城镇雨水管网系统健康状况综合评价方法、装置及设备与流程

本技术实施例涉及管网系统数据分析，尤其涉及一种城镇雨水管网系统健康状况综合评价方法、装置及设备。

背景技术：

1、随着城市化进程的加速和地下管网建设的日益普及，雨水管网作为城市排水系统的重要组成部分，其运行状态的监测与评估显得尤为关键。雨水管网的健康状况直接关系到城市防洪排涝能力、地下水环境以及周边土壤稳定。

2、目前，对雨水管网健康状况的评估主要采用管道内部视频检测，即利用管道机器人、闭路电视检测设备或其他内窥检测装置采集管道内部运行状态视频，并通过人工目视检查或图像分析方式识别管网内部是否存在裂缝、错口、变形、沉积以及渗漏等异常情况；或者结合历史巡检记录、运行维护数据及缺陷统计信息，对管网运行状态进行经验性推断和健康等级评估。然而，这种方式存在效率低下、难以全面掌握管网的潜在风险，以及对复杂工况如管周土体迁移难以进行准确评估等缺点。尤其是在长期运行过程中，管网内部的水位波动、土体变化等因素可能导致管周土体发生累积性损伤，而现有的评估方法往往难以准确捕捉和量化这些细微但累积性的变化，从而可能导致对管网健康状况的误判，甚至引发安全隐患。

3、因此，亟须一种城镇雨水管网系统健康状况综合评价方法、装置及设备以解决上述问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种城镇雨水管网系统健康状况综合评价方法、装置及设备，用于提高城镇雨水管网健康状况评估的准确性。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种城镇雨水管网系统健康状况综合评价方法，该方法包括：

4、获取目标雨水管网系统的管网监测数据、管网结构拓扑和管周土体参数；

5、根据管网监测数据识别目标雨水管网系统内多个泵送激励源，并提取每个泵送激励源产生的压力波动时序序列；

6、结合压力波动时序序列和管网结构拓扑构建管网压力传播模型；

7、利用管网压力传播模型和管网监测数据计算目标雨水管网系统中每段雨水管网的全过程压力波动数据；

8、基于全过程压力波动数据识别每段雨水管网的负压抽吸阶段，并利用全过程压力波动数据计算每段雨水管网在负压抽吸阶段的压力往复强度参数；

9、结合压力往复强度参数和管周土体参数构建管周土体迁移模型，并基于管周土体迁移模型计算得到每段雨水管网的土体流失程度；

10、根据土体流失程度确定每段雨水管网的累积泵送损伤参数；

11、将累积泵送损伤参数输入预设健康评价规则中输出目标雨水管网系统的健康评价报告。

12、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述根据管网监测数据识别目标雨水管网系统内多个泵送激励源，并提取每个泵送激励源产生的压力波动时序序列包括：

13、对管网监测数据进行小波变换提取压力波动特征信号；

14、确定目标雨水管网系统的调度事件数据、水位时序数据和水动力变化特征参数；

15、结合调度事件数据、压力波动特征信号、水位时序数据和水动力变化特征参数确定泵送激励源，泵送激励源包括动力型激励源、边界型激励源和冲击型激励源；

16、分别提取动力型激励源、边界型激励源和冲击型激励源对应的动力型压力波动序列、边界型压力波动序列和冲击型压力波动序列；

17、对动力型压力波动序列、边界型压力波动序列和冲击型压力波动序列进行时序拼接和统一编码生成目标雨水管网系统内多个泵送激励源对应的压力波动时序序列。

18、在第一方面的一种可能的实现方式中，压力波动特征信号包括第一频率信号、第二频率信号和第三频率信号，其中第一频率信号的频段高于第二频率信号的频段，第二频率信号的频率范围高于第三频率信号的频率范围，所述结合调度事件数据、压力波动特征信号、水位时序数据和水动力变化特征参数确定泵送激励源包括：

19、基于调度事件数据确定泵站启停事件和阀门动作事件，并确定泵站启停事件和阀门动作事件对应的时间窗口；

20、从第一频率信号中提取时间窗口内的压力跃变波形，并计算压力跃变波形的负压抽吸幅值和压力衰减参数；

21、结合负压抽吸幅值和压力衰减参数识别动力型激励源；

22、确定水位时序数据和第三频率信号之间的时空互相关关系，并基于时空互相关关系建立目标雨水管网系统中的边界压力传导关系；

23、基于边界压力传导关系识别由边界水位变化引起的边界型激励源；

24、从水动力变化特征参数中提取液位变化速率和流量变化速率，并结合液位变化速率和流量变化速率对第二频率信号进行突变检测；

25、基于突变检测结果筛选满足预设突变阈值条件的流量跃变事件，并提取流量跃变事件的压力传播波形特征；

26、将压力传播波形特征与预设的降雨径流冲击模板进行匹配；

27、若匹配成功，则确定为冲击型激励源。

28、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述利用管网压力传播模型和管网监测数据计算目标雨水管网系统中每段雨水管网的全过程压力波动数据包括：

29、采集目标雨水管网系统的实时监测数据，并从实时监测数据中提取实时压力数据和实时流量数据；

30、结合实时压力数据和实时流量数据利用时空约束插值算法得到目标雨水管网系统中每段雨水管网的边界压力曲线和边界流量曲线；

31、结合边界压力曲线和边界流量曲线利用水力反演方法得到目标雨水管网系统的全过程动态边界数据；

32、将全过程动态边界数据输入管网压力传播模型中得到每段雨水管网在目标监测周期内的连续压力传播结果；

33、利用连续压力传播结果和实时压力数据计算每段雨水管网的压力传播偏差；

34、根据压力传播偏差对连续压力传播结果进行连续性校正得到全过程压力波动数据。

35、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于全过程压力波动数据识别每段雨水管网的负压抽吸阶段，并利用全过程压力波动数据计算每段雨水管网在负压抽吸阶段的压力往复强度参数包括：

36、对全过程压力波动数据进行时频分析提取趋势压力分量和抽吸波动分量；

37、结合趋势压力分量和抽吸波动分量构建动态压力基线，并根据动态压力基线计算压力偏移量、压力变化率和压力波动能量；

38、当压力偏移量低于预设负压偏移阈值、压力变化率低于预设下降速率阈值且压力波动能量高于预设扰动能量阈值时，则确定负压抽吸阶段；

39、提取负压抽吸阶段的压力时序数据；

40、对压力时序数据进行循环压力识别得到压力往复循环单元，并计算压力往复循环单元的循环压力参数，循环压力参数包括时域压力累积作用量、主导往复频率和频率能量占比；

41、根据循环压力参数计算得到压力往复强度参数。

42、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述对压力时序数据进行循环压力识别压力往复循环单元，并计算压力往复循环单元的循环压力参数包括：

43、对压力时序数据进行循环压力识别得到压力下降阶段和压力恢复阶段，并将压力下降阶段和压力恢复阶段进行匹配得到压力往复循环单元；

44、利用循环计数算法对压力往复循环单元进行循环统计得到压力往复循环单元的循环压力幅值、循环均值和循环次数；

45、利用循环压力幅值、循环均值和循环次数计算得到时域压力累积作用量；

46、对负压抽吸阶段的压力时序数据进行频谱分析计算得到主导往复频率和频率能量占比。

47、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

48、获取雨水管网的管段弹性数据；

49、结合全过程压力波动数据和管段弹性数据计算压力往复循环单元的管周体积变化量；

50、以压力时序数据为纵轴、管周体积变化量为横轴绘制压力-体积响应关系曲线；

51、在压力-体积响应关系曲线中选取压力下降阶段和压力恢复阶段分别作为加载路径与卸载路径；

52、通过加载路径与卸载路径之间形成的闭合区域计算压力往复循环单元的滞回耗能量，滞回耗能量用于表示压力往复过程中产生的不可恢复能量耗散；

53、将所有压力往复循环单元的滞回耗能量进行累积得到负压抽吸阶段的总滞回耗能；

54、利用总滞回耗能修正时域压力累积作用量，并将修正后的时域压力累积作用量用于压力往复强度参数的计算。

55、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述结合压力往复强度参数和管周土体参数构建管周土体迁移模型，并基于管周土体迁移模型计算得到每段雨水管网的土体流失程度包括：

56、从管周土体参数中提取土壤渗透系数、土体临界启动剪应力和管周有效渗流面积；

57、利用压力往复强度参数、土壤渗透系数和管周有效渗流面积计算在压力往复作用下雨水管网周围的等效抽吸剪应力，等效抽吸剪应力用于表示压力往复作用在管周土体中的有效迁移驱动力；

58、结合等效抽吸剪应力和土体临界启动剪应力构建管周土体迁移模型，并判断等效抽吸剪应力是否超过土体临界启动剪应力；

59、当等效抽吸剪应力超过土体临界启动剪应力时，利用管周土体迁移模型计算土体颗粒迁移率；

60、确定负压抽吸阶段的持续时间，并结合土体颗粒迁移率和负压抽吸阶段的持续时间计算目标监测周期内的土体颗粒累计迁移量；

61、将土体颗粒累计迁移量作为单次事件土体流失程度；

62、利用预设的衰减公式计算多个单次事件土体流失程度的累积土体流失程度得到土体流失程度。

63、第二方面，本技术提供一种电子设备，包括：

64、存储器，被配置成存储指令；以及

65、处理器，被配置成从所述存储器调用所述指令以及在执行所述指令时能够实现上述的一种城镇雨水管网系统健康状况综合评价方法。

66、第三方面，本技术提供一种城镇雨水管网系统健康状况综合评价装置，包括：

67、数据获取模块，用于获取目标雨水管网系统的管网监测数据、管网结构拓扑和管周土体参数；

68、激励源识别模块，用于根据管网监测数据识别目标雨水管网系统内多个泵送激励源，并提取每个泵送激励源产生的压力波动时序序列；

69、模型构建模块，用于结合压力波动时序序列和管网结构拓扑构建管网压力传播模型；

70、压力波动计算模块，用于利用管网压力传播模型和管网监测数据计算目标雨水管网系统中每段雨水管网的全过程压力波动数据；

71、强度分析模块，用于基于全过程压力波动数据识别每段雨水管网的负压抽吸阶段，并利用全过程压力波动数据计算每段雨水管网在负压抽吸阶段的压力往复强度参数；

72、土体迁移分析模块，用于结合压力往复强度参数和管周土体参数构建管周土体迁移模型，并基于管周土体迁移模型计算得到每段雨水管网的土体流失程度；

73、损伤计算模块，用于根据土体流失程度确定每段雨水管网的累积泵送损伤参数；

74、健康评价模块，用于将累积泵送损伤参数输入预设健康评价规则中输出目标雨水管网系统的健康评价报告。

75、通过上述技术方案，通过同步采集管网运行监测数据、结构拓扑关系及管周土体物理参数，避免了单一数据源评价导致的管网易损部位识别不全、土体-管网相互作用刻画缺失问题，提高了管网健康评价的数据基础完整性与多源信息融合能力。接着识别目标雨水管网系统内多个泵送激励源，并提取每个泵送激励源产生的压力波动时序序列，避免了多泵源叠加干扰导致的激励源混淆、压力波动特征混叠及后续传播路径归因错误问题，实现了各泵送激励源的独立追踪，提高了多泵送激励源独立辨识与压力波动特征提取的精准性。通过构建管网压力传播模型可以有效提高管网压力波动传播规律评估的准确性，并且避免了忽略管网拓扑连接关系导致的压力传播路线误判、波动衰减规律失真及节点压力响应预测偏差问题。通过计算每段雨水管网的全过程压力波动数据，提高了管网分段压力波动状态重构的时空连续性与覆盖完整性，避免了监测点位稀疏导致的管段压力状态盲区的问题。识别每段雨水管网的负压抽吸阶段并计算每段雨水管网在负压抽吸阶段的压力往复强度参数，可以避免人工阈值判定导致的抽吸阶段漏识别、压力波动幅值-频次特征提取不全及管壁疲劳损伤程度评估失准问题。通过构建管周土体迁移模型并判断每段雨水管网的土体流失程度，避免不同土质条件下流失程度预测偏差大问题，提高了管周土体流失程度预测的准确性。接着确定每段雨水管网的累积泵送损伤参数，提高管网累积损伤评估的时序累积性。最后确定目标雨水管网系统的健康评价报告，实现了从数据采集到健康诊断的全流程自动化与评价结果的可操作性。

76、本技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。