一、系统概述

供水管网输水压力高，输水过程中，由于阀门突然开启或关闭等原因，使流速发生突然变化，管道压力将产生大幅度波动，产生水锤效应。水锤有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件，严重威胁供水系统安全。

为了降低水锤效应，保障供水系统安全，需设置水锤防护系统。其中就包含了一套供水管网管道泄漏监测系统，它包含了水听器、高频压力传感器、数据采集和传输设备RTU和软件等内容，利用压电陶瓷水听器布设于管道上进行管网泄漏噪声侦听，通过对声信号处理的分析判断漏点位置和大小，采取定位算法和模式识别算法精准定位。压电陶瓷水听器作为前端传感，为管道现场自动化采集前端数据无线网络传输技术，无缝链接管道现场自动化数据采集和控制中心。

二、技术参数

1、水听器

工作频率范围 ：20Hz～50kHz

低频灵敏度： －172dB Vre: 1V/μPascal

水平指向性：±2.0dB@125kHz

工作深度： 500米

工作温度： -40~80°C

承受静压：68Bar

低噪声、高耐用性，需浸没水中

2、高频压力传感器

采样频率：64/128/256Hz，以满足分析需求

量程：0～300 psia，需满足负压的监测；

精度：≤0.1%FS

响应时间：≤1ms

电压：5V+/-0.5V

输出信号：0-30/100mV

工作温度：-40℃～80℃

承受静压：68Bar

材质：不锈钢隔离膜片

防护等级：IP68

3、数据采集与传输（ RTU ）：

RTU是安装与现场的设备，是集成电源、数据采集、无线通讯等模块的一体化综合终端模块，并可以根据现场施工的情况选择不同的外形。传感器采集与通讯中断内置电源变换模块、无线通讯模块、卫星信号接收模块，能够给水听器和压力传感器提供电源并采集信号，进行初步信号分析处理后通过无线网络发送给监控中心服务器。

模拟输入 6通道 可接0-5V/0-20mA/4-20mA

采样位数 16位 可采集音频

采样速率 最高100kHz 速率可设无线通讯 4G 向下覆盖2G/3G，有SIM卡接口，支持光纤通信，配套套串口服务器，支持profinet等通用以太网协议。

有线通讯 RS485 2路，支持MODBUS

自动校时 GPS/北斗 精度1pps

内置电池 锂电池 在外部电源失效后，满足现场设备运行至少1月外部供电 9-36V DC 满足太阳能供电装置输出电压，可外接供电：12VDC，通过软件自动切换内置电源。

4、监测软件

（1）系统基本功能

系统基础界面

系统底层采用基础地理信息图层数据，在基础地理信息图层上方加载管网数据、站点数据等图层，实现对基于地图展示的信息系统。

系统提供基于地图操作的基础工具，可以对地图进行拖动、缩放。

系统提供加载管网数据的功能，加载的管网数据可以按照管龄、管材、口径等属性以不同颜色进行区分，并在系统上进行展示。点击管网线段可以查看管线的详细信息。

系统提供加载阀门、节点的功能。加载完毕后可以选中查看设施的详细信息。

系统提供加载监测站点的功能，可以通过鼠标或者套索工具进行选中。

数据查询功能

用鼠标选中或者使用套索工具选中后，系统弹出被选中站点的数据查询窗口，通过数据筛选器，筛选出要查询的数据类型（例如：压力、声纳、设备电压等）、数据日期时间段、数据分辨率。

系统提供一个图形化的数据展示工具，可以将筛选出来的数据以曲线、柱状图等方式进行展示，同一个数据展示窗口可以叠加多个数据类型的数据，从而便于分析人员对数据进行组合分析。

数据图形展示工具提供曲线拖动，数据分辨率选择、查询日期范围选择、图形转换等工具。

（2）系统报警功能

报警展示

系统提供提供一个全自动化的报警工具，系统通过一系列机器学习和数据分析，将管网上异常的数据事件以报警的形式反馈给监控人员，监控人员结合系统给到的报警信息和实际管网运营情况对报警信息进行评价，以最短时间发现泄漏、爆管以及管网压力瞬变等异常情况并加以干预。

报警类型主要分为以下三种，同时按照数据情况将风险定义为低等级、中等级和高等级。同时在每个报警模块中提供报警分析工具。

1）压力瞬变报警：当系统判断发生压力瞬变时，系统会将瞬变发生的时间和瞬变的幅度在历史库中进行比对，从而对该瞬变进行风险定义，如风险超过阈值便触发报警。

2）低频压力报警：系统按照以往管网运营压力历史数据评估出对应时间段压力区间，当管网压力高于或者低于这个压力区间即触发该压力报警。

声学泄漏报警：系统对声学数据进行评估，当声学能量数据上升超过增幅阈值时触发该报警。

报警分析

压力瞬变报警分析：压力瞬变报警功能提供压力瞬变数据的图形化分析工具，在页面上分别展示瞬变曲线图形、低频压力曲线图形、压力区间曲线图形以及压力事件分布图形。通过叠加多个压力瞬变曲线实现对压力瞬变源进行定位。压力时间分布图形可以分为同一时刻异常值、关键异常值、所有异常值，并以点阵列的方式显示在图形界面上。

低频压力报警分析：低频压力报警功能提供压力瞬变数据的图形化分析工具，在页面上展示出低频压力曲线以及压力区间阴影。提供图形工具可以叠不同站点以及其他监控数据（例如声学数据）进行组合查询分析。

声学泄漏报警分析：声学泄漏报警分析系统提供声学数据的图形化分析工具对声学数据进行评估。通过图形展示工具将声学强度以柱状图或者曲线的方式进行展示。同时提供不同日期同一时刻的声学数据进行对比，声学数据以图形化的方式进行展示，通过颜色、曲线、图形将声学特点进行展示实现科学的数据分析和泄漏判断。

（3）声纳数据浏览器功能

用户可以通过声纳数据浏览器对采集到的管网声学数据进行分析。声纳数据浏览器具备以下功能：

  a)可以筛选出不同日期同一时刻的声学数据进行对比分析。

  b)可以筛选出不同站点的数据在同一个页面内进行分析。

  c)声学数据以图形化的方式进行展示，通过颜色、曲线、图形将声学特点进行展示实现科学的数据分析和泄漏判断。

  d)可以播放采集到的声学数据提供监控人员进行监ting分析。

  e)当一个泄漏声学被两个站点采集到时，可以通过相关性对声学源进行定位。

（4）压力瞬变分析功能

压力瞬变分析模块用以统计管网中所产生的压力瞬变，并对这些瞬变源进行分析和定位。压力瞬变分析具有以下功能：

系统提供筛选界面用以选择需要统计分析的管网区域以及时间段。

系统提供统计列表，瞬变事件按瞬变幅度进行归类统计，同时还对管网平均压力、管网材质、管网管龄进行分类统计。

选中站点后可以对单个站点的压力瞬变进行分析，系统以柱状图形式展示瞬变值。通过点选单个瞬变值柱状图的顶部，可以显示改瞬变的高频压力曲线，通过叠加邻居站点的高频压力曲线进行分析和定位瞬变源。

系统还提供以下统计图表对瞬变实现辅助分析：24小时压力瞬变统计图形（平均压力瞬变、最大压力瞬变、最小压力瞬变、中位压力瞬变）、周压力瞬变统计图形、工作日非工作日压力瞬变统计图形、压力瞬变分布统计图形、压力瞬变频率统计图形等多种分析图形工具。

（5）网络覆盖分析能力

网络覆盖分析模块用来查看单个以及多个传感器组合起来的大致监测范围，从而辅助监控人员进行站点部署分析及报警范围分析。

系统可以将覆盖结果以不停颜色进行展示，红色表示覆盖及监控效果较强，绿色表示监控覆盖较差，同时可以将未覆盖到的管道用黑色进行显示。

（6）漏损事件库功能

漏损事件库可以将已发现的漏点进行记录并在地图上进行标记，便于后期查询统计。

漏损事件库提供以下功能：

新增漏损事件：系统提供一个录入漏损事件的页面，可以录入漏损发生的事件、地点、漏损的大小、漏损的描述、并在地图上进行定位。

漏点查询：在选定查询区域后，系统将漏点标记在地图上进行显示，用户点击漏点标记，可以查看该漏点的详细信息。

三、使用意义

供水管网管道泄漏监测系统实时监测管道的运行情况。当管道发生泄漏时，能够及时发现并确定泄漏发生的位置，从而可以及时有效地进行应急处理，控制和减少因管道泄漏造成的经济损失，具有明显的经济效益和社会效益。

该系统引入了的信号处理、模式识别和人工智能技术，提高了管道泄漏监测系统的灵敏度、可靠性和稳定性，降低了误报率，是目前较为的管道泄漏监测技术，不比国外的设备差。