管道泄漏检测定位研究目的意义及国内外现状

1、管道泄漏检测定位研究目的意义及国内外现状1研究的目的及意义12泄漏检测定位原理13国内外研究现状33.1 国内外普遍的泄漏检测的研究方法33.2目前使用的一些去噪方法4频率选择滤波去噪4平均除噪法4相关除噪法4小波去噪5自适应噪声抵消51研究的目的及意义我国是一个水资源短缺的国家，但随着经济发展和城市化进程的加快，导致水污染严重，不合理用水等问题，使得我国水资源供需矛盾进一步加剧。供水管网是与市民联系最紧密的管道系统，它直接影响着市民的日常生活。所以随着水资源的短缺，如何合理用水显得尤为重要。我国虽然是一个水资源的大国，但是从人均这个角度看，又是一个严重缺水的国家。据统计，我国水资源人均占有量

2、不足2200立方米，不到世界人均水资源占有量的三分之一。全国660个城市当中，大约有400多个缺水。今年，我国西南部的大旱，更是给我们敲响了节约用水的警钟。虽然我国缺水严重，但是在用水方面，自来水管道的漏水现象却十分严重。泄漏带来的影响，不仅会造成经济上的损失，还会破坏周围的生态环境。因此，为了及时发现，定位并修补漏洞，就需要对供水管网泄漏检测定位技术进行研究。在发达国家，由于有强大的经济实力，所以很早就开展拉开了这方面的研究，而我们国家起步较晚，很少有专门的机构对自来水管网的泄漏定位技术进行研究。所以，对检漏技术的研究、发展、应用也是多年来倍受关注的问题。在自来水管道泄漏检测中，由于各种噪声

3、的干扰，以及管道太长等对泄漏信号的衰减，传感器实际采集到的传感信号非常微弱，信噪比极低，严重影响了漏点检测的定位精度。随着检测距离的增加，从实际测得的传感信号中提取漏点信号就更加困难。因此，采用现代信号处理方法提高信号信噪比是泄漏检测中的关键问题之一。2泄漏检测定位原理当管道由于材料腐蚀或其他外力作用产生裂纹或小孔时，由于管内压力大于管外压力，使得管道内的水向外喷射，引起泄漏处流体运动状态的改变，泄漏处湍流声和空泡声等与管道相互作用，管道在泄漏处形成振动，该振动以管道、管内流体水以及管道埋设介质等形成的波导向远处传播，实际泄漏定位过程中，通常在疑似漏点两侧的管道暴露点上（如管道阀门、消防栓等）

4、分别放置用于拾取振动信号的压电加速度传感器进行泄漏声信号的获取，其定位原理如图1所示。图1泄漏定位原理图假设漏点信号为，2个传感器同是采集漏点的信号，信号传播到传感器1的时间为，传播到传感器2的时间为，传感器1接收到的信号为，传感器2接收到的信号为，漏点到传感器1的距离设为，漏点到传感器2的距离设为，两个传感器之间的距离设为，则可以建立如式（1）和（2）两个数学模型: （1） （2） 其中为传感器1接收到的干扰噪声，为传感器2接收到的干扰噪声，这些干扰噪声包括路上车辆行驶产生的震动噪声，车辆的鸣笛的噪声，还有自来水管道内部流水时均匀震动产生的噪声等。通过求解2个方程的，可以求得漏点定位的公式：

5、 （3）为通过分析得到的带有漏点信息的声信号在2个信道间的传输时延估计值。为漏点信息的声信号在自来水管道中的传播速度，它由管道的材质、管径和管道埋设环境等参数决定。3国内外研究现状3.1 国内外普遍的泄漏检测的研究方法世界各国，尤其是西方发达国家都非常重视供水节水调控管理工作，很早就开展了漏损控制技术及设备的研究与开发工作，并成立了相关学术机构。如英国水研究中心(wrc)专门发表报告，论述漏水控制工作的内容、方法和对策;美国水协会(awwa)在1976年成立了检漏专业委员会;日本水道协会(jwwa)也专门对漏损控制进行研究，而且都很重视测漏仪器设备的开发和生产。1960年英国水研究中心开发了世

6、界上第一台相关检漏仪，但其体积非常庞大，实用性很差。1976年德国开发了便携式相关检漏仪，探头到相关仪主机间用电缆连接或无线传送。此后，英、美、日等国家都开发出轻型的移动相关检漏仪。这些国家，一直不断地应用新的电子技术成果开发、更新、生产相关检漏仪器，使其性能不断地改善提高。90年代初期又研究了利用水噪声的相关检漏仪，提高了检漏设备的检漏可靠性和准确性。另外在80年代中期，美国、日本开发了地质雷达，主要是利用无线电波对漏水情况进行检测，并用图像显示漏水点周围的情况，从而实现漏水点的精确定位；英国bristol电子公司开发一种浮球测漏法;德国采用模式识别技术根据泄漏信号强度来测定泄漏位置。建国以

7、来，各地供水公司一直在开展漏水调查工作。配备有简单的仪器设备，以管道事故抢修为主，漏水调查靠老工人的经验，多数单位管道漏水控制效果不好。近年来，各地供水公司相继引进了不少发达国家的先进漏水检测设备，比如日本、英国、德国等国家的听漏仪、相关检测仪、雷达检测仪和流量计等设备。一些供水公司根据自身状况也成立了相应的检漏队伍，专门从事漏水控制工作，取得了一定的成果。但从总体上来看和发达国家还有一定的差距，检漏技术人员较少，专业技能较低，对先进设备的引进和使用并没有得到普及，虽有先进的仪器设备也无法达到应有的效果。供水管网泄漏检测定位系统综合应用到现代信息获取，处理以及传输技术，其中信息处理基础确定了整

8、个系统的技术水平和性能。而研究泄漏检测的定位中，又需要对测到的信号进行去噪处理，所以各种去噪方法必不可少。下面将从检测定位中的去噪方法上来阐述几种较为常见的去噪方法。3.2目前使用的一些去噪方法在供水管道泄漏检测中，由于检测环境中产生干扰噪声的因素多，且泄漏信号在长距离管道中传输后会有能量衰减，所以检测信号的信噪比往往是非常低的，信噪比过低将会严重地影响泄漏检测定位的定位精度。因此，在对信号进行分析前对其进行去噪尤为重要。下面介绍目前用于供水管道泄漏检测定位中的去噪方法。频率选择滤波去噪频率选择滤波就是选择恰当的滤波器，使其通带与有用信号频带一致，这样可完全通过有用信号，而抑制不在有用信号频带

9、内的噪声信号。使用该去噪方法的不足是：由于不知道泄漏信号的真实频带范围，滤波器频率范围的不恰当选择会滤掉有用信号成分，而且不能去除与信号频带相重叠的噪声信号，使得去噪效果不明显。平均除噪法平均降噪方法也是根据概率统计中的相关理论提出的。它是利用随机噪声在任何两个不同的时刻相互独立且均值为零的特点，在同一时间点上同时采集若干个样本，再进行时间平均以剔除噪声的一种方法。以上两种方法是基于随机过程和数理统计的原理，主要应用于信号与噪声互不相关的条件下。相关除噪法相关降噪方法是根据概率统计中的相关理论提出的。从这一理论出发，相互独立的两个随机变量，其协方差为零。在实际中，信号中往往含有随机噪声，它与期

10、望信号无论在时间上还是空间上都是相互独立的，而且噪声本身在任何两个不同的时刻也是相互独立的，因而如果取采集样本的自相关函数，则可起到剔除噪声的作用。小波去噪小波除噪是利用信号与噪声的局部特性差别来消除信号中的噪声。先将测到的信号进行小波分解，然后根据信号和噪声在小波系数上的差别进行分离。然后对处理过的小波系数重构，得到有用信号。简单的讲，小波去噪的一般过程为：含噪信号小波变换小波域滤波小波逆滤波有用信号。目前比较好的方案一般为根据信号和背景噪声的统计特性及其在小波变换域的区别，通过选取合适的阈值将那些受噪声控制的小波系数剔除或压缩，保留信号控制的小波，然后再进行小波重构，便可以达到噪声抵消和恢复信号的目的。自适应噪声抵消自适应噪声抵消法是以噪声干扰信号为处理对象，利用噪声信号和原始被测信号不相关的特点，将输