【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于供水漏失智能检测，特别是涉及基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术。
技术介绍
1、水作为世界第五大工业领域，是社会发展和生产生活重要的基本要素，截止2020年，我国城市供水管道总长度超过100万公里，而城市管网的平均漏失率超过15%，每年因供水渗漏，直接造成的经济损失超过200亿元，并会间接引发路面坍塌、地下商业设施淹没、地铁停运等次生灾害。
2、目前为解决供水漏失问题，发现漏失现象、定位漏失点位是其中非常重要的环节。传统的漏失监测和定位巡检主要依赖于现场听音法，但该方法主要依托于巡检人员经验判断，误差较大且难以大规模复制应用；近年来推出的部署于检查井和消防栓处的管外检测设备，依托于震动和声音进行远程监测，具有部署便捷，可实时检测的优点，但其定位精度较差，对后续的抢修处置造成了较大的困难；基于分布式光纤震动检测的方法，基于不同波段光波散射原理，可相对精准地定位因管道泄露而产生的震动和异常声音，但由于需要贴附于管壁进行部署，相对更适合于直接随新铺设管道一同施工，针对已有管道，二次部署难度较大且成本过高。
3、现有的供水管道漏失检测技术的检测结果误差较大且难以大规模复制应用，并且一般用于管外的检测设备定位精度较差，对后续抢修造成困难，同时成本过高，为此我们提出基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，解决现有的供水管道漏失检测技术
2、为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术为基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，包括智能球主体，以及与其建立控制连接的智能检测系统；所述智能球主体为双层结构组成，包括智能球内核，所述智能球内核内部设置有声音采集器、惯性导航模块、传感模块、超声波探头以及数据存储模块；
4、声音采集器：用于接收因管道渗透而产生的声音震动信息，作为判别管道渗漏情况和程度的原始输入信号；
5、惯性导航模块：用于完成智能球主体在管道内运动轨迹和运动状态的计算和分析，进而完成供水管道潜在渗漏点位的定位；
6、传感模块：用于记录智能球主体运动过程中管道内水流速度和方向，辅助完成智能球主体运动轨迹和状态的计算；
7、超声波探头：通过压电感应方式，接收部署在窨井处超声发射器发叉的超声信号，辅助完成智能球主体的零点标定，减少惯性导航模块在运动过程中产生的累计误差；
8、数据存储模块：用于保存智能球主体在管道运行过程中的声音采集数据、惯性导航模块计量数据、超声波接收数据以及智能球主体运行状态数据；
9、所述智能检测系统包括处理单元，以及与其分别建立通信连接的标定模块、渗漏检测单元、渗漏定位单元和分析报告生成单元；
10、处理单元：建立数据分析平台，用于接收智能球主体监测过程中内部各元件的检测数据信号，并对数据信号进行识别分类处理后，发送至智能监测系统中各单元；
11、标定模块：所述标定模块包括与其建立控制连接的地面超声辅助标定器，在待检测管道外壁，部署地面超声辅助标定器，所述智能球主体在惯导运行过程中基于接收到的超声信号以及在有效范围内的对应测距结果，辅助完成零点标定，减少智能球主体运动过程中惯性导航模块的累计误差；
12、渗漏检测单元：基于处理单元通过声音采集器所采集的声音信号，通过预先系统学习建立的判别模型，识别检测管道中是否存在渗漏现象，以及渗漏程度，并将渗漏程度信息传递至分析报告生成单元；
13、渗漏定位单元：基于处理单元通过惯性导航模块、传感模块以及超声波探头获取到的管道运行过程中惯性导航模块计量数据、辅助传感数据、超声波接收数据以及原始管道数据，拟合估算智能球主体在管道中的运行状态和运行轨迹，同时结合运动时间以及渗漏检测结果，最终估算渗漏点位，并将渗漏点位信息传递至分析报告生成单元；
14、分析报告生成单元：结合获取检测结果中的渗漏程度和渗漏定位，按照标准格式输出检测报告，指导完成后续的管道检修工作。
15、优选的，所述智能球主体还包括配重稳定块、电源及电池模块以及泡沫减震层，所述配重稳定块以及电源及电池模块均设置于智能球内核内部，所述泡沫减震层包覆于智能球内核外部；
16、配重稳定块：用于保持智能球主体在供水管道内运动稳定性，减少因滑动和滚动复合运动而造成的累计误差；
17、电源及电池模块：保证智能球主体在管道检测运行中的正常供电；
18、泡沫减震层：减少智能球主体在管道运行中因关闭碰撞而造成的智能球主体伤害以及顺势加速度误差。
19、优选的，所述智能球主体应用于管道内部，其检测精度为0.3l/min，其定位精度为[-2，+2]/m，其适用于管径为450-550mm，且管网分支较少或阀门可控状态，其适用于水流速度0.2-1.5m/s；在进行渗漏检测前需提供管网位置地图。
20、优选的，所述智能检测系统完成管道渗漏检测进行以下步骤：
21、s1、管道信息搜集
22、针对待检测管道，从主管单位尝试获取原始管道图纸，基于现场勘查情况以及主管单位提供的管道信息，对管道图纸进行修复，并按照指定格式录入至数据分析平台；
23、s2、现场实地检测
24、从待检测管道其实位置处，将智能球主体投放至管道中，伴随智能球主体再管道中的运动，启动实时监测，并在待检测管道结束位置处，打捞回收智能球主体；
25、s3、数据分析处理
26、通过数据传输接口从智能球主体的数据存储模块中离线导出惯导数据、超声辅助标定数据以及其他辅助传感数据，基于数据分析平台中运动轨迹及定位分析算法和预先录入的管道信息，计算输出管道渗漏监测分析报告，指导后续供水管道检修和维护工作。
27、优选的，所述渗漏检测单元通过预先系统学习建立的判别模型采用点式渗漏模型描述，其一般表达式如下：
28、；
29、其中：为管线渗漏流量，单位为m³/s；为渗漏处水头，单位为m；为管线渗漏面积，单位为㎡；为孔口流量系数，通常取0.6；为渗漏系数，g为重力加速度；
30、上式中，渗漏面积的估算方法为：
31、；
32、其中，为接头轴向相对位移，单位为m，a为管道截面面积，单位为㎡，为接头临界渗漏位移，当时接头完好，当接头有渗漏发生；为接头破坏极限位移，。
33、优选的，所述主管单位提供的管道信息中包括管网水力模型，管网水力模型根据管径、管长、阻力系数、节点需水量等数据，生成管网的拓扑结构，进行管网运行状态的动态延时模拟，其中包括以下基本方程：节点连续性方程、管段压降方程、能量方程以及水泵特征曲线。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于：包括智能球主体，以及与其建立控制连接的智能检测系统；所述智能球主体为双层结构组成，包括智能球内核（1），所述智能球内核（1）内部设置有声音采集器（2）、惯性导航模块（3）、传感模块（4）、超声波探头（5）以及数据存储模块（7）；
2.根据权利要求1所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所述智能球主体还包括配重稳定块（6）、电源及电池模块（8）以及泡沫减震层（9），所述配重稳定块（6）以及电源及电池模块（8）均设置于智能球内核（1）内部，所述泡沫减震层（9）包覆于智能球内核（1）外部；
3.根据权利要求2所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所述智能球主体应用于管道内部，其检测精度为0.3L/min，其定位精度为[-2，+2]/m，其适用于管径为450-550mm，且管网分支较少或阀门可控状态，其适用于水流速度0.2-1.5m/s；在进行渗漏检测前需提供管网位置地图。
4.根据权利要求3所述的基于辅助传感协同惯性导航
5.根据权利要求4所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所述渗漏检测单元通过预先系统学习建立的判别模型采用点式渗漏模型描述，其一般表达式如下：
6.根据权利要求5所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所述主管单位提供的管道信息中包括管网水力模型，管网水力模型根据管径、管长、阻力系数、节点需水量等数据，生成管网的拓扑结构，进行管网运行状态的动态延时模拟，其中包括以下基本方程：节点连续性方程、管段压降方程、能量方程以及水泵特征曲线。
7.根据权利要求6所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，管道内接头处预设压力监测点以及流量监测点；
8.根据权利要求7所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所述智能球主体通过智能球投放装置以及智能球回收装置，分别对智能球主体进行投放以及回收，从待检测管道起始位置处，通过智能球投放装置将智能球主体压缩后投放至管道中；在待检测管道结束位置处，通过智能球回收装置打捞回收智能球主体。
...【技术特征摘要】
1.基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于：包括智能球主体，以及与其建立控制连接的智能检测系统；所述智能球主体为双层结构组成，包括智能球内核（1），所述智能球内核（1）内部设置有声音采集器（2）、惯性导航模块（3）、传感模块（4）、超声波探头（5）以及数据存储模块（7）；
2.根据权利要求1所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所述智能球主体还包括配重稳定块（6）、电源及电池模块（8）以及泡沫减震层（9），所述配重稳定块（6）以及电源及电池模块（8）均设置于智能球内核（1）内部，所述泡沫减震层（9）包覆于智能球内核（1）外部；
3.根据权利要求2所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所述智能球主体应用于管道内部，其检测精度为0.3l/min，其定位精度为[-2，+2]/m，其适用于管径为450-550mm，且管网分支较少或阀门可控状态，其适用于水流速度0.2-1.5m/s；在进行渗漏检测前需提供管网位置地图。
4.根据权利要求3所述的基于辅助传感协同惯性导航的封闭场景运动轨迹拟合技术，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：任广鑫，刘聃，汪帅，
申请(专利权)人：合肥众安睿博智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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