一种消防给水管网敷设监测方法及系统与流程

本发明涉及消防给水管网，具体为一种消防给水管网敷设监测方法及系统。

背景技术：

1、消防给水管网作为生命线工程，其敷设质量直接关系到火灾发生时消防供水的可靠性和灭火效能；传统的监测方案往往集中在后期运维阶段，如：压力传感器漏水监测、流量异常报警；然而，诸如坡度偏差、接头位移以及覆土载荷导致的消防管网的大量隐患恰恰是在施工敷设阶段埋下的，由于现场环境恶劣，尽管预埋有多源传感器进行监测，但在管沟回填、混凝土浇筑等过程中，细微的泥沙、水泥浆仍可能导致传感器失效，造成监测不准确。

2、目前，针对消防给水管网敷设质量的监测过程中，主要依赖以下三种传统手段：其一，在施工过程中由监理人员通过水准仪、经纬仪、环刀等工具对管沟底部的纵向坡度、管网接头偏移量、覆土载荷量度等进行点状抽检；其二，在管网安装完毕后进行水压试验，通过观察压力降和渗漏点来间接判断管道接口的密封性；其三，在管网投入运行后，通过定期的人工巡检或安装少量的压力、流量传感器进行在线监测；

3、然而，上述技术还存在以下技术缺陷：一方面，点状抽检无法反映敷设监测过程的判定结果分布，针对管沟底部的纵向坡度，会呈现出显著的空间连续性特征，仅依靠有限点位的数据，无法构建全程权限的三维模型，难以发现子区段所存在的坡度突变问题；在实际敷设监测过程中，监测过程参数由于帧率的波动、数据传输丢包率的上升、各传感节点之间时钟同步精度的下降，导致自身存在较大偏差，则提取到的关键特征会掺杂系统性的测量噪声，导致后续计算的综合风险指数存在参数漂移，导致判定结果与真实状态存在较大偏差；另一方面，当通过抽检或后期监测发现某一管段存在敷设异常并需要进行开挖修正时，敷设修正路径的选择目前完全依赖现场施工人员的经验判断，在修正过程中，因为地下障碍物、既有管线等空间约束，且未将监测过程数据在不同子区段的可信度差异纳入路径修正过程中，容易导致修正敷设路径在空间维度上虽然可行，但因为传感器失效或链路中断而监测数据严重失真的区域，从而造成修正作业的二次风险；同时，监测过程参数与最终判定结果缺乏定量的关联分析，无法识别因采集链路不稳定导致的误判风险，也无法针对不同的监测工况动态调整修正路径，在一定程度上，降低监测的可靠性和准确性。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种消防给水管网敷设监测方法及系统，引入第一约束条件，识别可敷设的目标空间区域；通过划分为各敷设监测子区段，实时监测管网敷设现场数据，并提取出关键特征；结合第二约束条件，识别各敷设监测子区段的敷设修正路径，并构建消防给水管网敷设的三维监测地图；对敷设修正路径风险分析，依据风险分析结果标定最优敷设路径，在按最优敷设修正路径施工后，获取该子区段的实时反馈数据，引入第三约束条件，分析并计算异常诊断指数，依据异常诊断指数评估施工修正效果的可靠性程度，并在三维监测地图上执行可视化展示，解决了背景技术中提出的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、第一方面，本技术提供了一种消防给水管网敷设监测方法，所述方法包括：引入消防给水管网敷设环境感知的第一约束条件，第一约束条件包括划定多种边界，识别可敷设的目标空间区域；

6、将目标空间区域划分为各敷设监测子区段并依次编号，实时监测管网敷设现场数据，并提取出关键特征；结合引入消防给水管网敷设关联分析的第二约束条件，第二约束条件包括分析多种影响模式，识别各敷设监测子区段的敷设修正路径，并构建消防给水管网敷设的三维监测地图；

7、对敷设修正路径风险分析，依据风险分析结果标定最优敷设路径，在按最优敷设修正路径施工后，获取该子区段的实时反馈数据，引入消防给水管网敷设筛选分析的第三约束条件，第三约束条件包括施加激励，分析实时反馈数据的偏差，生成异常诊断指数，依据异常诊断指数评估施工修正效果的可靠程度，并在三维监测地图上执行可视化展示。

8、进一步地，识别可敷设的目标空间区域，包括：

9、通过配置多源传感器监测消防给水管网环境，获取消防给水管网敷设环境感知数据，并划定可进行管网敷设区域的多种边界，多种边界包括第一边界、第二边界、第三边界以及第四边界，并形成第一约束条件，基于第一约束条件确定目标空间区域。

10、进一步地，提取的关键特征，包括：

11、第一关键特征至少包括管沟底部的纵向坡度；

12、第二关键特征至少包括管网接头偏移量；

13、第三关键特征至少包括覆土载荷量；提取各敷设监测子区段的关键特征，并构建多维监测向量，包括：第一关键特征、第二关键特征、第三关键特征、子区段id、时间戳。

14、进一步地，引入消防给水管网敷设关联分析的第二约束条件，包括：

15、于历史敷设监测过程中获取与历史发生敷设异常次数最多的一组多维监测向量，且多维监测向量的样本数量有n0个，获取与多维监测向量相关的监测过程参数，并分析与多维监测向量的关联强度，将关联强度区分为强相关、中等相关以及弱相关；其中，监测过程参数包括监测帧率、数据丢包率以及时钟同步偏差；

16、识别与一组多维监测向量强相关的监测过程参数，构建出多种影响模式，以形成第二约束条件；根据第二约束条件确定权重修正组合；其中，多种影响模式由多维监测向量对应的样本环境进行强化学习探索得到的，样本环境至少是由历史敷设监测数据库中的两组多维监测向量所关联的监测过程参数构成。

17、进一步地，识别各敷设监测子区段的敷设修正路径，包括：

18、利用权重修正组合动态调整各拓扑边，并以当前发生异常的子区段为起点、以后续非异常节点为终点，在满足第一约束条件的条件下，利用a*算法搜索出一条累计代价最小的连续空间轨迹，将其识别为对应敷设监测子区段的候选敷设修正路径，并动态映射至三维监测地图中。

19、进一步地，对敷设修正路径风险分析，包括：

20、提取候选敷设修正路径的几何骨架，并映射至三维监测地图，计算全程连续弯曲曲率；

21、调取三维监测地图中对应候选敷设修正路径所涉及子区段的监测过程参数，执行加权聚合，生成该候选敷设修正路径的综合风险指数，筛选综合风险指数小于标准风险阈值的候选敷设修正路径，形成最优敷设路径。

22、进一步地，引入消防给水管网敷设筛选分析的第三约束条件，包括：

23、在引导施工现场按最优敷设路径完成敷设后，实时捕获修正后的子区段对应的实时反馈数据，实时反馈数据包括敷设后的实际纵向坡度、实际管网接头位移量以及实际覆土载荷量；

24、在获取反馈数据的时间窗口施加激励，分析对应子区段的实时反馈数据的偏差，并形成第三约束条件；通过计算在最优敷设路径上的残差，且残差的残差项权重由对应子区段的监测帧率与覆土载荷量共同门控；筛选符合最小残差的第三约束条件，并确定修正后子区段的敷设风险类型和脆弱点。

25、进一步地，筛选符合最小残差的第三约束条件中，还包括：

26、筛选平稳敷设监测过程的子区段，判定依据包括：实时反馈数据中至少存在两项数据小于设计标准值；提取平稳敷设监测过程的子区段内的所有综合风险指数，通过统计分析，提取平均值标定为基准值，并提取当前施加激励后的各子区段综合风险指数的方差标定为映射系数，以确定综合风险指数到异常诊断指数的单调映射关系，生成各子区段的异常诊断指数。

27、进一步地，依据异常诊断指数评估施工修正效果的可靠性程度，包括：

28、对比异常诊断指数与标准诊断指数区间[y_min，y_max]：

29、若异常诊断指数≤y_min，将当前异常诊断指数标记为a，并赋予一级字符，且将a与一级字符结合，生成一级程度等级，判定为可靠性低；

30、若y_min＜异常诊断指数＜y_max，将当前异常诊断指数标记为b，并赋予二级字符，且将b与二级字符结合，生成二级程度等级，判定为可靠性中等；

31、若异常诊断指数≥y_max，将当前异常诊断指数标记为c，并赋予三级字符，且将c与三级字符结合，生成三级程度等级，判定为可靠性强。

32、第二方面，本技术提供了一种消防给水管网敷设监测系统，所述系统包括：

33、第一监测模块，引入消防给水管网敷设环境感知的第一约束条件，第一约束条件包括划定多种边界，识别可敷设的目标空间区域；

34、第二监测模块，将目标空间区域划分为各敷设监测子区段并依次编号，实时监测管网敷设现场数据，并提取出关键特征；结合引入消防给水管网敷设关联分析的第二约束条件，第二约束条件包括分析多种影响模式，识别各敷设监测子区段的敷设修正路径，并构建消防给水管网敷设的三维监测地图；

35、风险分析模块，对敷设修正路径风险分析，依据风险分析结果标定最优敷设路径，在按最优敷设修正路径施工后，获取该子区段的实时反馈数据，引入消防给水管网敷设筛选分析的第三约束条件，第三约束条件包括施加激励，分析实时反馈数据的偏差，生成异常诊断指数，依据异常诊断指数评估施工修正效果的可靠程度，并在三维监测地图上执行可视化展示。

36、（三）有益效果

37、本发明提供了一种消防给水管网敷设监测方法及系统，具备以下有益效果：

38、1、本发明通过提取地下障碍物三维点云、地下管线三维坐标、地表测绘数据以及钻孔数据的环境感知数据，构建环境感知的第一约束条件，能够全面且立体地捕捉消防给水管网的三维空间；通过划分可敷设的目标空间区域，确定第一至第四边界，规避极端环境问题，如：极端地形下的倾覆风险、既有地下管线的冲突碰撞，在一定程度上，减少了对后续敷设路径误判的问题，提高了消防给水管网初期布线规划的安全性；

39、2、本发明通过在目标空间区域，引入带有编号的各敷设监测子区段，并实时提取关键特征，构建三维监测地图，将候选敷设修正路径动态映射至三维监测地图中，通过强化学习从历史敷设监测数据中提炼出监测过程参数的影响模式，并将其转化为第二约束条件，在此过程中，针对性地配置综合风险指数各个子区段的候选敷设路径进行评估，通过结合监测过程数据，提高了消防给水管网在极端地质环境下的施工安全性，同时在分析敷设修正路径时同时考虑第一约束条件，进一步提高了敷设修正路径的成功率和安全性；

40、3、本发明通过在第二约束条件上叠加三维监测地图的数字孪生可视化映射，生成具备极高容错特性的消防给水管网全局最优敷设修正路径；按照最优敷设修正路径进行敷设路径施工，并引入实时反馈数据，结合第三约束条件，分析并计算异常诊断指数并将其映射至预设的标准诊断区间，在一定程度上，识别敷设全过程的偏差程度；同时，通过配置三维可视化展示，提高了敷设异常的溯源与预警精度，降低了对可靠性低的误判，显著提升了施工修正效果评估的工程实用性和安全性。