一、系统介绍

       近年来国家不断发展新基建，随着新基建投资潮来临，全国各地大型跨流域引水工程、地表水厂项目也随之跟上，据中国地质调查局地质环境监察院报告，我们每年均发生管道漏水事故,而且多集中在用水高峰期及冬春两季,给各地居民生活造成重大影响，输水PCCP管道泄漏监测预警刻不容缓，其中PCCP管道断丝安全监测、管道压力监测、管道沉降监测这三方面着手至关重要，本方案从这三方面的MH-PXL PCCP管道泄漏监测系统做出阐述。该系统符合《DZT0283-2015地面沉降调查与监测规范》。

二、技术说明

【1】PCCP管道沉降监测

2.1.1.设备选型原则

1）、以安全监测为主，首先考虑满足工程安全监测及安全预报所需的物理参量；

2）、监测重点突出、兼顾全面。为了全面反映管道的工作性态，主要针对对管道径向位移、管道接头纵向位移、管道接口三向位移和管道接头的渗漏监测，同时还兼顾管道覆土压力和基础设施变形监测。对主要建筑物的重点监测项目实现实时自动监控。

3）、监测设备的选择突出长期性、稳定性、可靠性，同时要求经济合理；且便于实现数据的自动采集和自动化监测。

2.1. 2  监测说明

1）、管道径向、纵向位移监测在覆土压力等竖向荷载作用下，管道容易在地基条件发生变化或基础设施与管道相接部位产生不均匀径向位移。管道主要推力由管道内水压力产生的静水推力和由水的动量改变而发生的动水离心推力组成，在管道推力的作用下管道会在接头处产生平行于管轴线的纵向位移。 管道的径向位移和纵向位移是反映管道运行情况的重要指标，因此对其进行监测显得尤为重要。为掌握管道运行期间的变形情况，重点关注在沿线管道：下穿交通道路、高挖方高填方、地基变化、基础设施与管道相接等部位为主要监测断面进行管道变形监测。管道径向及纵向位移监测采用直线位移传感器。

2）、周边土压力监测

为掌握管道顶部填土的覆土压力和侧向填土的侧向土压力，重点选择在在沿线管道选取下穿交通道路和高挖方高填方监测断面进行管道覆土压力及基底应力监测。土压监测采用土压力计监测。土压计是一种埋入式压力传感器，主要用于测量土石坝、土提、边坡、路基、挡土墙和隧道等结构物内部土体的应力，适合长期自动化监测。传感器主要部件均用特殊钢材制造，可在恶劣环境使用。其性能优异，具有良好的精度和灵敏度、高防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性等。在完善电缆保护措施后，可直接埋设在对仪器要求较高的碾压土中

3）、渗压监测

管道全线有压。由于内水压力的作用、承插接头锈蚀、连接橡胶圈圈老化以及不平衡推力产生的接头过大位移等原因，管道接头处存在渗漏的可能。为掌握管道接头密封效果以及监测管道接头的渗漏情况，重点选取：工作压力较大、地基变化、埋置深度深的典型断面布设渗压计和测压管，用以监测管道接头渗漏情况。渗压监测使用渗压计，是一种用于测量孔隙水压力或渗透压力的传感器，广泛应运于大坝、尾矿库、隧道、路基、边坡等工程中的地基深层水压力的测量，从预钻孔压入至设计层面待测点。产品具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点。

【2】PCCP管道压力监测

2.2.1 管道在线安全监测系统功能：

(1) 识别和展示管线压力瞬变水锤事件（水泵开停、阀门开闭、施工、冲洗、排气故障等），在线记录显示水锤压力变化曲线，实现报警，并确定压力瞬变源和定位；

(2) 基于管内 3bar 运行压力以上，实现 300 升/分以上的爆管实时监测和报警，通过时钟同步技术确定爆管位置，精度±50 米范围；

(3) 压力瞬变（水锤）分析，结合供水带压管道（GIS）材质、管龄、管径等等参数，基于现场存在的压力瞬变强度和数量，评估管道的爆管风险，并展示危险管线的区域；

(4) 监测传感器安装位置周边跑冒滴漏的现象，实现 120 升/分微小漏水监测，系统通过频谱分析功能实现报警；

(5) 管线异常事件管理，完整、准确掌握输水系统运行状态，通过高频压力和声纳数据实时监测排气阀工作状态；

(6) 系统能够机器自学习输水模式，帮助用户快速判断给水系统问题，提高管线运行的可靠性、安全性，基于供水压力实现供水调度，并及时自动发现运行异常，提高调度管理的效率和水平。

2.2.2  系统构成与配置

系统配置原则与性能要求

在确定排气阀位置上安装一体式传感器，必须包括高频压力计和水听器，同时传感器接触到管道内的水。安装传感器位置间距的设置原则：800-1200 米，现场条件在此间距范围内适当调整位置。传感器通过现场数据采集通信装置 RTU，3G/4G/5G 无线方式，将采集到数据传输到调度控制中心分析平台对管道进行实时监测和分析。

系统配置要求

(1)  现场硬件设备必须包含：

(2)  高频压力传感器

(3)  压电水听器（或者采用光纤水听器，在PCCP管道断丝监测中阐述）

(4)  通信数据传输装置 RTU

(5)  GSM（3G/4G）和同步授时时钟天线

(6)  不锈钢控制箱及电源附件

(7)  通信方式：3G/4G 无线通信

(8)  监测分析平台软件：客户端服务器安装方式

(9)  电源：太阳能供电，带有锂电池，容量需满足现场传感器和 RTU传输装置没有日照 30 天情况，继续保持正常工作。

(10) 供电冗余：RTU 本体需内置锂电池和外部太阳能供电，互为备

用。

2.2.3 设备技术参数

主要设备技术要求

（1）高频压力传感器

工作温度：-40℃～80℃

压力监测采集频率≥256Hz，以满足分析需求；

量程：0～300psia ，需满足负压的监测；

精度：≤0.1%FS

响应时间：≤1ms

材质：不锈钢隔离膜片

最大承受静压：68Bar

防护等级：IP68，包括传感器电缆连接处；

（2）压电水听器

工作温度： -20 ℃～80 ℃

灵敏度：-173dB Vre: 1V/μPascal

响应频率范围 ：20Hz-50KHz

传感器材质：橡胶+不锈钢

连接电缆：低噪同轴电缆

zui大承受静压：68Bar

防护等级：IP68，包括传感器电缆连接处；

（3）采集和通信装置 RTU

运行温度：-30 ℃～ 70 ℃

防护等级：IP68

压力采集精度大于等于 16 位；

支持模拟量和音频信号接入，同时提供连接感器电源供电；

支持 3G/4G/5G 公共通信网络，TCP/IP 协议采集数据上传中控室；

授时时钟精度：≤1ms；

本体内置锂电池，在外部电源失效后，以低功耗模式运行至少 2 月;

采集周期：数据上传时间可调整，自动连接中控上传。

内存：内置 16G 闪存卡，支持采集数据的存储保存 30 天不丢失；

低功耗设计，供电电压：12VDC，连接传感器后总功耗 ≤1W；

【3】PCCP管道断丝安全监测

管道断丝安全预警监测系统是采用分布式光纤声波/振动传感测漏技术和分布式光纤声波传感器（光纤水听器）测漏技术，取其中之一都可以的，两者相结合效果更佳，数据采集系统是监测系统的大脑。系统收集管道断丝数据，进行转换，然后发送到监控中心进行分析。

2.3.1 分布式光纤声波/振动传感测漏技术

其原理是利用高相干光在光纤中传输引起的瑞利散射光干涉对声波/振动特征敏感的特点，实现声波或振动检测。在管道安装过程中，同步在管道外壁敷设微振动传感光缆，该电缆既是传输信号的通道，又是采集断丝信号的传感器。单端连接分布式光纤振动信号解调主机，即可实现实时分布式管道泄露监测和爆管及第三方开挖破坏预警。

1）对于方便施工人员进入的大口径管道，建议在管道内壁敷设传感光缆，优点如下：

• 高强度的管道本体可以很好的保护脆弱的传感光缆；

• 管道内环境噪声相对较小，光缆采集的信号更准确；

• 管道内施工光缆可以排除交叉、跳跃施工、恶劣天气和环境因素的干扰，施工方便、快捷；

• 管道的寿命远远大于25年，管道内敷设光缆便于全线更换到期老化的光缆;

2）主要性能指标：

测量距离：单向≧50km , 双向≧100Km;

定位精度：±5米；

响应时间：<3秒；

误报率：<5%;

漏报率：≦1.0%

故障报警：光缆断裂后系统自动报警并定位故障点位置。

数据存储：报警数据记录、查询功能

报警信号输出：通过RS232、RJ45接口以及继电器输出、网络传输；

三、MH-PXL PCCP管道泄漏监测系统软件功能说明

数据分析及挖掘组件： 

1）波形图和频谱图：系统的显示方式包括信号的时域图和频域图两种，可调取实时数 据和历史数据进行分析和展示，并且可通过管道、数据类型、图表类型、时间段、测点等多种条件进行筛选。波形图和频谱图是信号分析的有力工具，可从时域和频域两个维度分析信号的细节特征，利用这些对这些特征的抓取、对比和学习，可以完善系统的信号特征库，提升系统性能。 

2）频谱瀑布图：频谱瀑布图可展示频率特征随时间的变化的过程，帮助用户以动态的 方式分析信号的变化特征，提升问题的识别和解决能力。 

3）趋势分析：趋势分析功能是一种对比分析技术，可通过实时趋势分析、历史趋势分 析和相关趋势的分析，形成特征曲线之间的相互对比，用以判别管道运营措施改善的有效性，提升管道安全管理水平。  

智能预警报警功能： 

系统会 24 小时不间断的监测管道安全状态，当发生泄漏、爆管、位移沉降似的监测值超过系统阈值后，监测主机将自动判别并生成报警信息，推送到用户软件界面的报警通知组件中，报警信息会以列表的方式详细呈现在软件的前台，并在管道地图组件上标识事件，展示时间、位置、类型等关键信息。结合管道运营方的运营管理规则，该报警信息也可同时通过邮件等方式推送给相关负责人，确保相关负责人能在第一时间获知该报警，以便做出响应。

泄漏及爆管分析功能： 

管道泄漏及爆管数据分析模块，针对泄漏信号特征，识别泄漏发生，评估泄漏量级，定位泄漏位置。

报警日志功能： 

报警日志是报警信息的备忘录，记录表中包括传感器报警，管道报警等一切报警信息， 用户可根据感兴趣的事件类型、时间范围、空间范围等维度对事件进行筛选，并可导出excel 版本的事件清单，便于事件的整体有效管理。 

智能评估功能： 

系统可对管道的健康状态进行整体评估，并根据状态评估结果，可视化的展示管道状态，分不同颜色标注。

同时可根据用户定制，定期生成状态监测运行报表（日报、周报、月报、年报）。管道地图组件： 

为了方便管道运营管理单位直接获得管道安全事件的发生的具体物理位置，利用 GIS 地图系统搭建了管道地图组件。管道的地理走向会直接绘制在管道地图组件的界面上，事件发生时，也会在相应的管道位置标识事件。管理人员可利用 GPS 坐标直接前往事件位置所在，第一时间阻止管道破坏事件的发生。 

事件处理组件： 

事件处理组件主要用户管道安全事件的闭环管理，系统不仅仅是提供报警信息，管道运营管理人员可以利用该事件处理组件进行事件的完整管理，例如当第三方入侵发生时， 安排巡线员去现场确认和制止，事件处理的过程和结果可以直接记录在系统中，并通过系统关闭该项报警。 

权限管理组件： 

系统拥有权限管理的功能，可根据角色分工的不同，配置不同的系统权限。如系统管理员具有最高权限，可使用全部功能、查阅全部信息；又如管道的巡线员，则仅可获得所负责管段的报警信息。利用权限管理功能，可保证核心信息仅被授权人员查看，避免重要信息的泄漏。 

系统集成组件（开放接口）： 

为满足管道运营管理中心系统集中的需求，系统拥有开放接口，中心系统可以通过开放接口获得管道安全预警信息，减少监控人员必须在不同系统切换非必要工作。同时，系统可与自动化系统进行联动，以确保在发生管道安全事件后，可以第一时间采取行动， 关闭输水作业，减少损失和引起的次生灾害。

四、承诺说明

（1）仪器设备各项指标均需满足有关国家规范要求和技术要求。我们生产厂家应具有较高信誉度。

（2）获得自主产权，有多项软著。

（3）严格监督和控制各监测仪器出厂检验、包装、运输、保险、保管、交货、验收等各环节的操作质量。

（4）应提交的仪器设备资料包括：

① 制造厂家名称、地址；

② 仪器合格证和说明书；

③ 仪器设备的埋设安装方法；

④ 仪器测读及操作规程；

⑤ 观测数据的计算方法；

⑥ 仪器使用实例的资料。

⑦ 制造厂家提供的所有其它资料。

（5）提供的全部监测仪器设备进行检查和验收，检验合 格后方可使用。

（6）按国家有关技术规范或厂家提供的方法对所采购的仪器和设备进行检验（率定）。并且检验结果在有效期内，逾期必须重新送检。