一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法与流程

本发明涉及排水管网监测，尤其涉及一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法。

背景技术：

1、排水管网承担着的城市污水与雨水收集处理的重要职能，是保障人民生活、城市环境和城市安全的重要市政基础设施，排水管网的安全有效运行也是城市水环境质量的重要保障。

2、目前对排水管网领域开展的监测技术较少，例如中国专利公开号为cn113029382b，专利名称为：基于光纤分布式测温系统的排水管道入流入渗诊断方法，具体公开了包括以下步骤：s1：光时域反射仪向布设于排水管道中的感温光纤光缆中发射原始光信号；s2：感温光纤光缆中受温度影响后，向光时域反射仪反馈调制光信号；s3：分布式光纤测温仪将调制光信号进行光电转换，转换为对应的表征测量时间、测量温度、光纤位置的二进制信息；s4：数据解译模块将二进制信息转换为十进制信息；s5：根据十进制信息绘制管道内的水温时空图谱；s6：消除水温时空图谱的背景噪声值，发现水温异常点位，确定管道入渗入流点，获取排水管道入流入渗的异常点。但是，该专利公开的方法，没有达到实时分析排水管网入流入渗的效果，从而影响运维人员相应入渗的工作效率。

3、还有一种方式是投入大量流量仪、水质仪结合模型进行入流入渗的分析，但这样做，有以下2点缺陷：

4、1.最多只能定位到某段管道进行渗漏：一般使用流量仪、水质仪进行排水管网的入流入渗诊断时，只能通过分析上下游管道的流量进行测量，这样做不仅导致工作量及成本的增加，更导致了对渗漏点的定位不准的问题。

5、2.准确度不足：排水管网流量、水质监测设备都存在测量准确性不足的问题，而分布式光纤测温系统，不仅仅能够对渗漏点位置进行准确定位，还能够对入流入渗量进行准确定位。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法,所述的分布式光纤测温系统包括后端智慧平台、水位监测仪和温度监测仪，所述水位监测仪和温度监测仪分布在排水管的起点、终点及中间段，智慧平台通过铺设在排水管内的光纤与所述水位监测仪和温度监测仪连接，所述的实时监测方法包括以下步骤：

4、s1：通过前期的勘测，测量排水管道的管径、淤积深度；

5、s2：通过水位监测仪和温度监测仪对排水管网进行实时监测；

6、s3：通过光纤实时返回距离-温度数据，在智慧平台中生成距离-温度数据曲线，智慧平台通过去噪增强算法进行渗漏点的演算，结合实际布设情况得到的距离-温度曲线，识别出异常点位的距离，将距离转换为管道的渗漏位置，并结合排水管网的拓扑关系，先确定光纤起点，经过事先划定的光纤路径，通过光纤渗漏点的距离倒推，识别出排水管网的入流入渗点位；

7、s4：结合步骤s2测量的液位、温度数据，分析排水管网的入流入渗量，并将相关点位、入流入渗量通过智慧平台的排水管网模型进行实时演算，分析下游管网的负荷情况，辅助项目管理人员进行决策，并决定是否对渗漏点进行修复。

8、优选的，所述步骤s3中，智慧平台对渗漏点进行演算的步骤包括：

9、s31、初始化滑动窗口大小和放大系数，设置报警阈值；

10、s32、对采集到的温度数据进行差分处理；

11、s33、对所述步骤s32的差分结果进行区域窗口均值化处理；

12、s34、对所述步骤s33均值化后的曲线进行小波变换处理；

13、s35、当所述步骤s34的结果超过报警阈值时，进行管道泄漏报警。

14、优选的，所述步骤s32中差分处理的具体方法为：

15、假设n个位置点的温度采集结果为t，

16、t＝{t1,t2,...,tn}        (1)

17、由于温度变化可以反映管道泄漏位置，所以对温度t进行差分，得到温度变化曲线δt，

18、δt＝{δt1,δt2,...,δtn-1}        (2)

19、其中第m个位置点的差分结果δtm计算公式如下：

20、δtm＝tm+1-tm,1≤m≤n-1      (3)

21、同时，考虑到噪声的影响将导致温度变化曲线不光滑，而管道泄漏对温度曲线的影响具有持续性及区域性的特性，在此引入滑动窗口对温度差分曲线进行窗口均值处理，结合管道光纤布设的实际空间分辨率，设置合理的滑动窗口p，则管道泄漏检测曲线g，

22、g＝{g1,g2,...,gn-p}      (4)

23、其中a为放大系数，将差分与均值平滑后的温度变化放大，凸显温度变化大的区域。

24、优选的，所述步骤s33中小波变换处理方法为：

25、对一维连续小波变换ψ(t)∈l2(r),其傅里叶变换为ψ(ω),当ψ(ω)满足完全重构条件或恒等分辨率条件时，称ψ(t)为一个基本小波或母小波，对于任意的函数f(t)∈l2(r)的连续小波变换为：

26、wf(a,b)≤f        (5)

27、

28、式中：a为伸缩因子，b为平移因子，

29、取a＝2，如果尺度j＝0时，b的间隔为ts，则在尺度为2j时，间隔可取2jts，将t轴用ts归一化，可得对应的离散小波序列:

30、

31、任意f(t)的离散小波变换为：

32、

33、根据式(6)、式(8)可知，选定一个小波和分解层数后，与处在分析时段部分的信号进行比较，计算该时刻内的连续小波变换系数；然后在分解后的各个层次根据给定的阈值处理高频系数，最终得到估计小波系数并重构。

34、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：本发明的方法融合了分布式光纤测温系统、液位监测仪、水温监测仪等硬件，智慧平台融合差分及小波变换等算法，能够将排水管网的入流入渗量计算的更为准确，可以精准定位出渗漏点在整个排水系统中所处的位置，并通过实时演算的模型配合算法得到的入渗量数据，分析下游管网负荷，为更好地维护排水管网提供了较大支持，能够达到及时、快捷、直观的处理管网问题的目标。

技术特征：

1.一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法，其特征在于，所述的分布式光纤测温系统包括后端智慧平台、水位监测仪和温度监测仪，所述水位监测仪和温度监测仪分布在排水管的起点、终点及中间段，智慧平台通过铺设在排水管内的光纤与所述水位监测仪和温度监测仪连接，所述的实时监测方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法，其特征在于，所述步骤s3中，智慧平台对渗漏点进行演算的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法，其特征在于，所述步骤s32中差分处理的具体方法为：

4.根据权利要求2所述的一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法，其特征在于，所述步骤s33中小波变换处理方法为：

技术总结本发明提出一种基于分布式光纤测温系统的排水管网实时监测方法，包括以下步骤：通过前期的勘测，测量排水管道的管径、淤积深度；通过水位监测仪和温度监测仪对排水管网进行实时监测；通过光纤实时返回距离‑温度数据，在智慧平台中生成距离‑温度数据曲线，智慧平台通过去噪增强算法进行渗漏点的演算，识别出排水管网的入流入渗点位；S4：结合步骤S2测量的液位、温度数据，分析排水管网的入流入渗量，并将相关点位、入流入渗量通过智慧平台的排水管网模型进行实时演算，分析下游管网的负荷情况。本发明的方法可以精准定位出渗漏点在整个排水系统中所处的位置，分析下游管网负荷，为更好地维护排水管网提供了较大支持。技术研发人员：赵振凤,郑森,丁思棋,林岳,刘天元,房金秀,武彩凤受保护的技术使用者：北控城排（青岛）环境科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12