内，同时利用相关仪进行泄漏监测和定位的维护成本及定位的偏差也比较大。而智能水表一般将测量的水压力、温度、流量等参数回传给数据中心进行分析，用以确定供水管网的泄漏区域，但是无法实现管道泄露的精准定位。

2、鉴于此，本发明公开了一种管网漏失定位方法及系统，目的在于解决现有技术中存在检测范围少、成本高以及定位精度差等问题，且同时具有管网监测和泄漏定位的功能，在市场上属于领先技术水平。本发明方法采用lora模块实现多传感器同步并通过4g/5g与云端服务器进行交互，云端服务器依据同步后的传感器采集的数据进行泄漏定位计算从而精确告知泄漏位置。本发明方法具有成本低、一机多用、精度高、效率高、易于推广等特点。

技术实现思路

1、针对上述问题，提供一种管网漏失定位方法及系统，通过泄露识别算法实现对待测管道的同时间、大范围泄露监测，初步筛查出存在管道泄露点的主传感器；通过主传感器与副传感器的lora模块和4g/5g模块，实现传感器间的同步采样和数据的无线传输；通过泄露定位算法对接收到的主传感器和副传感器采集到的泄露数据仅需泄露定位计算，可实现对待测管道泄露位置的精准定位，并直观的展示在云端服务器的显示界面上，管道泄露点的定位更加精准、便捷和直观。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是。

3、一种管网漏失定位方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：在待测管道上布设传感器；

5、步骤s2：激活安装在待测管道上的传感器，所述传感器通过4g/5g模块向云端服务器上传该传感器的gps位置信息和id号；

6、步骤s3：云端服务器通过4g/5g模块向传感器下发管道漏失信号采集指令；

7、步骤s4：传感器收到采集指令后，在设定时间点对管道进行数据采集，并通过4g/5g模块向云端服务器上传采集后的漏失信号；

8、步骤s5：云端服务器依据泄露识别算法对接收到的漏失信号进行泄露判别计算，并判定是否泄露，若无泄露，则返回步骤s4；

9、步骤s6：如存在泄露，云端服务器将符合泄露特征id号的传感器，标记为主传感器；

10、步骤s7：云端服务器依据传感器上传的gps位置信息，将距离主传感器最近的传感器标记为副传感器；

11、步骤s8：云端服务器通过4g/5g模块向主传感器下发同步指令；

12、步骤s9：主传感器收到同步指令后，通过lora模块向副传感器的lora模块发送含有标准时间的信标，同时，主传感器将所述信标包含的标准时间设定为自身的系统时间；

13、步骤s10：副传感器的lora模块接收到所述信标后,将该信标包含的标准时间也设定为系统时间，并将设定成功的信息经lora模块回传至主传感器，完成主传感器与副传感器的同步；

14、步骤s11：主传感器的lora模块向副传感器的lora模块发送含指定时间的漏失数据采集指令，副传感器在接收到漏失数据采集指令后，与主传感器在指定时间同步采集漏失数据；

15、步骤s12：主传感器与副传感器将同步采集到的漏失数据通过各自的lora模块上传至云端服务器，之后主传感器和副传感器进入休眠模式；

16、步骤s13：云端服务器依据泄露定位算法对接收到的漏失数据进行泄漏定位计算，并于云端服务器显示界面显示出待测管道的具体泄露位置。

17、优选的，所述传感器在待测管道上布设的间距≤200m。

18、优选的，所述泄露识别算法包括以下步骤：

19、步骤1：通过矩形窗将设置于待测管道上的传感器采集到的漏失信号分割成短时段信号；

20、步骤2：对每个短时段信号进行傅里叶变换；

21、步骤3：将每个短时段的傅里叶变换结果排列成一个矩阵，即将所述漏失信号转换成声谱图；

22、步骤4：将声谱图输入到一个预先训练好的机器学习模型中，通过所述机器学习模型的预测结果来实时监测供水管道的泄露状态，一旦检测到泄漏，立即发出警报。

23、优选的，所述声谱图的计算公式如下：

24、

25、其中， x( n)为振动信号； w( n)为用来分隔振动信号的窗函数； n为当前时刻的索引，当 n取不同值时，窗 w( n- m)沿时间轴滑动到不同的位置，即将信号分割成短时段信号进行傅里叶变换； ω为用于表示傅里叶变换中频率变量的角频率；m为用于表示振动信号时间偏移的窗函数的滑动索引； j为虚数单位。

26、优选的，所述机器学习模型利用卷积神经网络，基于漏失信号训练数据的声谱图学习、区分和判定管道泄漏和非泄漏信号。

27、优选的，所述泄露定位算法包括以下步骤：

28、步骤1：所述主传感器和副传感器采集到的漏失数据分别为 x1( t)和 x2( t)，计算 x1( t)和 x2( t)的广义互相关函数：

29、

30、其中，t为采集时间长度； τ为时间延迟；t为时刻点；

31、步骤2：获取互相关函数r x1 x2 (τ)峰值对应的时间延迟；

32、步骤3：通过公式计算得到待测管道泄露点相对于主传感器的距离d：

33、

34、其中， l为主传感器与副传感器之间的距离； c为待测管道泄漏点的声信号传播速度；为互相关函数r x1 x2(τ)峰值对应的时间延迟。

35、一种管网漏失定位系统，包括客户端、云端服务器和传感器；所述传感器包括用于采集管道漏失数据的传感单元、用于所述传感器之间同步采集和处理数据的lora模块、用于传感器与所述云端服务器之间的通信和数据传输的4g/5g模块、用于控制gps模块、4g/5g模块、lora模块和传感单元的soc模块和用于向所述云端服务器上报传感器安装的gps位置信息；所述soc模块分别与传感单元、lora模块、gps模块和4g/5g模块相连；

36、优选的，所述云端服务器通过4g/5g模块与管网上布设的传感器通信，所述传感器通过4g/5g模块向云端服务器上传id号，所述gps模块通过4g/5g模块向云端服务器上传所述传感器安装的gps位置信息，所述传感器按照彼此≤200m的间距布设在待测管道上。

37、优选的，所述soc模块包括adc模组。

38、优选的，所述传感器还包括电压监测电路、电池、mos管控制电路、开关机及休眠唤醒电路、dc-dc升压模块、dc-dc降压模块和线性电源ldo模块。

39、优选的，所述电压监测电路形成的模拟信号由所述adc模组转换成数字信号，并由soc模块进行处理来计算电池的电量参数。

40、由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果。

41、（1）本发明通过带有lora模块和4g/5g模块的传感器，实现传感器之间的数据、采集同步，通过传感器的同步采样和4g/5g模块的数据无线传播，避免像传统分布式光纤传感技术一样的全管线施工，仅需保证传感器之间的间距≤200m，传感器可直接布设在检查井内露出的管道口边缘，无需大规模施工，保证管道漏失定位高精度的同时，可有效降低施工成本。

42、（2）本发明通过云端服务器的泄露识别算法实现对待测管道所有传感器的泄露判定，检测范围广，数据采集和监测的效率高，可初步筛查出存在漏点的传感器，并及时进行管道泄露报警。

43、（3）本发明通过云端服务器的泄露定位算法实现待测管道具体漏点的定位，并将泄露位置显示于云端服务器显示界面，可精确、直观的显示待测管道具体泄露位置，方便管道检修人员精准定位管道泄露位置，及时进行管道修补，避免水资源的流失和浪费。

44、（4）本发明通过泄露识别算法实现对待测管道的同时间、大范围泄露监测，初步筛查出存在管道泄露点的主传感器；通过云端服务器设定主传感器和最近的副传感器，结合主传感器和副传感器将含标准时间的信标设定为系统时间完成传感器间的同步；通过泄露定位算法对接收到的主传感器和副传感器采集到的泄露数据仅需泄露定位计算，可实现对待测管道泄露位置的精准定位，并直观的展示在云端服务器的显示界面上，定位精准、便捷、直观，方便城市大规模管网的施工与监测。