一种基于水压采样数据的供水管网状态监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于水压采样数据的供水管网状态监测方法，包括以下步骤：(1)获取供水管网中某一点的水压采样数据，采用滑动平均滤波法对所述水压采样数据进行滤波处理，得到水压滤波数据；(2)将所述水压滤波数据与预设的水压阈值比较，以判断供水管网状态。相应地，本发明专利技术还公开了一种基于水压采样数据的供水管网状态监测装置，其包括依次连接的缓存模块、累加模块、比较模块以及输出模块。本发明专利技术所述的基于水压采样数据的供水管网状态监测方法和装置可用于供水管网状态实时判断输出，输出结果更为准确，运算处理复杂度降低，数据处理量小，匹配的硬件成本投入小，实时效果好。

Water supply pipe network state monitoring method and device based on hydraulic pressure sampling data

The invention discloses a water sampling state monitoring method of water supply network based on the data, which comprises the following steps: (1) to obtain a point pressure in the water supply network sampling data, the sampling data is filtered by water moving average filter, hydraulic filter data obtained; (2) compared with the preset threshold pressure the hydraulic filter data, to determine the state of water supply network. Correspondingly, the invention also discloses a water supply pipe network state monitoring device based on water pressure sampling data, which comprises a buffer module, an accumulation module, a comparison module and an output module which are connected in turn. Can be used for real-time judgment of output water supply network state sampling data of water supply network state monitoring method and device based on the pressure provided by the invention, the output result is more accurate and the computation complexity is reduced, the amount of data processing, hardware cost is small, small, good real-time effects.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及供水管网状态监测领域，尤其涉及一种供水管网状态监测方法及装置。
技术介绍
供水管网是城市建设的重要基础设施，其一旦发生泄漏事故，除了影响正常的生产生活外，还会使大量水资源白白浪费。因此，及时发现并了解事故发生位置及泄露大小，采取相应的补救方案控制管网漏损，加强供水设施管理以合理利用水资源，势在必行。现今，多数城市采用被动检漏法检测供水管网的漏损，即依靠专职人员进行巡查查漏和用户报漏。此法不仅耗力耗时，而且对于一些暗漏无能为力。为此，人们先后研究了一些供水管网漏损的主动检测方法，主要有：音听检漏法，相关检漏法，漏水声自动监测法和分区检漏法等。前三种检漏法是靠漏口产生的声音来探测漏点的，其中相关检漏法是当前最先进有效的一种检漏方法，特别适用于环境干扰噪声大、管道埋设太深或不适宜用地面听漏法的区域。而分区检漏法，又称最小流量法，是通过计量管道流量及压力来判断有无漏水存在的方法。基于水压数据监测的供水管网漏损诊断方法依据伯努利方程对于流体流速与压强关系的描述，通过水压传感器采集管网某一点的水压并上传分析，即可判断附近管网的运行情况，被认为是较好的城市管网水压信息监测方法。然而，目前在基于水压采样数据的供水管网状态监测输出结果不够准确，此外，运算处理复杂度高，数据处理量大，导致匹配的硬件成本投入大，实时效果不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种基于水压采样数据的供水管网状态监测方法，该方法可用于供水管网状态实时判断输出，输出结果更为准确，此外，运算处理复杂度降低，数据处理量小，匹配的硬件成本投入小，实时效果好。根据上述专利技术目的，本专利技术提出了一种基于水压采样数据的供水管网状态监测方法，包括以下步骤：(1)获取供水管网中某一点的水压采样数据，采用滑动平均滤波法对所述水压采样数据进行滤波处理，得到水压滤波数据；(2)将所述水压滤波数据与预设的水压阈值比较，以判断供水管网状态。本专利技术所述的基于水压采样数据的供水管网状态监测方法，其对所述水压采样数据进行滤波处理，然后基于得到的水压滤波数据判断供水管网状态，从而使得输出结果更为准确。所述供水管网状态可以包括正常、泄漏、放水，所述水压阈值可以基于实际供水管网状态为泄漏时的水压采样数据选取。目前，主流的数字滤波方法包括限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、滑动平均滤波法等。其中，限幅滤波和中值滤波能够有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，但平滑度差；算术平均滤波法是对N个连续采样值相加，然后取其算术平均值作为本次测量值，对滤除混杂在被测信号上的随机干扰非常有效，但是不易消除脉冲干扰引起的误差，且实时性较低；滑动平均滤波将N个采样值看成一个队列，每进行一次采样就将新数据放入队尾，而原来的队首数据出队，保证队列中始终有N个最新数据，这样取此N个数据的算术平均值作为本次测量值，既继承了算术平均滤波滤除随机干扰的有效性，还克服了其实时性差的缺点。此外，由于水压数据传输过程中的噪声以白噪声为主，且对实时性有一定要求，本专利技术采用滑动平均滤波法对水压采样数据进行处理。其算法表述为：其中x(ti)为第i个采样值，y(tn)为由N个采样值得到的第n个测量值(对应本专利技术中的水压滤波数据)，N为滑动窗口长度。进一步地，本专利技术所述的供水管网状态监测方法中，所述步骤(1)包括以下步骤：(1a)根据预设的窗口长度N，获取N个连续的水压采样数据P(i),i＝n-N+1,n-N+2,…,n,n≥N，并对其求和得到S(n)，则第n个水压滤波数据Pout(n)＝S(n)/N；(1b)基于迭代关系S(n+j)＝S(n+j-1)-P(n-N+j)+P(n+j)得到连续的水压滤波数据Pout(n+j)＝S(n+j)/N,j＝1,2…。目前的滑动平均滤波法中，对于N长度数据的累加运算，需要完成N-1次加法计算，对于每一个新的数据，需要开展一次N长度数据累加运算，计算复杂度较大。上述方案中，相当于数据在窗口中的先进先出移动，通过减去新移出窗口的数据，然后加上新输入窗口的数据，即可完成一次N长度数据累加运算，大大降低了计算复杂度，从而使得数据处理量小，匹配的硬件成本投入小，实时效果好。更进一步地，上述供水管网状态监测方法中：所述步骤(1a)中，构造1×N的矩阵存储空间，其中第1,2,…,N个空间按顺序相应存储所述N个连续的水压采样数据P(i)；存储S(n)和Pout(n)；所述步骤(1b)中，将S(n+j-1)减去所述矩阵存储空间的第1个空间中的数值P(n-N+j)，采用先进先出机制将所述矩阵存储空间中的N个连续的水压采样数据P(i)更新为P(i+j),i＝n-N+1,n-N+2,…,n,n≥N，将S(n+j-1)再加上所述矩阵存储空间的第N个空间中的数值P(n+j)，得到S(n+j),j＝1,2…；存储S(n+j)和Pout(n+j)。上述方案中，引入了矩阵存储空间并基于该矩阵存储空间使用先进先出机制。进一步地，本专利技术所述或上述的供水管网状态监测方法中，所述步骤(2)中，所述水压阈值包括第一水压阈值和第二水压阈值，包括以下步骤：(2a)比较所述水压滤波数据是否大于所述第一水压阈值，是则判断供水管网状态为正常并输出，否则进行步骤(2b)；(2b)比较所述水压滤波数据是否大于所述第二水压阈值，是则判断供水管网状态为泄漏，否则判断供水管网状态为放水并输出。上述方案中，根据水压越低漏水状况越严重的原理判断供水管网状态。所述第一水压阈值大于第二水压阈值。所述输出可以是输出表征供水管网状态的文字/符号/颜色等标识。更进一步地，上述供水管网状态监测方法中，所述水压阈值基于实际供水管网状态为泄漏时的水压采样数据选取。上述方案中，可以以实际供水管网状态为泄漏时的水压采样数据为训练序列，统计各压力值出现概率，累加形成该状态下的各压力点概率统计图，基于该各压力点概率统计图选取水压阈值。更进一步地，上述供水管网状态监测方法中，选取所述水压阈值前先对所述实际供水管网状态为泄漏时的水压采样数据按照上述方案中的滑动平均滤波法进行滤波处理。上述方案中，先对实际供水管网状态为泄漏时的水压采样数据采用滑动平均滤波法进行滤波处理有利于水压阈值的准确选取。优选地，上述供水管网状态监测方法中，所述N的值取8。在实际工程应用中选择滤波器窗口长度时，要综合考虑各种因素。在滤波效果方面，窗口长度为32时，效果最佳，在计算资源需求方面，窗口长度为4时，要求最低。权衡这些利弊，本专利技术优选滑动滤波器窗口长度N为8。本专利技术的另一目的是提供一种基于水压采样数据的供水管网状态监测装置，该装置可用于供水管网状态实时判断输出，输出结果更为准确，此外，运算处理复杂度降低，数据处理量小，匹配的硬件成本投入小，实时效果好。根据上述专利技术目的，本专利技术提出了一种基于水压采样数据的供水管网状态监测装置，其被配置为执行以下步骤：(1)获取供水管网中某一点的水压采样数据，采用滑动平均滤波法对所述水压采样数据进行滤波处理，得到水压滤波数据；(2)将所述水压滤波数据与预设的水压阈值比较，以判断供水管网状态。进一步地，本专利技术所述的供水管网状态监测装置包括缓存模块和累加模块，其被配置为执行下述步骤：(1a)根据预设的窗口长度N，获取N个连续的水压采样数据P(i),i＝n-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于水压采样数据的供水管网状态监测方法，包括以下步骤：(1)获取供水管网中某一点的水压采样数据，采用滑动平均滤波法对所述水压采样数据进行滤波处理，得到水压滤波数据；(2)将所述水压滤波数据与预设的水压阈值比较，以判断供水管网状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于水压采样数据的供水管网状态监测方法，包括以下步骤：(1)获取供水管网中某一点的水压采样数据，采用滑动平均滤波法对所述水压采样数据进行滤波处理，得到水压滤波数据；(2)将所述水压滤波数据与预设的水压阈值比较，以判断供水管网状态。2.如权利要求1所述的供水管网状态监测方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：(1a)根据预设的窗口长度N，获取N个连续的水压采样数据P(i),i＝n-N+1,n-N+2,…,n,n≥N，并对其求和得到S(n)，则第n个水压滤波数据Pout(n)＝S(n)/N；(1b)基于迭代关系S(n+j)＝S(n+j-1)-P(n-N+j)+P(n+j)得到连续的水压滤波数据Pout(n+j)＝S(n+j)/N,j＝1,2…。3.如权利要求2所述的供水管网状态监测方法，其特征在于：所述步骤(1a)中，构造1×N的矩阵存储空间，其中第1,2,…,N个空间按顺序相应存储所述N个连续的水压采样数据P(i)；存储S(n)和Pout(n)；所述步骤(1b)中，将S(n+j-1)减去所述矩阵存储空间的第1个空间中的数值P(n-N+j)，采用先进先出机制将所述矩阵存储空间中的N个连续的水压采样数据P(i)更新为P(i+j),i＝n-N+1,n-N+2,…,n,n≥N，将S(n+j-1)再加上所述矩阵存储空间的第N个空间中的数值P(n+j)，得到S(n+j),j＝1,2…；存储S(n+j)和Pout(n+j)。4.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的供水管网状态监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述水压阈值包括第一水压阈值和第二水压阈值，包括以下步骤：(2a)比较所述水压滤波数据是否大于所述第一水压阈值，是则判断供水管网状态为正常并输出，否则进行步骤(2b)；(2b)比较所述水压滤波数据是否大于所述第二水压阈值，是则判断供水管网状态为泄漏，否则判断供水管网状态为放水并输出。5.如权利要求4所述的供水管网状态监测方法，其特征在于，所述水压阈值基于实际供水管网状态为泄漏时的水压采样数据选取。6.如权利要求5所述的供水管网状态监测方法，其特征在于，选取所述水压阈值前先对所述实际供水管网状态为泄漏时的水压采样数据按照如权利要求1-3中任意一项权利要求中的滑动平均滤波法进行滤波处理。7.如权利要求2或3所述的供水管网状态监测方法，其特征在于，所述N的值取8。8.一种基于水压采样数据的供水管网状态监测装置，其被配置为执行以下步骤：(1)获取供水管网中某一点的水压采样数据，采用滑动平均滤波法对所述水压采样数据进行滤波处理，得到水压滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱磊基，熊勇，赵建龙，姚炜，楼亮亮，周苗，王静，佟慧娇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31