[发明专利]一种基于压力扰动提取的供水管网爆管侦测方法

说明书

本发明涉及一种基于压力扰动提取的供水管网爆管侦测方法，该方法包括如下步骤：(1)收集、预处理压力监测数据，建立压力监测值矩阵；(2)采用傅里叶变换对压力监测值矩阵进行时域、频域特征分析，提取扰动信息，生成压力扰动值矩阵；(3)采用孤立森林算法检测压力扰动值矩阵中的异常值；(4)基于爆管事件下的管网压力响应特征，筛选检测出的异常值，输出爆管侦测结果。与现有技术相比，本发明爆管侦测方法的结果准确可靠，更适用于我国目前普遍采用的大型复杂供水管网。

技术领域

本发明涉及一种供水管网爆管侦测方法，尤其是涉及一种基于压力扰动提取的供水管网爆管侦测方法。

背景技术

供水管网是我国城市基础设施的重要组成部分，承担着将水安全可靠地输送到用户的重任。随着我国社会、经济的快速发展，城市化进程不断加快，居民需水量日益增加，城市供水管网的规模逐步扩大。然而由于部分管网敷设时间长，管材老化、腐蚀现象严重，我国供水管网爆管事故频发。同时我国仍缺乏准确可靠的供水管网爆管事件侦测技术，发现爆管事件主要依靠水司日常巡检及群众反映。导致爆管被发现所需时间较长，处理效率低下。不仅浪费了大量水资源，造成经济损失，同时还可能造成大范围停水及道路或建筑物破坏，影响居民正常生活。此外，外界的细菌、病原体等微生物可能通过破损处进入管网，造成二次污染。因此，采用切实有效的爆管实时侦测方法、及时发现爆管事故，从而减少爆管造成的影响具有重要意义。

国内外已有大量关于供水管网爆管侦测方法的研究。现有爆管侦测方法可主要分为水力模型法、瞬变流分析法和数据驱动方法三种，以下为一些代表性的研究：

1)水力模型法

如文献：

[1]:Meseguer J,Mirats-Tur J M,Cembrano G,et al.A decision supportsystem for on-line leakage localization.Environmental Modelling&Software,2014,60(10):331–345.

该类方法采用的主要技术措施：基于供水管网水力模型，利用孔口出流公式模拟爆管，通过求解管网流量守恒方程和环能量方程组，以校核水力模型的方式实现爆管侦测。

优缺点：这类方法优势在于，该方法基于管网基本方程组的求解，有较为清晰的理论支撑。但其不足之处在于：(1)该类方法严重依赖精确的水力模型，而目前我国大部分水司建立的供水管网水力模型精度较低；(2)该类方法效果易受管网不确定性影响，对管网中布置的监测点数量要求较高。因此，目前我国实际供水管网通常难以满足该方法的需求。该方法未得到在实际供水管网中的广泛应用。

2)瞬变流分析法

如文献：

[2]:Misiunas D,Lambert M,Simpson A,et al.Burst detection and locationin water distribution networks.Water Science&Technology:Water Supply,2005,5(3),3–4.

[3]:Mpesha W,Chaudhry M.H.and Gassman S.L.Leak detection in pipes byfrequency response method.Journal of Hydraulic Engineering,2001,127(2),134–147.

该类方法采用的主要技术措施：基于高精度高频压力传感器采集的监测数据，通过侦测爆管产生的压力波或分析爆管产生的瞬态信号的变化实现爆管侦测。