CN111059476B - 管道泄漏定位方法及其*** - Google Patents

管道泄漏定位方法及其*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管道泄漏定位方法及其***，该方法包括将供收集管道信号的两个检测设备间隔一定距离地设置在管道上；将两个检测设备的内部时间均同步至北斗卫星基准时间；将疑是漏水信号与第一内部时间匹配并形成疑是漏水时间序列信号；并将第二检测设备在第二内部时间内检测到的信号与第二内部时间匹配形成配对时间序列信号；判断配对时间序列信号与疑是漏水时间序列信号是否能够配对，当不能配对时，判定所述疑是漏水信号为错误信号，不进行处理，当能够配对时，利用疑是漏水时间序列信号和配对时间序列信号的时间差定位漏水位置。本发明降低漏水信号的虚警概率，提高了***的可靠性，解决现有技术漏水信号虚警概率高的问题。

Description

管道泄漏定位方法及其***
技术领域
本发明涉及管道泄漏定位技术领域，特指一种管道泄漏定位方法及其***。
背景技术
供水管道在长距离的水资源运输中起到极为关键的作用，但由于大部分管道铺设在野外或地下等恶劣自然环境中，容易受到损坏。一旦供水管道受到损坏而发生泄漏，需要及时进行管道的维修，以免带来额外的经济损失。因此，管道泄漏的快速检测与定位具有极大的应用价值，能够为管道维修提供方案指导。
目前，针对供水管网中的管道泄漏的信号定位方法，大多数采用信号处理手段从管道获取的混合信号中提取有关泄露信号的信息，并且根据信号的强弱程度、频谱扩散等特性来实现泄露点的定位，但是这种定位的方法精度难以保证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种管道泄漏定位方法及其***，可以解决现有定位的方法精度难以保证的问题。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供了一种管道泄漏定位方法，包括：
提供供收集管道信号的第一检测设备和第二检测设备，将第一检测设备和第二检测设备间隔一定距离地设置在管道上；
打开第一检测设备和第二检测设备内对应的北斗信号接收模块，将第一检测设备和第二检测设备的内部时间均同步至北斗卫星基准时间；
设所述第一检测设备检测到疑是漏水信号的时间为第一内部时间，将所述疑是漏水信号与所述第一内部时间匹配并形成疑是漏水时间序列信号；
根据所述第一内部时间选取第二检测设备内对应的内部时间形成第二内部时间，并将所述第二检测设备在所述第二内部时间内检测到的信号与所述第二内部时间匹配形成配对时间序列信号；
判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对，
当不能配对时，判定所述疑是漏水信号为错误信号，不进行处理，
当能够配对时，利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置。
本发明的有益效果是，一方面采用在第一检测设备和第二检测设备内置北斗信号接收模块，利用北斗卫星高精度授时的特点，提升两个检测设备内部时间的精度和一致性，使得时间差更为精准，从而提升漏水位置定位精度，另一方面利用第二检测设备对第一检测设备的疑是漏水信号进行配对，防止错误信号的产生，降低虚警概率。
本发明管道泄漏定位方法的进一步改进在于，设定一间隔时间；
在将第一检测设备和第二检测设备的内部时间均同步至北斗卫星基准时间之后，关闭第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，并每过一次间隔时间再次打开第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，再次将第一检测设备和第二检测设备内的时间均同步至北斗基准时间后关闭。
本发明管道泄漏定位方法的进一步改进在于，提供太阳能电池板，将所述太阳能电池板对应安装于第一检测设备和第二检测设备上从而为所述第一检测设备和第二检测设备供电。
本发明管道泄漏定位方法的进一步改进在于，判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对包括：
设定一限值；
将所述疑是漏水时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X1，
将所述配对时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X2，
利用公式
Figure GDA0003184995150000021
计算所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号的相似度D(X1,X2)，其中，k为频谱序列信号的编号，N为编号数量；
判断所述相似度与所述限值的大小，
若所述相似度大于等于所述限值，则判定能够配对，
若所述相似度小于所述限值，则判定不能配对。
本发明管道泄漏定位方法的进一步改进在于，利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置包括：
利用公式
Figure GDA0003184995150000031
计算所述疑是漏水时间序列信号x1和所述配对时间序列信号x2的时间相关性，其中，γ(k)为两个序列(x1、x2)的相关系数，t为所述第一检测设备检测得到疑是漏水信号的时刻，k为时间序列信号的编号，N为编号数量，
Figure GDA0003184995150000032
为序列x1的均值，
Figure GDA0003184995150000033
为序列x2的均值。
本发明还提供了一种管道泄漏定位***，包括：
供收集管道信号的第一检测设备和第二检测设备，第一检测设备和第二检测设备间隔一定距离地设置在管道上；
对应设于所述第一检测设备和第二检测设备内的北斗信号接收模块，用于将第一检测设备和第二检测设备的内部时间同步至北斗卫星基准时间；
连接于所述北斗信号接收模块的匹配模块，用于设所述第一检测设备检测到疑是漏水信号的时间为第一内部时间，将所述疑是漏水信号与所述第一内部时间匹配并形成疑是漏水时间序列信号；
连接于所述北斗信号接收模块的选取模块，用于根据所述第一内部时间选取第二检测设备内对应的内部时间形成第二内部时间，并将所述第二检测设备在所述第二内部时间内检测到的信号与所述第二内部时间匹配形成配对时间序列信号；
连接于匹配模块和选取模块的配对模块，用于判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对，当不能配对时，判定所述疑是漏水信号为错误信号，不进行处理；
连接于配对模块的定位模块，用于当能够配对时，利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置。
本发明管道泄漏定位***的进一步改进在于，还包括：
连接于所述北斗信号接收模块的控制模块，用于设定一间隔时间，在将第一检测设备和第二检测设备的内部时间均同步至北斗卫星基准时间之后，关闭第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，并每过一次间隔时间再次打开第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，再次将第一检测设备和第二检测设备内的时间均同步至北斗基准时间后关闭。
本发明管道泄漏定位***的进一步改进在于，所述第一检测设备和第二检测设备上对应安装有用于供电的太阳能电池板。
本发明管道泄漏定位***的进一步改进在于，还包括：
所述配对模块包括限值设定单元，用于设定一限值；
所述配对模块还包括相似度计算单元，用于将所述疑是漏水时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X1，
将所述配对时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X2，
利用公式
Figure GDA0003184995150000041
计算所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号的相似度D(X1,X2)，其中，k为频谱序列信号的编号，N为编号数量；
所述配对模块还包括与所述限值设定单元和相似度计算单元均连接的判断单元，用于判断所述相似度与所述限值的大小，
当所述相似度大于等于所述限值时，判定能够配对，
当所述相似度小于所述限值时，判定不能配对。
本发明管道泄漏定位***的进一步改进在于，所述定位模块利用公式
Figure GDA0003184995150000042
计算所述疑是漏水时间序列信号x1和所述配对时间序列信号x2的时间相关性，其中，γ(k)为两个序列(x1、x2)的相关系数，t为所述第一检测设备检测得到疑是漏水信号的时刻，k为时间序列信号的编号，N为编号数量，
Figure GDA0003184995150000051
为序列x1的均值，
Figure GDA0003184995150000052
为序列x2的均值。
附图说明
图1为本发明管道泄漏定位方法的流程图。
图2为本发明管道泄漏定位***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1，本发明提供了一种管道泄漏定位方法，具有定位精度高、虚警概率低等特点，解决了现有定位的方法精度难以保证的问题。下面结合附图对本发明管道泄漏定位方法进行说明。
如图1和图2所示，本发明管道泄漏定位方法包括：
执行步骤S1：提供供收集管道10信号的第一检测设备21和第二检测设备22，将第一检测设备21和第二检测设备22间隔一定距离地设置在管道10上。
进一步地，提供太阳能电池板30，将所述太阳能电池板30对应安装于第一检测设备21和第二检测设备22上从而为所述第一检测设备21和第二检测设备22供电。接着执行步骤S2。
执行步骤S2：打开第一检测设备21和第二检测设备22内对应的北斗信号接收模块，将第一检测设备21和第二检测设备22的内部时间均同步至北斗卫星基准时间。
具体地，设定一间隔时间，在将第一检测设备21和第二检测设备22的内部时间均同步至北斗卫星基准时间后，关闭第一检测设备21和第二检测设备22的北斗信号接收模块，之后每过一次间隔时间则再次打开第一检测设备21和第二检测设备22的北斗信号接收模块，且再次将第一检测设备21和第二检测设备22内的时间均同步至北斗基准时间后关闭。从而实现第一检测设备21和第二检测设备22的内部时间自动保持一致。接着执行步骤S3。
执行步骤S3：设所述第一检测设备21检测到疑是漏水信号的时间为第一内部时间，将所述疑是漏水信号与所述第一内部时间匹配并形成疑是漏水时间序列信号。接着执行步骤S4。
执行步骤S4：根据所述第一内部时间选取第二检测设备22内对应的内部时间形成第二内部时间，并将所述第二检测设备22在所述第二内部时间内检测到的信号与所述第二内部时间匹配形成配对时间序列信号。接着执行步骤S5。
执行步骤S5：判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对；当不能配对时，判定所述疑是漏水信号为错误信号，不进行处理；当能够配对时，执行步骤S6。
具体地，设定一限值；
将所述疑是漏水时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X1，
将所述配对时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X2，
利用公式
Figure GDA0003184995150000061
计算所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号的相似度D(X1,X2)，其中，k为频谱序列信号的编号，N为编号数量；
判断所述相似度与所述限值的大小；
若所述相似度大于等于所述限值，则判定能够配对，执行步骤S6；
若所述相似度小于所述限值，则判定不能配对，不进行处理。
执行步骤S6：利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置。
利用公式
Figure GDA0003184995150000062
计算所述疑是漏水时间序列信号x1和所述配对时间序列信号x2的时间相关性，其中，γ(k)为两个序列(x1、x2)的相关系数，t为所述第一检测设备检测得到疑是漏水信号的时刻，k为时间序列信号的编号，N为编号数量，
Figure GDA0003184995150000063
为序列x1的均值，
Figure GDA0003184995150000064
为序列x2的均值。
下面结合附图对本发明管道泄漏定位***进行说明。
如图1和图2所示，本发明管道泄漏定位***包括：
供收集管道10信号的第一检测设备21和第二检测设备22，第一检测设备21和第二检测设备22间隔一定距离地设置在管道10上。其中，所述第一检测设备21和第二检测设备22上对应安装有用于供电的太阳能电池板30。
对应设于所述第一检测设备21和第二检测设备22内的北斗信号接收模块，用于将第一检测设备21和第二检测设备22的内部时间同步至北斗卫星基准时间。
本发明的定位***还包括：连接于所述北斗信号接收模块的控制模块，用于设定一间隔时间，在将第一检测设备21和第二检测设备22的内部时间均同步至北斗卫星基准时间之后，关闭第一检测设备21和第二检测设备22的北斗信号接收模块，之后每过一次间隔时间则再次打开第一检测设备21和第二检测设备22的北斗信号接收模块，并再次将第一检测设备21和第二检测设备22内的时间均同步至北斗基准时间后关闭。
连接于所述北斗信号接收模块的匹配模块，用于设所述第一检测设备21检测到疑是漏水信号的时间为第一内部时间，将所述疑是漏水信号与所述第一内部时间匹配并形成疑是漏水时间序列信号。
连接于所述北斗信号接收模块的选取模块，用于根据所述第一内部时间选取第二检测设备22内对应的内部时间形成第二内部时间，并将所述第二检测设备22在所述第二内部时间内检测到的信号与所述第二内部时间匹配形成配对时间序列信号。
连接于匹配模块和选取模块的配对模块，用于判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对，当不能配对时，判定所述疑是漏水信号为错误信号，不进行处理；
具体地，所述配对模块包括限值设定单元，用于设定一限值；
所述配对模块还包括相似度计算单元，用于将所述疑是漏水时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X1，将所述配对时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X2，并利用公式
Figure GDA0003184995150000071
计算所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号的相似度D(X1,X2)，其中，k为频谱序列信号的编号，N为编号数量。
所述配对模块还包括与所述限值设定单元和相似度计算单元均连接的判断单元，用于判断所述相似度与所述限值的大小，当所述相似度小于所述限值时，判定不能配对，不进行处理，当所述相似度大于等于所述限值时，判定能够配对。
连接于配对模块的定位模块，用于接收所述配对模块的信号，当能够配对时，利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置。
具体地，所述定位模块利用公式
Figure GDA0003184995150000081
计算所述疑是漏水时间序列信号x1和所述配对时间序列信号x2的时间相关性，其中，γ(k)为两个序列(x1、x2)的相关系数，t为所述第一检测设备检测得到疑是漏水信号的时刻，k为时间序列信号的编号，N为编号数量，
Figure GDA0003184995150000082
为序列x1的均值，
Figure GDA0003184995150000083
为序列x2的均值。
本发明管道泄漏定位方法及其***的有益效果为：
采用在第一检测设备和第二检测设备内置北斗信号接收模块，利用北斗卫星高精度授时的特点，提升两个检测设备内部时间的精度和一致性，使得时间差更为精准，从而提升漏水位置定位精度。现有技术中为了同步两个设备的内部时间，通常需要在设备之间布设网络，十分复杂，而采用本发明利用北斗卫星授时的方法，除了提升精度以外还免去了布设网络的繁琐步骤。
利用第二检测设备对第一检测设备的疑是漏水信号进行配对，防止错误信号的产生，降低虚警概率。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种管道泄漏定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供供收集管道信号的第一检测设备和第二检测设备，将第一检测设备和第二检测设备间隔一定距离地设置在管道上；
打开第一检测设备和第二检测设备内对应的北斗信号接收模块，将第一检测设备和第二检测设备的内部时间均同步至北斗卫星基准时间；
设所述第一检测设备检测到疑是漏水信号的时间为第一内部时间，将所述疑是漏水信号与所述第一内部时间匹配并形成疑是漏水时间序列信号；
根据所述第一内部时间选取第二检测设备内对应的内部时间形成第二内部时间，并将所述第二检测设备在所述第二内部时间内检测到的信号与所述第二内部时间匹配形成配对时间序列信号；
判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对，
当不能配对时，判定所述疑是漏水信号为错误信号，不进行处理，
当能够配对时，利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置；
还包括：
设定一间隔时间；
在将第一检测设备和第二检测设备的内部时间均同步至北斗卫星基准时间之后，关闭第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，并每过一次间隔时间再次打开第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，再次将第一检测设备和第二检测设备内的时间均同步至北斗基准时间后关闭；
判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对包括：
设定一限值；
将所述疑是漏水时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X1，
将所述配对时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X2，
利用公式
Figure FDA0003184995140000021
计算所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号的相似度D(X1,X2)，其中，k为频谱序列信号的编号，N为编号数量；
判断所述相似度与所述限值的大小，
若所述相似度大于等于所述限值，则判定能够配对，
若所述相似度小于所述限值，则判定不能配对；
利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置包括：
利用公式
Figure FDA0003184995140000022
计算所述疑是漏水时间序列信号x1和所述配对时间序列信号x2的时间相关性，其中，γ(k)为两个序列(x1、x2)的相关系数，t为所述第一检测设备检测得到疑是漏水信号的时刻，k为时间序列信号的编号，N为编号数量，
Figure FDA0003184995140000023
为序列x1的均值，
Figure FDA0003184995140000024
为序列x2的均值。
2.如权利要求1所述的管道泄漏定位方法，其特征在于，还包括：
提供太阳能电池板，将所述太阳能电池板对应安装于第一检测设备和第二检测设备上从而为所述第一检测设备和第二检测设备供电。
3.一种管道泄漏定位***，其特征在于，包括：
供收集管道信号的第一检测设备和第二检测设备，第一检测设备和第二检测设备间隔一定距离地设置在管道上；
对应设于所述第一检测设备和第二检测设备内的北斗信号接收模块，用于将第一检测设备和第二检测设备的内部时间同步至北斗卫星基准时间；
连接于所述北斗信号接收模块的匹配模块，用于设所述第一检测设备检测到疑是漏水信号的时间为第一内部时间，将所述疑是漏水信号与所述第一内部时间匹配并形成疑是漏水时间序列信号；
连接于所述北斗信号接收模块的选取模块，用于根据所述第一内部时间选取第二检测设备内对应的内部时间形成第二内部时间，并将所述第二检测设备在所述第二内部时间内检测到的信号与所述第二内部时间匹配形成配对时间序列信号；
连接于匹配模块和选取模块的配对模块，用于判断所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号是否能够配对，当不能配对时，判定所述疑是漏水信号为错误信号，不进行处理；
连接于配对模块的定位模块，用于当能够配对时，利用所述疑是漏水时间序列信号和所述配对时间序列信号的时间差定位漏水位置；
还包括：
连接于所述北斗信号接收模块的控制模块，用于设定一间隔时间，在将第一检测设备和第二检测设备的内部时间均同步至北斗卫星基准时间之后，关闭第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，并每过一次间隔时间再次打开第一检测设备和第二检测设备的北斗信号接收模块，再次将第一检测设备和第二检测设备内的时间均同步至北斗基准时间后关闭；
还包括：
所述配对模块包括限值设定单元，用于设定一限值；
所述配对模块还包括相似度计算单元，用于将所述疑是漏水时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X1，
将所述配对时间序列信号进行傅里叶变换得到频谱序列信号X2，
利用公式
Figure FDA0003184995140000031
计算所述配对时间序列信号与所述疑是漏水时间序列信号的相似度D(X1,X2)，其中，k为频谱序列信号的编号，N为编号数量；
所述配对模块还包括与所述限值设定单元和相似度计算单元均连接的判断单元，用于判断所述相似度与所述限值的大小，
当所述相似度大于等于所述限值时，判定能够配对，
当所述相似度小于所述限值时，判定不能配对；
所述定位模块利用公式
Figure FDA0003184995140000041
计算所述疑是漏水时间序列信号x1和所述配对时间序列信号x2的时间相关性，其中，γ(k)指两个序列(x1、x2)的相关系数，t为所述第一检测设备检测得到疑是漏水信号的时刻，k为时间序列信号的编号，N为编号数量，
Figure FDA0003184995140000042
为序列x1的均值，
Figure FDA0003184995140000043
为序列x2的均值。
4.如权利要求3所述的管道泄漏定位***，其特征在于，所述第一检测设备和第二检测设备上对应安装有用于供电的太阳能电池板。
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