一、系統(tǒng)背景

 由于各種不可抗力或人為因素的影響,輸水管道的滲漏問(wèn)題頻發(fā),嚴(yán)重浪費(fèi)水資源。如何準(zhǔn)確、及時(shí)地對(duì)輸水管道泄漏、滲漏進(jìn)行定位及獲取滲漏量等信息,對(duì)于長(zhǎng)距離輸水管道具有重要意義。長(zhǎng)距離輸水管道安全隱患的歸因，一方面在于管道起伏、泵站啟閉、閥門開(kāi)關(guān)等造成的水錘問(wèn)題，另一方面在于施工質(zhì)量、土壤沉降、管道腐蝕、第三方開(kāi)挖等原因造成的漏水和爆管。長(zhǎng)距離輸水管道的安全檢查主要依靠技術(shù)人員檢漏設(shè)備的被動(dòng)巡檢方式，缺乏有效性和及時(shí)性，考慮采用主動(dòng)監(jiān)測(cè)、定位、評(píng)估等在內(nèi)的技術(shù)方法及相應(yīng)的管理體制解決。配置一套實(shí)時(shí)在線測(cè)漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在管道發(fā)生泄漏時(shí)，根據(jù)水流對(duì)管道壁的沖刷引起泄漏點(diǎn)發(fā)出振動(dòng)和聲波來(lái)監(jiān)測(cè)滲漏和爆管預(yù)警，全天候監(jiān)視管道運(yùn)行，確保安全。

二、系統(tǒng)概述

光纖水聽(tīng)器管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用光纖水聽(tīng)器及相關(guān)分析儀器與設(shè)備,提出針對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道的滲漏檢測(cè)與定位方法,以高效快速地監(jiān)測(cè)輸水管道滲漏,為地下管道滲漏監(jiān)測(cè)發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。光纖水聽(tīng)器組成的陣列進(jìn)行長(zhǎng)距離管道泄漏監(jiān)測(cè)，在長(zhǎng)輸管道中每隔 500m~1km 左右布置一個(gè)光纖水聽(tīng)器，通過(guò)光纜將水聽(tīng)器串接并傳輸信號(hào)，當(dāng)兩聲波傳感器之間發(fā)生因泄露引起聲波或振動(dòng)時(shí)相鄰水聽(tīng)器探測(cè)到該信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別與定位。

三、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

 本系統(tǒng)無(wú)論從技術(shù)優(yōu)勢(shì)、安全可靠性、報(bào)警準(zhǔn)確率、定位精度，還是安裝的便捷等方面綜合比較，都具有優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
1)  傳感端全光纖，無(wú)源本安，無(wú)需供電；
2)  系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)：可滿足不同介質(zhì)、不同長(zhǎng)度的管線；
3)  無(wú)需全線占地補(bǔ)償；
4)  全光纖壽命長(zhǎng)，可靠性高，免維護(hù)。

四、系統(tǒng)組成

 本系統(tǒng)的設(shè)備由光纖水聽(tīng)器傳感設(shè)備、水聲偵聽(tīng)監(jiān)測(cè)主機(jī)、傳感設(shè)備及綜合智能分析平臺(tái)等組成。在目前的水聽(tīng)器中，光纖水聽(tīng)器適合大范圍組網(wǎng)和長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸，適用于長(zhǎng)距離水管道內(nèi)使用。系統(tǒng)的組成框圖如下圖所示：

五、技術(shù)參數(shù)

光纖水聽(tīng)器管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能分析系統(tǒng)包括服務(wù)器、智能分析軟件、預(yù)警算法等組成。該系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)管道發(fā)生泄漏并判斷管道發(fā)生泄漏的情況和位置，及時(shí)預(yù)警。針對(duì)背景環(huán)境噪聲，綜合智能分析系統(tǒng)具備模式分析算法和深度學(xué)習(xí)算法，可自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別、建庫(kù)和學(xué)習(xí)，提高報(bào)警準(zhǔn)確率。智能分析軟件會(huì)對(duì)管道聲數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期建庫(kù)，對(duì)泄漏信號(hào)位置、斷絲位置、爆管位置等的監(jiān)測(cè)可與管道GIS系統(tǒng)結(jié)合顯示監(jiān)測(cè)位置。

系統(tǒng)功能如下：

1) 監(jiān)測(cè)管道泄漏信號(hào)，確定管道泄漏位置，對(duì)爆管進(jìn)行預(yù)警；

2) 模式識(shí)別功能：泄漏信號(hào)特征準(zhǔn)確提取，建立數(shù)據(jù)樣本庫(kù)，能將環(huán)境干擾信號(hào)濾除；

3) 支持自主無(wú)人值守運(yùn)行；

4) 豐富的報(bào)警及記錄功能：系統(tǒng)具有報(bào)警本地顯示、記錄、聯(lián)動(dòng)以及遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)、查詢功能。系統(tǒng)能提供實(shí)時(shí)的電子地圖定位、語(yǔ)音報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及聲光、短信報(bào)警功能；

5) 故障報(bào)警功能：系統(tǒng)軟件具有故障報(bào)警功能。水聽(tīng)器傳感器或傳輸光纜出現(xiàn)斷裂時(shí)，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)提供反饋信息，上傳報(bào)警信號(hào)；

6) 系統(tǒng)具有“學(xué)習(xí)功能”，出現(xiàn)報(bào)警事件時(shí)，系統(tǒng)將采集信號(hào)與之前“學(xué)習(xí)”獲得的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，做出判斷；

七、安裝方案

光纖水聽(tīng)器可在管道外壁或內(nèi)壁安裝使用。
（1）在管道外壁安裝：光纖水聽(tīng)器緊貼管道外壁正上方，采用專yong膠固定的方式安裝。水聽(tīng)器傳輸光纜可與管道同溝鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)光纜較松弛，留有適當(dāng)余量。光纖水聽(tīng)器安裝固定后，將同溝鋪設(shè)的傳輸光纜分別與每個(gè)光纖水聽(tīng)器連接，然后固定和保護(hù)光纜。光纜在機(jī)房的一端與水聲偵聽(tīng)監(jiān)測(cè)主機(jī)連接。

圖 2  管道外光纖水聽(tīng)器（含安裝組件）

圖 3  光纖水聽(tīng)器安裝截面圖及側(cè)視圖

（2）在管道內(nèi)壁安裝：光纖水聽(tīng)器緊貼管道內(nèi)壁正下方，采用專yong膠或者水泥固定。水聽(tīng)器傳輸光纜在管道內(nèi)敷設(shè)，同樣采用專yong膠或者水泥固定在管道內(nèi)。安裝時(shí)需進(jìn)入管內(nèi)進(jìn)行安裝作業(yè)，光纜在遇到直通閥門時(shí)，通過(guò)穿纜組件，將光纜引出管道，閥井內(nèi)設(shè)置光纜接頭箱連接。光纜首段通過(guò)穿纜組件引出管道，在機(jī)房?jī)?nèi)與水聲偵聽(tīng)監(jiān)測(cè)主機(jī)連接。

圖 4 管道內(nèi)用光纖水聽(tīng)器

圖 6  光纖水聽(tīng)器安裝截面圖及側(cè)視圖 

八、其他說(shuō)明：

本系統(tǒng)結(jié)合分布式光纖聲波/振動(dòng)傳感測(cè)漏技術(shù)效果更佳，沿著管道布置一根傳感光纜，如果泄漏點(diǎn)管道發(fā)出聲波信號(hào)，作用于該點(diǎn)光纜，聲波作用于光纜引起光信號(hào)調(diào)制，通過(guò)解調(diào)信號(hào)處理得到聲波信號(hào)，經(jīng)模式識(shí)別算法判斷泄漏點(diǎn)特征，通過(guò)光脈沖定位泄漏點(diǎn)位置。其工作原理：分布式光纖聲波傳感技術(shù)利用高相干光在光纖中傳輸引起的瑞利散射光干涉對(duì)聲波/ 振動(dòng)特征敏感的原理特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)聲波或振動(dòng)檢測(cè)。