[发明专利]适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及城市供水管道系统信息检测与维护管理领域，具体涉及一种适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法及其装置。

背景技术

城市供水管道系统是城市现代化发展与社会经济生活的重要支柱之一。输配水管道系统的正常持续运行与有效维护管理是水资源优化利用与用户用水安全的重要保障。随着城市供水管道系统的长时间持续运行，管道系统很容易因老化、腐蚀、沉积等而产生各种管道缺陷，因而引起城市供水故障。

常见而频发的管道系统缺陷包括：漏水(如爆管、节点松动等)，堵塞(如管道沉积、部分开度阀门等)，未知支管(如非法连接管、冗余施工管段等)，以及空气囊(如折管顶部、变管径处)等。

目前常用的管道缺陷检测方法包括：人工检测法，设备跟踪法，声波检测法，以及水力特性法等。

1.人工检测法：主要通过传统管道观测与问卷调查等人工方式，对管道系统存在的缺陷进行收集与维护。此方法既耗时准确度又较低，而且难以实现对大多数的埋地管线检测；

2.设备跟踪法：采用相应的检测设备，对供水管道进行沿程在线跟踪检测以发现潜在的缺陷与问题。目前常用的设备有管内智能机器人、智能球、以及移动摄像机等。此类检测方法通常应用于工业小型管道系统或关键管段部位进行的定点检测，但应用于整个城市供水管道系统检测时效率低且费用高；

3.声波检测法：通过使用声波检测设备如检波器和声波相关器，对管道近距离(如埋地管线沿程地面)进行声波检测，利用管道缺陷与正常管流产生的声波频率差别进行检测。此检测方法较准确且易操作，但是效率较低，易受噪音干扰，而且对较小的管道缺陷难以检测；

4.水力特性法：主要利用管流在不同条件下的水力特性差异进行相应的管道缺陷检测，可以分为稳态水力法和瞬态水力法。常用的稳态水力法有质量(或体积)守恒法和能量(压力)守恒法两种。此方法主要依赖于管道内流体状态，比如流速，且需要大量流量或压力点数据，因此检测效率和精度低。而瞬态水力法主要利用管道缺陷对水力压力波传播与反射进行反向分析检测。目前的瞬态水力法仅局限于管道爆管漏水检测，并利用爆管漏水对水力波反射与衰减在时间域上的表现，即时间域水力波分析，进行管道漏水缺陷检测，但目前该方法只能用于事后被动检测，而不能进行主动预测与评估管道运行工况与水力条件，并且检测精度较低。

由于上述现有和常用的管道检测方法不足与局限，供水管道系统中的管道缺陷经常不能及时被发现并得到改善与修复。目前各城市供水管道系统中因管道缺陷引起的供水事故屡见不鲜，已经造成严重的经济损失与不良的社会影响。

因此，城市供水管道系统信息检测与管理维护领域亟需一种快速高效的，在线主动的，并且无损实用的检测技术方法与装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法及其装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种适用于城市供水管道系统的在线无损检测方法，该方法为：根据在供水管道内主动产生和测量的高频水力波传播与反射特征信号获得系统频率域响应函数，在系统频率域响应函数抓取若干个周期波峰对应的波峰值和对应的频率值；根据对所述若干个周期波峰对应的波峰值和对应的频率值与无缺陷管道系统理论值进行比较判断管道的缺陷类型，并进一步利用优化拟合后的数据确定管道缺陷物理信息。

上述方案中，所述根据在供水管道内测量的主动高频水力波传播与反射特征信号获得系统频率域响应函数，具体为：对经管道系统充分传播与反射后测得的高频水力波的压力波时间和压力系列进行预处理和傅里叶变换后，转换成管道的系统频率域响应函数。

上述方案中，所述管道缺陷物理信息包括缺陷在管道系统中的位置与缺陷大小。

上述方案中，将测得的高频水力波频率域内若干个周期波峰对应的波峰值和对应的频率值与相应无缺陷管道系统理论值进行比较，获得频率域压力波峰衰减值与对应的频率偏移值；当获得的频率偏移值满足时，确定管道的缺陷类型为管道堵塞或未知连接支管缺陷，其中，δω_rf(k)为频率偏移值，ω_th0为无损管道系统理论共振频率，ω_th0＝πa/2L₀，Δ为无损管道系统数值模拟结果与测试数据结果差值，η为最大检测精度或最低数据监测精度。