一种市政地下管线的压力异常测量方法及系统与流程

本技术涉及地下管线监测的，尤其是涉及一种市政地下管线的压力异常测量方法及系统。

背景技术：

1、市政地下管线在多端变频闭环供水工况下，管网内部流体压力的实时测量是监控管线运行状态的基础。管网各个测压节点依靠压力传感器采集流体压力数据，用于研判管线是否存在破裂失压等异常情况。在实际的供水网络中，流体介质的输送依赖于泵站的持续加压。为了适应动态变化的用户用水量，现代泵站均配置pid电气控制环路，水泵依据管网压力的实时反馈不断调整变频器的输出频率，通过改变主水泵的转速来进行动态补水，以维持管网整体的稳态压力基线。

2、授权公告号为cn108980631b的发明专利公开了一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统。该系统在待检管道间隔安装包含压力传感器、温度传感器、泵和阀门的功能元件，各功能元件电连接远程控制终端。系统集成了负压波主机与在线仿真主机，当人工操作阀门开闭或水泵启停时，对应设备向远程控制终端发送电信号，该电信号经监视控制系统和仿真系统转发给负压波系统。负压波系统在接收到水泵启停信号或阀门动作信号后的指定时间段内，直接停止执行管道漏点检测，以防止这些设备运行状态改变引起的压力波动触发系统误报警。

3、这种在设备动作期间强制切断检测时间窗的处理机制，脱离了连续闭环变频供水管网的实际控制工况。市政管网中的变频泵站处于不间断的动态调节状态。如果强制取消时间窗切断试图进行连续监测，现有监控系统在实际剥离此类变频动态补水干扰时存在严重的底层逻辑死锁。一方面，系统在跨设备数据提取时，普遍忽视了主导泵站控制端低频网关（例如10hz离散时序）与测点边缘传感高频采集（例如2000hz连续时序）之间存在的数据阵列维度严重错配问题，直接进行逐点逻辑扣除必然导致底层矩阵运算崩溃。另一方面，当破损位置极其靠近反射界面时，直达波与多径反射波在微秒级时间内高度重叠，传统的信号处理方法由于测不准原理的限制，利用宏观长窗企图强行切割微秒级信号，甚至用微观的高频射流噪声能量去错误等效映射宏观的直流物理压降，造成物理因果律断裂。此外，现有的阻力模型盲目套用适用于稳态恒流的管壁摩擦公式，完全无视大惯量调频引发的瞬变水击波穿透复杂管网拓扑节点多径散射所产生的能量透射耗散，导致长距离补偿量的理论映射严重失真。上述数理机制的缺失与时序映射的错位，致使防抖监控系统丧失了提取真实失压特征的运算根基。

技术实现思路

1、为了解决反射与变频补水掩盖真实压降的问题，测算绝对失压，本技术提供一种市政地下管线的压力异常测量方法及系统。

2、第一方面，本技术提供的一种市政地下管线的压力异常测量方法，采用如下的技术方案：一种市政地下管线的压力异常测量方法，包括：

3、获取测点的流体压力，计算稳态基线与跌落梯度，当所述跌落梯度大于基于所述稳态基线确定的触发阈值时，截取表象压力并记录时间戳；

4、确定与所述测点相邻的反射界面，提取所述测点至所述反射界面的连通管长，结合预设的流体波速测算反射延时；基于所述时间戳与所述反射延时，在所述表象压力中提取波前压力；

5、获取干预所述测点的主导泵站至所述测点的物理管长，结合所述流体波速测算波速延迟；

6、提取所述主导泵站的基准频率及动作时刻之后的瞬时频率序列，对所述瞬时频率序列执行插值升采样以使其数据维度与所述表象压力的采样率对齐；

7、计算升采样后的所述瞬时频率序列的平方与所述基准频率的平方之差作为频率平方差序列，结合阻尼系数将所述频率平方差序列转换为补偿压力序列；

8、基于所述波速延迟将所述补偿压力序列对应的时间轴平移至测点接收时间轴，提取所述表象压力在所述测点接收时间轴上的观测压力序列；

9、将所述观测压力序列扣除对应时刻的所述补偿压力序列，重构解耦压力序列；

10、基于所述波前压力与所述解耦压力序列计算失压标量序列，并在所述失压标量序列满足预设异常条件时输出。

11、可选的，所述当所述跌落梯度大于基于所述稳态基线确定的触发阈值时，截取表象压力并记录时间戳，包括：

12、对所述测点执行时钟同步以确立绝对时间；

13、将获取的所述流体压力存入缓存器，并计算预设时间窗内的所述跌落梯度；

14、将所述稳态基线与预设系数的乘积定为所述触发阈值，当所述跌落梯度大于所述触发阈值时产生中断；

15、响应所述中断，自所述缓存器提取压力序列作为所述表象压力；

16、将所述中断时刻的所述绝对时间作为所述时间戳与所述表象压力绑定。

17、可选的，所述基于所述时间戳与所述反射延时，在所述表象压力中提取波前压力，包括：

18、当所述反射延时大于预设倍数时，以所述时间戳为起点、以所述时间戳与所述反射延时之和为终点，构建截断窗；

19、截取所述表象压力中位于所述截断窗内的数据段；

20、提取所述数据段内的极小值点作为所述波前压力。

21、可选的，所述基于所述时间戳与所述反射延时，在所述表象压力中提取波前压力，包括：

22、当所述反射延时不大于预设倍数时，提取所述表象压力在所述时间戳后的极小值点作为干涉绝对压力；

23、计算所述稳态基线与所述干涉绝对压力之差作为干涉增量；

24、提取所述测点所在管段的第一过流面积与所述反射界面对应管段的第二过流面积；

25、基于所述第一过流面积与所述第二过流面积计算声学波反射系数，以构建近场分离因子；

26、将所述干涉增量除以所述近场分离因子以提取等效入射压降；

27、将所述稳态基线扣除所述等效入射压降以获取所述波前压力。

28、可选的，所述提取所述主导泵站的基准频率，包括：

29、基于所述波速延迟，在所述时间戳之前构建具有预设时长的无干扰窗；

30、提取所述主导泵站在所述无干扰窗内的频率序列；

31、计算所述频率序列的均值作为所述基准频率。

32、可选的，所述结合阻尼系数将所述频率平方差序列转换为补偿压力序列，包括：

33、获取所述频率平方差序列；

34、结合预设相似系数将所述频率平方差序列转换为初始当量序列；

35、基于所述物理管长与所述阻尼系数的乘积构建衰减因子；

36、利用所述衰减因子对所述初始当量序列进行校准以获取所述补偿压力序列。

37、可选的，在所述结合阻尼系数将所述频率平方差序列转换为补偿压力序列之前，还包括获取所述阻尼系数：

38、提取所述主导泵站至所述测点间所述地下管线的沿程拓扑分支节点；

39、基于各个所述拓扑分支节点的入口过流面积与各个出流过流面积，计算对应的瞬态波透射系数；

40、计算所有所述瞬态波透射系数的连乘积以表征多径水击波散射耗散率；

41、结合沿程摩擦衰减量与所述多径水击波散射耗散率，构建并输出所述阻尼系数。

42、可选的，在获取所述补偿压力序列之后，还包括：

43、提取所述主导泵站的标志位；

44、当所述标志位满足预设饱和条件时，获取触发所述标志位的锁定时刻，提取所述锁定时刻对应的瞬时补偿压力作为极限补偿值；

45、在所述锁定时刻之后，将所述补偿压力序列中的数据值维持为所述极限补偿值，以校准所述补偿压力序列。

46、可选的，当所述主导泵站与所述测点间存在具有有源动力特性的中继泵站时，获取所述波速延迟与所述衰减因子，包括：

47、将所述中继泵站判定为物理波阻断与再生的有源节点，放弃所述中继泵站上游管线的物理参数累加；

48、提取所述中继泵站至所述测点间物理管线的中继管长与中继阻尼；

49、计算所述中继管长与所述流体波速的比值作为更新后的所述波速延迟；

50、基于所述中继管长与所述中继阻尼的乘积构建更新后的所述衰减因子；

51、提取所述中继泵站的运行参量替代所述主导泵站生成所述补偿压力序列。

52、第二方面，本技术提供的一种市政地下管线的压力异常测量系统，采用如下的技术方案：一种市政地下管线的压力异常测量系统，包括：

53、表象压力截取模块，用于获取测点的流体压力，计算稳态基线与跌落梯度，当所述跌落梯度大于基于所述稳态基线确定的触发阈值时，截取表象压力并记录时间戳；

54、波前压力提取模块，用于确定与所述测点相邻的反射界面，提取所述测点至所述反射界面的连通管长，结合预设的流体波速测算反射延时；基于所述时间戳与所述反射延时，在所述表象压力中提取波前压力；

55、补偿压力生成模块，用于获取干预所述测点的主导泵站至所述测点的物理管长，结合所述流体波速测算波速延迟；提取所述主导泵站的基准频率及动作时刻之后的瞬时频率序列，对所述瞬时频率序列执行插值升采样以使其数据维度与所述表象压力的采样率对齐；计算升采样后的所述瞬时频率序列的平方与所述基准频率的平方之差作为频率平方差序列，结合阻尼系数将所述频率平方差序列转换为补偿压力序列；

56、绝对压力重构模块，用于基于所述波速延迟将所述补偿压力序列对应的时间轴平移至测点接收时间轴，提取所述表象压力在所述测点接收时间轴上的观测压力序列；将所述观测压力序列扣除对应时刻的所述补偿压力序列，重构解耦压力序列；

57、异常状态输出模块，用于基于所述波前压力与所述解耦压力序列计算失压标量序列，并在所述失压标量序列满足预设异常条件时进行输出。

58、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：

59、1、通过获取测点流体压力并计算跌落梯度以触发截取，结合相邻反射界面的连通管长测算反射延时并据此提取波前压力，同时在主导泵站侧提取基准频率与动作后瞬时频率序列，经插值升采样后转换为补偿压力序列，再经波速延迟平移后自观测压力中扣除，最终重构解耦压力序列并计算失压标量，使反射混叠干扰与变频补水压力抬升被同步剥离，压力异常判决所依据的物理量直接反映管体结构完整性变化所对应的绝对失压状态。

60、2、通过将测点流体压力持续存入缓存器并计算预设时间窗内跌落梯度，在跌落梯度越过稳态基线所确定的触发阈值时产生中断并提取缓存压力序列作为表象压力，使压力突降事件所对应的预触发背景压力与后续完整跌落波形被同步锁定，降低了触发时延抖动对波形完整性的影响，提升了后续反射延时对齐与波前压力提取的时间基准精度。

61、3、通过提取主导泵站至测点间地下管线的沿程拓扑分支节点，依据各节点入口过流面积与出流过流面积计算瞬态波透射系数，并将全部透射系数的连乘积与沿程摩擦衰减量共同构建阻尼系数，使瞬态水击波在复杂管网拓扑节点处发生的多径散射耗散能量被纳入补偿压力计算，避免了套用稳态恒流摩擦公式对动态变频补水压力传播衰减所造成的映射失真，在不同管网拓扑结构下均能维持压力补偿量的物理一致性。