一种城市管廊智慧监测方法及系统与流程

本技术涉及管廊监测，尤其涉及一种城市管廊智慧监测方法及系统。

背景技术：

1、城市地下综合管廊是将电力、通信、燃气、供热、给排水等多类市政管线集中敷设于同一地下隧道空间的基础设施，其运行环境封闭、潮湿且通风受限，管廊内部各类管线长期处于高温、高湿、腐蚀性气体等复合环境应力作用下，一旦发生气体泄漏、管线渗漏或结构损伤，事故后果往往波及多条管线并沿管廊纵向迅速扩散。现有城市管廊智慧监测方法通常沿管廊纵向部署温湿度传感器、气体浓度传感器和振动传感器等多类环境感知设备，各传感器节点以固定采样周期实时采集管廊内部环境物理量，采集数据经通信网络传输至监控中心或云端平台，由平台对各节点的传感器读数分别与预设的报警阈值进行比对，当某一节点某一物理量超过对应阈值时触发报警，运维人员接到报警后前往对应位置进行现场排查处置。

2、上述以单节点单物理量独立阈值比对为核心的监测方法在实际运行中暴露出显著不足。管廊内真实异常事件，例如燃气管线微小泄漏，在发生初期各单项物理量可能均未触及预设阈值，甲烷浓度仅微幅上升、振动加速度仅轻微偏移，但这些微量变化沿管廊纵向在相邻节点之间形成了持续加深的空间梯度，该空间梯度的方向性演变恰恰是异常传播事件的早期特征信号。现有方法将每个传感器节点视为独立判断单元，仅检测该节点读数本身是否超过阈值，完全不关注相邻节点之间读数差值的时间演变特征，因此无法捕捉上述多参数协同偏移但单项均未超限的复合型早期异常，导致漏检率高而误报率亦高，漏检源于单项未超限时不触发报警，误报源于传感器噪声偶发超限时即触发报警。

技术实现思路

1、本技术提供了一种城市管廊智慧监测方法及系统，解决了现有城市管廊监测方法因以单节点独立阈值比对为判断依据而无法识别多参数协同偏移型早期异常、且从异常感知到运维决策全链路依赖人工研判导致响应迟滞的问题，提高了管廊异常传播事件的早期检出率与源头定位精度，并将运维响应模式从被动全域巡查转变为主动定向处置。

2、第一方面，本技术提供了一种城市管廊智慧监测方法，所述城市管廊智慧监测方法包括：

3、步骤s1、沿管廊纵向各传感器节点同步采集多类环境物理量，得到各节点原始读数向量；

4、步骤s2、对相邻传感器节点的所述原始读数向量作差并在滑动时间窗口内累积变化率，得到梯度漂移序列；

5、步骤s3、将所述梯度漂移序列中各物理量维度的变化率符号一致计数与所述变化率的绝对值均值相乘，得到各维度方向持续性得分，按舱室管线类型对各维度所述方向持续性得分加权求和，得到综合方向持续性得分，将所述综合方向持续性得分与第一阈值及第二阈值比较，超过所述第一阈值时将对应所述梯度漂移序列连同节点gis坐标封装为潜在异常数据包，超过所述第二阈值时切换至高频采样模式并将对应所述梯度漂移序列连同节点gis坐标封装为紧急异常数据包；

6、步骤s4、根据所述潜在异常数据包及所述紧急异常数据包中各节点对所述梯度漂移序列的单向漂移启动时刻先后顺序确定传播源节点坐标及传播方向向量，将所述传播源节点坐标及所述传播方向向量投影至gis拓扑，按管线危险等级权重与扩散前沿到达时刻之比对各下游节点排序，生成时序化运维派单。

7、第二方面，本技术提供了一种城市管廊智慧监测系统，所述城市管廊智慧监测系统包括：

8、采集模块，用于沿管廊纵向各传感器节点同步采集多类环境物理量，得到各节点原始读数向量；

9、计算模块，用于对相邻传感器节点的所述原始读数向量作差并在滑动时间窗口内累积变化率，得到梯度漂移序列；

10、切换模块，用于将所述梯度漂移序列中各物理量维度的变化率符号一致计数与所述变化率的绝对值均值相乘，得到各维度方向持续性得分，按舱室管线类型对各维度所述方向持续性得分加权求和，得到综合方向持续性得分，将所述综合方向持续性得分与第一阈值及第二阈值比较，超过所述第一阈值时将对应所述梯度漂移序列连同节点gis坐标封装为潜在异常数据包，超过所述第二阈值时切换至高频采样模式并将对应所述梯度漂移序列连同节点gis坐标封装为紧急异常数据包；

11、排序模块，用于根据所述潜在异常数据包及所述紧急异常数据包中各节点对所述梯度漂移序列的单向漂移启动时刻先后顺序确定传播源节点坐标及传播方向向量，将所述传播源节点坐标及所述传播方向向量投影至gis拓扑，按管线危险等级权重与扩散前沿到达时刻之比对各下游节点排序，生成时序化运维派单。

12、第三方面，提供了一种城市管廊智慧监测设备，包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令；所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述城市管廊智慧监测设备执行上述的城市管廊智慧监测方法。

13、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的城市管廊智慧监测方法。

14、本技术提供的技术方案中，通过沿管廊纵向各传感器节点同步采集多类环境物理量得到各节点原始读数向量，将感知层的数据获取从传统的单节点独立采样转变为多节点时钟同步的协同采集，使得后续对相邻节点原始读数向量作差这一操作具备了物理意义上的准确性，同一时刻两个相邻节点之间的读数差值直接反映了该时刻管廊纵向方向上对应物理量的空间分布梯度，而非因采样时刻不一致引入的时间混叠伪差值，这一数据基础的可靠性从源头上保障了整个方案的技术链路不存在因输入数据失真而导致的系统性偏差。在此基础上对相邻传感器节点的原始读数向量作差并在滑动时间窗口内累积变化率得到梯度漂移序列，该技术特征将监测对象从现有技术关注的"节点读数是否超限"转变为"相邻节点间空间梯度是否出现方向性持续演变"，这一转变使得方案能够捕捉到每个单项物理量均未触及报警阈值但多参数空间分布格局正在持续恶化的早期复合型异常——管廊内气体泄漏或渗水事件在扩散初期的物理特征恰恰不是某个节点读数突然跃升，而是泄漏源两侧相邻节点之间的浓度差值或温度差值沿纵向持续加深，梯度漂移序列精确记录了这一加深过程的时间轨迹，从而在异常事件尚处于萌芽阶段时就将其从正常噪声波动中区分出来。将梯度漂移序列中各物理量维度的变化率符号一致计数与变化率绝对值均值相乘得到各维度方向持续性得分这一算法特征，在管廊监测这一特定应用领域中具有独特的技术贡献，符号一致计数捕捉的是梯度演变的方向一致程度，绝对值均值捕捉的是梯度演变的速率幅度，二者的乘积运算构成天然的双重门控机制，使得传感器噪声引发的偶发高幅值波动因方向随机而被符号一致计数压制、传感器老化引发的持续微小偏移因幅值极低而被绝对值均值压制，只有方向持续且速率显著的真实异常传播过程才能同时突破两道门控产生高得分，这一算法结构与管廊内物质沿纵向扩散的物理机制高度契合，既非通用的统计异常检测方法的简单套用，也非多个独立指标的机械拼凑，而是针对管廊异常传播的空间方向性特征量身设计的判据。

15、按舱室管线类型对各维度方向持续性得分加权求和得到综合方向持续性得分这一技术特征，将管廊工程领域中不同舱室面临的主要灾害类型差异以权重系数的形式显式编码进算法，使得同一套检测算法在燃气舱自动对甲烷浓度维度高度敏感、在电力舱自动对振动和温度维度高度敏感，无需针对不同舱室分别部署不同的检测模型或人工调整参数，降低了系统部署和维护的工程复杂度。将综合方向持续性得分与第一阈值及第二阈值比较并分级封装为潜在异常数据包和紧急异常数据包这一技术特征，使得边缘节点根据异常严重程度自动切换上报策略，正常状态仅上报统计摘要、潜在异常上报梯度漂移序列、紧急异常同时切换至高频采样模式，在管廊数十公里规模数以千计节点的场景下有效平衡了通信带宽占用与云端分析精度之间的矛盾，避免了全量数据无差别上报导致的带宽饱和，也避免了仅上报告警标志导致云端丧失精细分析能力的信息损失。根据潜在异常数据包及紧急异常数据包中各节点对梯度漂移序列的单向漂移启动时刻先后顺序确定传播源节点坐标及传播方向向量这一技术特征，使得云端能够从梯度变化的时序先后关系中自动反向追踪出异常事件的物理起源位置和纵向传播方向，无需运维人员在gis地图上逐一比对报警节点手动推断事件来源。将传播源节点坐标及传播方向向量投影至gis拓扑并按管线危险等级权重与扩散前沿到达时刻之比对各下游节点排序生成时序化运维派单，将传播源位置、传播方向、路径上的物理隔断特性、各舱室管线危险等级四类异质信息在gis拓扑空间中统一融合计算，输出的运维派单不仅包含各下游节点的响应优先级排序，还包含定向核查指令指明维护人员到达后应面向传播源方向检查何种物理量对应的管线部件，从而将运维响应从接到报警后全域无差别巡查转变为按优先级顺序定向处置，彻底消除了从异常感知到运维行动之间的人工研判环节。