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      長(zhǎng)距離輸水管道漏損及水錘壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（也稱電學(xué)式管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）需要解決的核心難點(diǎn)是既需要高靈敏快速地檢測(cè)到微小泄漏引起的微弱音波（噪聲）信號(hào)，同時(shí)也需要區(qū)分泄漏引起的音波和管道日常運(yùn)行中的背景噪聲以及操作干擾，避免干擾信號(hào)引起的誤報(bào)警。因此，管道泄漏監(jiān)測(cè)問(wèn)題可以歸結(jié)為模式識(shí)別問(wèn)題，如何有效的建立管道泄漏噪聲（音波）信號(hào)及各種干擾信號(hào)的模型？如何從各種信號(hào)中識(shí)別出泄漏信號(hào)？

　  為了提高系統(tǒng)靈敏度，降低由于干擾噪聲引起的誤報(bào)，電學(xué)式智能管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用智慧傳感器（高頻壓力計(jì)+水聽(tīng)器）技術(shù)及前端處理技術(shù)以獲取高質(zhì)量的音波（噪聲）信號(hào)、信號(hào)處理技術(shù)抑制背景噪聲和操作干擾、人工智能技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)以準(zhǔn)確的識(shí)別微小泄漏信號(hào)同時(shí)拒絕各種干擾噪聲（音波）信號(hào)。管道漏損及水錘壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用基于噪聲（音波）數(shù)據(jù)庫(kù)模型的識(shí)別器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行狀況。

開(kāi)放式、模塊化軟硬件架構(gòu)：

　  系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)且符合SOA架構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：該系統(tǒng)可以容忍故障，但不會(huì)影響用戶體驗(yàn)、安全性或造成數(shù)據(jù)丟失。所有服務(wù)器和服務(wù)都處于持續(xù)監(jiān)控中，以防未授權(quán)訪問(wèn)、內(nèi)存問(wèn)題、磁盤空間問(wèn)題和操作系統(tǒng)補(bǔ)丁。如果某個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障，該高可用性架構(gòu)將觸發(fā)備用系統(tǒng)，代替該故障系統(tǒng)，從而可以減少對(duì)整體系統(tǒng)的影響。

傳感器及前端處理模塊：

　  主要作用是實(shí)時(shí)將管道中的噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸?shù)焦艿佬孤┍O(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)采集處理終端。在微小泄漏（泄露）孔徑的情況下，系統(tǒng)信號(hào)采集處理終端采用定制的傳感器，有效的解決了微弱信號(hào)的捕捉、放大和噪聲抑制問(wèn)題。

噪聲信號(hào)處理：

      管道背景噪聲影響泄漏噪音（音波）信號(hào)質(zhì)量。在嚴(yán)重的情況下，管道泄漏噪音（音波）信號(hào)將完全被噪聲淹沒(méi)。管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用科學(xué)的背景噪聲功率譜估計(jì)算法，有效地估計(jì)管道運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)和非平穩(wěn)背景噪聲，然后利用維納濾波器抑制背景噪聲。系統(tǒng)采用主傳感器獲取主信號(hào)，同時(shí)采用多個(gè)傳感器采集參考干擾信號(hào)，利用自適應(yīng)濾波器濾除干擾噪聲。

水力模型：

      建立受水廠與管理站之間輸水水力計(jì)算模型，其原理與模型主要包括的內(nèi)容應(yīng)如下。

      管道輸水系統(tǒng)的管網(wǎng)水力學(xué)模型通常采用曼寧公式計(jì)算，即針對(duì)管網(wǎng)（包括管段、閥門、水泵、水塔等）的動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息，建立管網(wǎng)的狀態(tài)方程（包括連續(xù)性方程、能量方程和管段水頭損失方程），然后求得管網(wǎng)中各管段的流量、流速、水頭損失，各節(jié)點(diǎn)壓力，以及各水源的供水量和供水壓力。ZUI后將所得的計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，如果誤差不滿足要求，則相應(yīng)修正模型的相關(guān)參數(shù)。

輸配水力模式其實(shí)質(zhì)是對(duì)輸水管網(wǎng)的計(jì)算機(jī)模擬，模型需包括以下和實(shí)際設(shè)施對(duì)應(yīng)的對(duì)象：節(jié)點(diǎn)、管段、閥門、水泵、水池。此外，模型還需要和供水管道漏損及水錘壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，獲得系統(tǒng)測(cè)流、測(cè)壓裝置的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

模式識(shí)別及快速自適應(yīng)訓(xùn)練：

　   長(zhǎng)距離輸水管道漏損及水錘壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選擇不同頻帶的低頻噪聲能量作為特征向量。波形特征向量經(jīng)過(guò)能量壓縮、信息壓縮之后，作為實(shí)時(shí)識(shí)別器的輸入。

　   管道泄漏安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于噪聲（音波）數(shù)據(jù)庫(kù)模型的識(shí)別器實(shí)時(shí)處理并甄別管道的運(yùn)行狀態(tài)。采用噪聲（音波）數(shù)據(jù)庫(kù)模型來(lái)描述泄漏音波及各種干擾信號(hào)模型，解決了模型建立、模型訓(xùn)練、實(shí)時(shí)識(shí)別以及在嵌入式系統(tǒng)上的識(shí)別器優(yōu)化等一系列問(wèn)題，從而有效地識(shí)別出泄漏噪聲信號(hào)及干擾信號(hào)。

　   實(shí)際管道的運(yùn)行狀況千差萬(wàn)別，壓力、溫度、流體特性以及背景噪聲都各不相同，準(zhǔn)確快速地適應(yīng)調(diào)整識(shí)別模型將進(jìn)一步提升識(shí)別系統(tǒng)的性能。管道漏損及水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用快速適應(yīng)性訓(xùn)練技術(shù)對(duì)原始噪聲（音波）數(shù)據(jù)庫(kù)模型進(jìn)行訓(xùn)練。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)快速適應(yīng)訓(xùn)練之后，實(shí)時(shí)識(shí)別器的模型能夠更好的適應(yīng)管道的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況，從而進(jìn)一步提升識(shí)別精度。