【摘要】：供水管道泄漏一直是城市供水系統(tǒng)面臨的一大問題,管道泄漏事故產(chǎn)生的原因多種多樣,包括各種自然及人為因素,比如土壤腐蝕、地質(zhì)沉降、荷載變化等。若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù),會(huì)造成大量的資源浪費(fèi),還會(huì)對(duì)供水水質(zhì)、水量、水壓造成威脅,甚至可能危機(jī)人身及財(cái)產(chǎn)安全。管網(wǎng)的泄漏檢測(cè)方法多種多樣,其中聲學(xué)檢測(cè)應(yīng)用最為普遍。目前基于聲信號(hào)處理的泄漏檢測(cè)方法,其主要研究工作多數(shù)是建立在從管道上直接采集泄漏信號(hào)的基礎(chǔ)上,而這種方式在實(shí)際的檢漏工作中會(huì)受到較多局限。論文針對(duì)實(shí)際工作中的檢漏狀況,主要研究利用地面采集到的泄漏聲信號(hào)進(jìn)行泄漏檢測(cè)的方法。論文首先依據(jù)傅里葉變換理論,探究不同泄漏條件下(如不同壓力、傳播距離、管材等)泄漏信號(hào)的特征及變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)壓力的增大會(huì)導(dǎo)致信號(hào)功率增大,而對(duì)頻率范圍無影響,且二者呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系;在一定范圍內(nèi),信號(hào)功率會(huì)隨傳播距離增大呈指數(shù)衰減,但頻率范圍基本恒定;管材的不同不會(huì)對(duì)泄漏信號(hào)產(chǎn)生較大影響;結(jié)合相關(guān)系數(shù)、相干函數(shù)原理,對(duì)比分析同一條件下的管外泄漏信號(hào)和綜合泄漏信號(hào),發(fā)現(xiàn)在信噪比較高時(shí),二者具有很好的相似性,表明在地面采集到的泄漏信號(hào),其主要產(chǎn)生來源為管外信號(hào)源。其次,針對(duì)泄漏信號(hào)被噪聲干擾的問題,采用小波分析理論,對(duì)含噪泄漏信號(hào)進(jìn)行去噪處理研究。采用不同的小波函數(shù)以及閾值去噪方法,以信噪比及去噪前后信號(hào)的相關(guān)系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),分別對(duì)周期性信號(hào)、泄漏信號(hào)進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)小波變換能夠有效抑制含噪信號(hào)中的噪聲部分,提高信號(hào)的信噪比。最后,從隨機(jī)性特征的角度出發(fā),結(jié)合自相關(guān)函數(shù)理論與近似熵理論(ApEn)描述泄漏信號(hào)的“可重復(fù)性”特征,將泄漏信號(hào)與噪聲信號(hào)區(qū)分開來;并選取Lempel-Ziv復(fù)雜度(LZC)計(jì)算信號(hào)復(fù)雜度,作為從區(qū)分泄漏信號(hào)與噪聲信號(hào)的第二個(gè)隨機(jī)性特征。采用ApEn以及LZC兩個(gè)特征參數(shù)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),用豐富的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練,并使用確知的泄漏信號(hào)以及噪聲信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)測(cè)試,得到了90%的辨識(shí)準(zhǔn)確率,證明此方法能夠從常見的干擾噪聲中辨識(shí)出泄漏是否存在。將此泄漏辨識(shí)方法應(yīng)用實(shí)際的檢漏工作,能夠顯著提高工作效率,降低檢漏成本。
【圖文】：

22015 年圖 1-1 2015、2016 年各省份漏失率結(jié)果顯示，2016 年全國(guó)范圍內(nèi)的平均漏失率為 15.26%，相比 2015 年 15.21%的漏失率來講，供水管網(wǎng)的漏失并未得到很好的控制。對(duì)比這兩年各個(gè)省份的漏失情況，較為發(fā)達(dá)的城市以及東南部省份的漏失率相對(duì)較低，能維持在 15%及以下，如北京、上海、廣東、重慶、江蘇、浙江等。但仍有不少省份漏失率一直偏高，平均漏失率均在 20%以上，如吉林、黑龍江、福建、遼寧等省份。其中，吉林省漏失情況最為嚴(yán)重，達(dá)到 30%以上。2016 年吉林省總漏失水量為 27081 萬噸，相當(dāng)于全國(guó)人民兩年的生活用水總量。由于嚴(yán)重的供水漏失，國(guó)家出臺(tái)政策法規(guī)，推進(jìn)供水管網(wǎng)的降損工作。2013 年《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》指出了我國(guó)供水管網(wǎng)嚴(yán)重的漏失現(xiàn)狀，提出要加強(qiáng)供水管網(wǎng)的改造和優(yōu)化。截止到 2020 年城市供水官網(wǎng)平均漏失率要控制在 10%以內(nèi)[12]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文基于自相關(guān)原理，探究泄漏信號(hào)與噪聲信號(hào)之間隨機(jī)性與 “可重復(fù)性”的差異，進(jìn)而從信號(hào)的隨機(jī)性特征角度出發(fā)，提取多種泄漏信號(hào)的隨機(jī)性特征；最后以泄漏信號(hào)的特征參數(shù)作為輸入量建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行泄漏信號(hào)在噪聲干擾下的泄漏辨識(shí)。（4）建立基于小波理論和 BP 網(wǎng)絡(luò)的泄漏檢測(cè)分析方法。對(duì)采集到的信號(hào)依次進(jìn)行小波去噪分析、BP 網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)，，確定泄漏是否存在將這種方法應(yīng)用到實(shí)際的檢漏工作中，并與傳統(tǒng)的檢漏方法做對(duì)比，驗(yàn)證其有效性。1.3.3 技術(shù)路線
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU991.33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2624353