[发明专利]一种基于压力差的管道泄露定位的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于压力差的管道泄露定位的计算方法，包括：首先，本发明中建立了管道泄漏模型。然后通过该模型，计算出负压波沿管道衰减的方程。最后推导出管道泄漏位置和管道泄漏前后压力变化的关系。在仿真实验中，本发明中根据流体动力学首次建立了负压波时域曲线模型，该模型模拟实际管道，将负压波分成三个部分，分别叫做泄漏前稳定状态，泄漏时非稳定状态，泄漏后稳定状态。通过对负压波仿真分析，可以对比ANPW定位算法和传统定位算法，得出ANPW定位算法的优点。

技术领域

本发明涉及管道运输领域，具体涉及一种基于压力差的管道泄露定位的计算方法。

背景技术

水资源运输中，管道运输是最便捷和经济的运输方式。随着供水管道运输的迅猛发展，管道泄漏是供水管道运输安全中一个最主要的问题，其发生的原因主要包括管道老龄化，管道腐蚀和人为破坏等。管道泄漏将会导致一系列的问题，例如财产损失，环境破坏甚至危害公民安全。因此，我们有必要提高对管道泄漏的重视程度，加大对其的研究力度，提高供水管网泄漏检测和定位技术，能够及时检测泄漏并精准定位，减少供水管道漏失率。

目前，多种信号应用于供水管道泄漏检测与定位，例如声信号，振动信号，压力波信号等。Xu.提出一种基于多层次方法的声发射检测定位技术，实验表明该方法可以达到5.3％的定位精度。Su.首次发现管道压力信号的混沌特性和小泄漏的关系，通过非线性时间序列分析报告进行混沌特性的估计，进而对管道泄漏进行检测与定位。Sepideh.提出基于供水管道的振动信号检测定位技术，通过测量管道表面加速度的交叉谱密度，定义了一个称为泄漏检测指数的度量单位，用于检测泄漏的发生和评估严重程度。

在众多管道泄漏检测定位的方法中，负压波检测法发展较早，应用较多，技术最为成熟，该方法具有易于安装，经济实惠，灵敏度高，误报率低等的优点，因此负压波法广泛的应用于供水管道泄漏检测和定位中。Sun.针对液体管道提出了一种集成信号的方法，该方法将压力信号和流量信号结合在一起，当泄漏发生时，集成信号的变化幅度比传统压力信号的更大，并且不会被终端设备影响。Lu.提出了一种基于EMD的小噪声去噪方法，降低了噪声对管道压力信号的影响，然后利用时间差法对泄漏位置进行精准定位。Wang.利用FBG系统进行管道泄漏的检测，为了提高该系统的性能，在管道上放置一定数量的FBG传感器。Hou.采用双传感器方法进行精准定位，消除了单传感器经常发生误报的影响。

现在，几乎所有的负压波检测法都是通过时间差和负压波波速进行定位，尤其是在长管道运输中。为了确定负压波到达首末两端的时间并且计算时间差，这就要求采集系统具有高的采样率。在工业生产中，采样率过高会极大的浪费资源，违背了低功耗原则。此外，负压波在铁管道中的速度大约为1200m/s，当采样率过低或者管道长度较短时，计算负压波到达首末两端的时间差将变得十分困难。

发明内容

本发明设计开发了一种基于压力差的管道泄露定位的计算方法，本发明的发明目的是为了降低现有技术中定位管道泄漏位置算法的采样率和低功耗问题。

本发明提供的技术方案为：

一种基于压力差的管道泄露定位的计算方法，包括如下步骤：

步骤一、建立如下供水管路模型：

式中，V为管道内水的流速，P为管道内水的管道压力，x为距离首端的距离，t为时间参数，ρ为水的密度，g为重力加速度，θ为管道和水平面的夹角，f为由达西公式算出的摩擦系数，D为管道直径，a为负压波波速；

步骤二、根据所述供水管路模型得到如下负压波沿着供水管道的衰减方程：