基于GSM/GPRS的供水管网泄漏监测与定位系统

介绍了一种基于GSM/GPRS网络的供水管网泄漏监测与定位系统,由管网监测终端实时采集管网流量、流速、流向和压力,通过GSM/GPRS网络实现远程数据传输,利用基于GIS的Web技术实施城域化、网络化、信息化的管网状态监管.针对供水管网突发性的爆管和地下泄漏特点,综合运用了负压波和流量检测法进行泄漏模式识别与漏点定位,能够及时、准确的发现和定位泄漏点,并在实际使用中取得良好的效果.     

基于物联网的燃气管网泄漏检测系统研究

根据城市公共安全管理的需求,设计并实现了一种基于物联网的燃气管网泄漏检测系统。采用高精度压电式动态压力传感器、无线传感器网络和GPS模块实现泄漏瞬变压力波信号的实时同步采集。为保证数据远程传输的实时性和可靠性,采用4G模块MC7710和STM32F405RG微处理器完成了4G网关的设计。远程数据中心采用基于互功率谱相位的广义互相关时延估计方法对现场信号分析和处理,实现了管网中燃气泄漏点的定位。实验结果表明,该系统数据传输稳定可靠,泄漏定位准确度高,能够满足燃气管网泄漏检测的需要。     

远程抄表漏水点定位及故障诊断模型的研究

研究了管道泄漏负压波信号的产生机理、信号传播规律,在对比分析了流量检测法、压力梯度法、负压波检测法的基础上,最终确定以负压波检测法及定位公式结合能量统计算法,实现漏水点定位。解决的主要问题包括漏水点定位计算、远程通信传输协议设定和远程抄表故障诊断模型。研究的基本内容包括水管网节点布置、安置压力传感器、信号放大,远程通信协议的设计,实时检测信号出现异常时提示,并且能计算出漏水点的位置。     

非泄漏固定声源干扰下的管网泄漏定位技术研究

实际管网泄漏检测环境中,管内外非泄漏固定噪声(如施工、管道阀门噪声等)叠加在管道泄漏声信号中,传感观测信号间的互相关函数中有多个相关峰值,若不能正确识别峰值来自泄漏还是非泄漏声源,将导致漏点定位错误。以两传感观测信号的自相关函数构建非泄漏和泄漏信号特征提取函数,通过特征提取函数识别出管道传播媒质对两类信号的衰减特征信息,该衰减特征结合互相关函数的相关峰值时延信息,识别出峰值来自泄漏还是非泄漏声源。实际定位应用表明,在管内外非泄漏固定噪声干扰下,漏点定位误差在1 m以内,突破了传统基于时延估计的泄漏定位技术及仪器需要在夜间,或人为关闭某些管道阀门、支路等安静环境下,通过回避干扰噪声才能进行定位的限制。     

自适应供水管网泄漏检测定位仪器系统

介绍了一种供水管网泄漏检测及漏点定位的仪器系统检测原理及基本系统构成。系统针对泄漏信号特征因管道材质、内径、管内压力及流量的不同而各异的情况，以及检测现场不可避免的各种突发干扰噪声，采用自适应信号处理技术结合小波分析方法，估计时间延迟检测定位漏点。仪器系统由主机、多个数据采集单元和内装IC电路的加速度传感器组成，基于虚拟仪器技术构建，软硬件结合，实现信号的采集、存储和传输、信号处理及检测信息的显示。     

基于LabVIEW的管道泄漏检测SPRT算法实现研究

利用序贯概率比检验法检测油气管道泄漏是一种较新的方法。针对原始压力信号噪声的非高斯性,采用卡尔曼滤波器进行预处理,提高了序贯法判断泄漏的准确性。分析了传统压力梯度法的不足,借鉴负压波定位中的时间差法定位泄漏点,提高了定位的精度。并且本文结合LabVIEW平台开发了相应的卡尔曼滤波程序和SPRT算法程序。实验结果表明,本文设计的程序有效可靠,这种管道泄漏检测方法值得推广。     

基于盲系统辨识的供水管网泄漏定位系统研究

管道长度作为已知参量是传统时延估计泄漏定位方法应用的前提,针对实际应用中长度较难测量或不能获得的情况,采用盲系统辨识方法估计泄漏信号传播信道响应函数,并从中提取源信号从漏点传播到采集点的时间信息,从而不依赖管道长度定位漏点.盲辨识中,采用overlap-save和相关函数配准原理构建代价函数,解决高阶信道估计和信道间的病态问题;采用遗传算法对多目标函数进行全局最优化,避免梯度算法收敛陷入局部最小点.基于虚拟仪器技术构建了整个定位系统,实现信号采集、存储、处理及检测信息显示等功能.应用表明,系统解决了管道长度未知情况下的漏点定位问题.     

基于动态压力信号的管道泄漏检测技术研究

本文提出基于压电传感器信号特征的管道泄漏检测方法。比较了基于压电传感器和压力传感器的管道泄漏检测的优缺点，介绍了基于压电式动态压力变送器的管道泄漏检测的系统结构、压电式动态压力变送器的外形特征和内部结构，分析了基于压电式动态压力变送器的管道泄漏信号的时、频域特征，给出了相应的检测和定位方法。实际应用表明，这种方法可以快速、准确地进行泄漏检测和定位，并能可靠地工作。     

物联网技术在管网泄漏监测系统的应用研究

为了提高管网泄漏监测系统的数据化、智能化,该文提出了一种基于物联网技术的管网泄漏在线监测系统。该方法由现场前端控制器采集管道负压波、温度、流量等数据,前端控制器之间可进行相互通信,站点处设置站点控制器,前端与前端、前端与站点、站点与站点之间构成传感器和前端网络模式,相互之间交换数据,以便于更快、更准地传输泄漏信号到监控平台。经过前期研究与实验验证,该方法能完成管网泄漏的在线监测、数据整合及智能定位。     

热力管道泄漏检测系统设计

针对目前供热管道泄漏诊断滞后的问题,介绍了负压波泄漏检测原理,分析了影响定位精确度的主要因素:负压波速度和时间差,以及热网管道沿程温差对负压波速度的影响关系,在此基础上给出了热网管道泄漏故障诊断系统的总体框架。采用GPS授时方式,设计了各热力站高精度的同步数据采集系统,给出了热力站数据采集系统的软硬件设计,实现了故障诊断中心、各热力站数据采集设备的时钟同步。实验结果表明,采集设备的时间同步误差为毫秒级,符合负压波诊断泄漏故障的时间同步要求。     

气体管道泄漏模态声发射时频定位方法

针对声发射信号频散特性导致基于时延估计的气体管道泄漏定位误差大的问题,提出一种基于模态声发射时频分析的泄漏定位方法。该方法采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两泄漏信号的互相关函数进行时频分析,利用互相关函数的时频谱可同时提取泄漏信号的时间延迟和与之对应的频率;然后根据泄漏声发射信号的主导模态的频散曲线即可确定该频率对应的声速,利用实时确定的声速和时间延迟并根据两传感器之间的距离即可确定泄漏点的位置。实验结果表明,采用时频分析的气体管道泄漏定位误差与互相关相比减少了6倍。所提出的模态声发射时频定位方法能有效抑制泄漏信号的频散,提高泄漏信号的相关性,从而更适合用于声发射管道泄漏定位。     

Effects of windowing filters in leak locating for buried water-filled cast iron pipes

Arrival time difference or time delay estimation is critically important for detection of leak location in buried water supply pipes. Because the exact leak locating depends upon the precision of the arrival time difference estimation between leak signals measured by sensors and the propagation speed of the leak-related elastic wave, the research on the estimation of time delay has been one of the key issues in leak locating. The arrival time difference was estimated with the peak time of cross correlation functions of the measured signals. In this study six different window functions, including the basic rectangular, Roth, Wiener, SCOT, PHAT and maximum likelihood windows were applied. Experimental results against an actual buried pipe made of cast iron showed that the introduction of the window functions improved the precision of time delay estimation. In this paper, a new statistical approach, that combines all results of each window function, is suggested for better leak locating. Apart from the experiment, an intensive theoretical analysis in terms of signal processing is described. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Eung-Soo Shin Young-Sup Lee received his BS degree in Naval Architecture from Pusan National University, Korea, in 1987. He then received his MSc and PhD degrees from the University of Southampton, United Kingdom, in 1997 and 2000, respectively. Dr. Lee is currently an assistant professor at the Department of Multimedia Systems Engineering in the University of Incheon, Korea. His research interests include active control of sound and vibration, real-time signal processing, and smart sensors and actuators.     

基于小波分析消噪技术的燃气管道泄漏检测与定位

研究了基于小波分析的负压波管道泄漏检测与定位技术。并主要对小波分析消噪处理方法进行了分析。先选取合适的小波基和尺度对泄漏信号进行小波分解，再对各尺度下小波分解的高频系数进行阈值量化，并重构小波信号可得消噪后的泄漏信号。运用这种方法，可以更为精确地获得压力突降点，提高泄漏点定位的精度。通过对燃气管道泄漏检测与定位的实例分析，验证了此方法的精确性和有效性。     

气体管道泄漏声发射单一非频散模态定位

针对气体管道泄漏声发射信号的多模态、频散特性导致互相关泄漏定位误差大的问题,提出采用单一非频散模态提取的气体管道泄漏声发射定位方法。对检测信号的互谱加窗,并根据模态波数确定窗参数,可获得泄漏声发射信号的单一非频散模态导波的互谱。对单一非频散模态导波的互谱进行傅里叶反变换,得到泄漏声发射中单一非频散模态信号的互相关函数以及时延估计,就可以采用单一非频散模态声速,更准确计算出泄漏位置。对气体管道泄漏进行定位实验,相比用未经分解的泄漏声发射信号进行定位,由于声发射单一非频散模态信号的相关性增强,且选用的声速更准确,定位相对误差平均降低7%以上。这表明,通过提取泄漏信号互谱的单一非频散模态成分进行时延估计,可以提高泄漏检测的有效性和减小定位误差。     

Modal analysis of acoustic leak signal in pipelines using time-frequency analysis

It is important to analyze the propagation characteristics of guided waves in acoustic leak location in pipelines. In this paper, the acoustic leak signal is analyzed in the time-frequency domain. Based on the relation of time-frequency distribution of the acoustic leak signal and the dispersion curves of guided waves, the mode components of acoustic leak signals were obtained. The research can provide a guideline for the mode selection in pipeline leak location, and help improve the accuracy of leak location.     

Adaptive noise cancellation based on EMD in water-supply pipeline leak detection

In water-supply pipeline leak detection and location, both the leak signals and blurred noises are closely related to the pipeline states and surroundings and most of the conventional noise-cancellation methods have to depend on the empirical parameters of either signals or noises. EMD (Empirical Mode Decomposition) is an adaptive signal decomposition method and is exclusive of base functions. A signal is decomposed into several IMFs (Intrinsic Mode Functions) in EMD, then the noise in a signal can be cancelled through removing uncorrelated IMFs. The existing EMD noise cancellation methods need to know the characteristics of either the wanted signal or the noise for rebuilding the noise-removed signal. However the characteristics of leak signals and noises are not fixed in various pipeline conditions, so the existing EMD noise cancellation methods can’t be directly applied in water-supply pipeline leak detection. This paper proposes an adaptive noise cancellation method based on EMD, in which the IMFs that don’t or less contain the components related to the leak can be removed through the cross-correlation between the IMFs and another signal collected at the either side of a suspect leak. In simulation analysis, the adaptive noise cancellation method can increase the SNRs (Signal to Noise Ratios) of leak signals as high as 16 dB. In processing practical pipeline vibro-acoustic signals, with the proposed method the peak of adaptive time delay estimate of leak signals, which determines the location of a leakage, becomes more distinguished, and thus the error of leakage location is improved.     

基于EWT及互时频的天然气管道泄漏定位

针对天然气管道泄漏定位的问题,提出一种基于经验小波变换(EWT)及互时频的泄漏定位方法。该方法首先采用EWT对泄漏信号进行分解,获得多个分量,进而提出根据互信息的敏感分量自适应选择算法,获取敏感分量;然后采用互时频法对敏感分量进行时频分析,根据互时频图的最大特征峰值计算时延和相关频率;最后根据频散曲线获得相关声波速度,实现对天然气管道泄漏点定位。实验结果表明,该方法能够实现管道泄漏点定位,与基于EMD的互时频法相比,定位精度明显提高。     

基于Kalman滤波数据融合方法的超声波气体泄漏定位研究

超声波泄漏检测定位系统因其精度高、实时性强等特性得到广泛应用。常见的超声波定位算法主要包括到达时间差定位算法与能量衰减定位算法，但两种算法本身的定位精度均不是特别的高。采用基于扩展Kalman滤波的数据融合方法，将TDOA定位法和ED定位法的计算结果进行特征提取并联合得出系统观测值，融合计算出泄漏点与各换能器之间的距离，最终通过几何方法计算出泄漏点的三维坐标。通过实验证明了该算法与传统算法相比，精度更高，结果误差小于20 mm。