一种消防水带局部异常状态定位系统的制作方法

本发明涉及消防，具体为一种消防水带局部异常状态定位系统。

背景技术：

1、消防水带是消防灭火供水系统的重要输水部件，常在火灾现场临时快速铺设使用。受火场空间、敷设路径、人车作业等因素影响，消防水带容易出现急弯、折叠、扭曲、压扁、碾压、门体夹压等局部异常，改变局部过流截面与水流阻力，产生附加水力损失，造成水枪端压力、流量下降，影响供水稳定性与灭火效果，故而及时确定异常位置对消防作业至关重要。

2、现有检测主要依托压力、流量、振动参数判断水带异常，部分方案仅评估水带整体输水状态，部分方案需要沿水带布设多个检测节点识别局部故障。对于长距离柔性消防水带，多节点布设会增加设备与运维成本，难以适配消防现场快速铺设、复杂多变的作业条件。消防水带具备柔性形变与分布式储水能力，局部异常会改变输水扰动传播的动态响应特性，但现有技术大多仅利用稳态参数，没有利用主动可控输水扰动建立动态响应-异常位置的映射关系，无法仅依靠水带两端测点完成非破坏性快速定位。同时，现有方案缺少轻量化复核手段，粗定位存在多候选区间时，需要增设大量测点验证，现场操作复杂。因此，亟需一种少传感器配置，能够实现粗定位并可引入少量辅助测量完成疑似区段二次核验的消防水带局部异常定位技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种消防水带局部异常状态定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，包括：获取消防水带的实际铺设路径，以供水端为起点沿实际铺设路径构建一维位置坐标，结合预设区段长度和路径结构特征，把消防水带划分为多个候选区段；在消防水带正常输水工况下，向水带末端施加至少两次幅值相异的小幅输水扰动，小幅输水扰动为不改变消防水带本体形变状态的流量扰动，采集供水端压力、出水端压力、出水流量的动态响应，基于采集到的动态响应构建受扰动幅值影响弱的正常动态响应基线；消防水带处于输水运行状态时，向水带末端施加至少两次幅值相异的小幅输水扰动，获取运行工况下供水端与出水端的动态响应；对运行工况的动态响应执行归一化处理，将归一化结果与所述正常动态响应基线对比，获得运行状态动态响应相对于正常动态响应基线的动态偏离特征；针对各候选区段，依据候选区段分别到供水端、出水端的路径距离，调用预先建立的位置敏感响应模型，预测假设候选区段存在局部异常时对应的预测动态响应特征；将所述动态偏离特征分别和各候选区段的预测动态响应特征匹配，得到每个候选区段的匹配误差；依据匹配误差，并施加候选区段的空间连续性约束，确定消防水带的候选异常区间，得到局部异常的粗定位结果，空间连续性约束为：在候选异常区间合并时，仅将沿水带一维路径坐标空间相邻、区段间隔小于预设允许间隔阈值的异常候选区段合并为连续候选异常区间；对于空间上离散孤立、不与其他异常候选区段相邻的标记区段，予以剔除，避免单点噪声误标记形成虚假异常区间。

4、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：所述根据预设区段长度及路径结构特征将消防水带划分为多个候选区段包括：获取消防水带实际铺设路径上多个关键节点以及对应关键节点的位置坐标、转向角和局部弯曲状态参数；针对转弯、门体夹压或者道路交叉等易产生局部水力异常的位置，将该位置设置为区段边界，或者提高该位置周边的区段划分密度。

5、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：所述建立正常动态响应基线包括：分别提取每次小幅输水扰动对应的出水端压力响应幅值、压力恢复时间以及压力偏差时间积分量，依据不同幅值扰动的响应比值，构建与扰动幅值无关或弱相关的归一化动态响应特征，再结合多次正常标定样本的统计结果，确定所述正常动态响应基线及其正常变化范围；所述得到运行状态动态响应相对于所述正常动态响应基线的动态偏离特征包括：分别计算稳态压力响应关系、压力响应幅值关系、压力恢复时间关系、流量响应关系及压力偏差积分响应关系相对于基线对应特征的偏离量，并依据正常标定样本波动范围对各偏离量做标准化处理；还包括：依据供水端、出水端同步采集的压力响应幅值与压力恢复时间，构建双端动态响应关系，并将所述双端动态响应关系纳入动态偏离特征，提升响应对异常位置的敏感性。

6、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：所述位置敏感响应模型依据候选区段中心位置相对于供水端、出水端的归一化空间位置，结合双端动态响应关系构建位置敏感响应映射函数；所述位置敏感响应映射函数采用标准水带试验标定、历史运行数据标定、水力-柔性耦合计算中任意一种或者多种组合方式建立；所述预测动态响应特征由假设候选区段存在局部异常时的有效过流面积比、局部流动阻滞参数、局部泄漏参数中的至少一项确定，将局部弯折、折叠、压扁、堵塞、泄漏各类异常统一转化为候选区段局部过流能力、局部流动状态的扰动。

7、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：所述根据所述匹配误差及候选区段之间的空间连续性，确定消防水带存在局部异常的候选异常区间包括：设置候选区段判定阈值，将匹配误差小于判定阈值或者匹配度大于匹配度阈值的候选区段标记为异常候选区段；将沿水带实际路径坐标相邻、且满足预设空间间隔条件的异常候选区段合并形成连续候选异常区间；依据候选异常区间内各候选区段的匹配误差计算区间综合定位得分，结合综合定位得分输出异常粗定位结果。结合综合定位得分：针对连续候选异常区间，根据区间内部各个候选区段匹配误差做加权计算得到，区间内匹配误差越小，则综合定位得分越高，代表该区间为真实异常位置的可能性越高。

8、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：还包括二次验证步骤：当粗定位得到的候选异常区间长度大于预设阈值、或存在两个以上难以通过匹配差异区分的候选异常区间、或定位可信度低于预设阈值时，在候选异常区间内布置单个可移动辅助检测节点，施加小幅输水扰动采集辅助检测节点动态响应；依据辅助检测节点上游侧、下游侧候选区段的动态响应差异缩小候选异常区间，获得二次验证定位结果；所述可移动辅助检测节点的验证位置选取候选异常区间中点，或者选取由候选区段匹配误差分布得到的信息区分度最大的位置；若缩小后的候选异常区间仍未达到预设定位精度，移动可移动辅助检测节点至更新后候选异常区间的新验证位置，重复扰动采集与区间缩小步骤，直至满足定位精度。

9、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：还包括异常反演步骤：依据异常粗定位结果或者二次验证定位结果对应的候选异常区间，结合区间的稳态压力响应、双扰动动态响应以及位置敏感响应特征，识别消防水带局部异常类型；所述异常类型包括局部弯折、折叠、扭曲、压扁、堵塞、泄漏中的至少一种；根据对应异常类型的异常状态参数计算统一异常程度指标，输出异常类型、异常程度判定结果以及对应的判定可信度。

10、第二方面，本发明还公开一种消防水带局部异常状态定位系统，用于实现前述的消防水带局部异常状态定位方法，包括：供水端检测单元，部署于消防水带的供水端，用于采集供水端的压力和/或流量数据；出水端检测单元，部署于消防水带的出水端，用于采集出水端的压力和/或流量数据；输水扰动施加装置，用于向消防水带末端施加至少两次幅值互不相同的小幅输水扰动；数据采集与路径定位模块，用于获取消防水带实际铺设路径信息，并完成消防水带候选区段的划分；数据处理与分析模块，分别与所述供水端检测单元、所述出水端检测单元、所述数据采集与路径定位模块通信连接，配置为：构建正常动态响应基线、计算运行状态下的动态偏离特征、构建位置敏感响应模型并完成各候选区段的预测动态响应特征匹配运算，输出消防水带局部异常的粗定位结果；定位结果输出模块，与所述数据处理与分析模块相连，用于输出消防水带局部异常的位置、异常类型以及异常程度信息。

11、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：还包括可移动辅助检测节点，所述可移动辅助检测节点能够临时布置于粗定位结果对应的候选异常区间内，用于采集布置位置处的压力和/或流量动态响应数据，供所述数据处理与分析模块依据节点上下游动态响应差异缩小候选异常区间，完成二次验证定位。

12、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：所述输水扰动施加装置包括水枪开度调节装置、末端节流装置、消防泵出口调节装置中的至少一种，用于在不改动消防水带连接关系的前提下生成小幅输水扰动。

13、作为本发明所述一种消防水带局部异常状态定位系统的一种可选方案，其中：所述定位结果输出模块还用于在定位可信度低于预设阈值时输出提示信号，以触发重新采集动态响应数据或者启动二次验证流程。

14、定位可信度：综合两次扰动响应一致性、特征有效样本数量、最优候选区间与次优候选区间匹配误差差值共同计算得到；可信度数值越高，粗定位结果可靠性越高；当定位可信度低于预设阈值，则触发提示，提示重新采集扰动数据，或启动单可移动节点二次验证流程。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明无需沿消防水带全线布设大量固定传感器，基线标定以及粗定位仅依靠供水端、出水端两处检测单元即可完成，硬件数量少，降低设备成本以及现场布设、维护工作量，适配消防水带临时快速铺设的火场作业场景。

17、本发明利用消防水带柔性、弹性以及分布式储水特性，通过施加两组幅值不同的小幅输水扰动，构建与扰动幅值弱相关的多维正常动态响应基线；不依赖绝对压力、流量数值，而是采用扰动之间的相对动态响应关系开展比对，能够有效区分供水泵整机波动与水带自身局部异常，降低误判概率。

18、本发明建立位置敏感响应模型，将弯折、压扁、堵塞、泄漏等多种异常统一参数化，通过预测-匹配的方式完成粗定位；粗定位结果不确定时，仅采用单个可移动辅助检测节点迭代缩小区间，不需要增设多组传感器，兼顾定位精度与现场操作便捷性。

19、本发明不仅可以输出异常空间位置区间，还可以进一步反演异常类型、量化异常严重等级，并输出判定可信度；同时支持主动施加扰动，也支持利用消防员操作水枪产生的自然工况变化作为等效扰动，可在灭火作业间隙开展检测，对正常灭火供水干扰小。

20、本发明以消防水带实际敷设累计路径长度建立一维位置坐标，不受水带绕行、折返、急弯的影响，定位结果可以直接对应到现场水带实物位置，便于消防员现场排查故障。

21、本发明的定位方法优先适用于消防水带单处局部异常场景，包括弯折、折叠、压扁夹压、堵塞、泄漏。若消防水带同时存在两处及以上相互独立的局部异常，扰动信号会发生叠加耦合，候选区段匹配误差会受多异常耦合干扰，定位精度会出现下降，该场景下建议分段隔离水带后再开展检测。

22、另外，开展基线标定与扰动检测时，优选消防水带完成充水、尽可能排尽管道内部积存气泡；若水带内部大量积存气体，会改变水带整体弹性储水特性，造成动态响应基线偏移，增大误判风险。火场现场无法完全排气时，需要增加多次扰动样本做统计平均处理。