一种垃圾气力输送系统的压力波堵料定位方法与流程

本发明涉及垃圾物料气力输送设备监测，具体为一种垃圾气力输送系统的压力波堵料定位方法。

背景技术：

1、垃圾气力输送系统通常利用抽吸动力设备在输送管道内形成负压气流，将垃圾物料从垃圾投放端经支路阀门、输送管段及汇合管段输送至垃圾收集端。系统具有输送距离长、支路数量多以及管道封闭设置等特点。垃圾物料的形状、尺寸、含水率和可压缩性存在差异，垃圾袋、纤维状物料或者湿黏物料容易在弯头、变径点、分支点及阀门附近聚集，造成管道有效流通截面减小甚至完全堵塞。

2、输送管道发生堵料后，可能出现抽吸压力异常、输送效率下降、抽吸动力设备负荷变化及垃圾滞留等现象。由于输送管道通常设置于地下、管廊或建筑物内部，难以通过外部观察直接确定堵料位置。采用逐段拆管、人工探查或者依次开启检修口的方式进行排查，不仅耗时较长，而且容易扩大停机范围并增加维护成本。

3、现有堵料监测方式主要包括检测管道压力、压差、气流量或者抽吸动力设备运行电流，并将检测值与固定阈值进行比较。此类方式能够判断系统是否存在输送异常，但压力及负荷参数还会受到投料量、垃圾物料状态、风机运行状态和阀门开度的影响，单一参数超过阈值并不能直接表明堵料所在支路及管内位置。对于包含多个垃圾投放端和多级分支的气力输送系统，不同管段发生堵料还可能产生相近的稳态压力变化，因而难以实现准确区分。

4、还有部分管道检测技术通过产生压力扰动，依据压力波到达时间或者反射时间推算异常位置。然而，垃圾气力输送系统中的压力波传播状态会随抽吸动力设备状态和阀门开度发生变化，采用固定传播速度容易产生距离误差。管道中的弯头、变径点、分支点、阀门及管端还会形成固有反射，支路网络则会产生多路径传播和多次反射，使堵料形成的反射响应容易与管道固有反射响应相互混叠。

5、此外，风机波动、投料扰动及阀门动作也可能在压力信号中形成瞬态边沿。现有方法缺少能够在多个压力传感器响应中稳定识别的压力标记，容易将随机压力波动误认为堵料反射。无堵料基准响应与当前实测响应之间还可能存在到达时间漂移及幅值差异，若直接进行波形比较，容易产生较大的差分残差。

6、对于分支管网，各压力传感器依据到达时间分别获得的候选位置可能对应不同传播路径，并映射到多个候选支路。现有技术通常缺少对候选位置进行拓扑约束及支路复测验证的手段，也难以识别由固有反射或已出现反射位置再次反射形成的后到响应，导致定位结果可能跨越多个管段或者出现多个不连续候选区间。

技术实现思路

1、基于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种垃圾气力输送系统的压力波堵料定位方法，以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种垃圾气力输送系统的压力波堵料定位方法，包括：

3、获取气力输送系统拓扑及预设输送工况的无堵料基准响应，按当前阀门状态确定物料有效输送路径、压力波允许传播路径及位置已知且响应可识别的反射锚点；

4、控制旁通阀改变开度后复位，产生极性相反的双边沿压力标记，由参考压力传感器测得边沿间隔和峰值比；各压力传感器将响应中与参考测量的间隔、峰值比偏差处于对应容差内且极性相反的边沿组确定为有效标记响应；

5、对各压力传感器，识别同一压力波允许传播路径的相邻反射锚点，根据其已知反射路程差和第一边沿到达时差建立分段路程与时延关系；按锚点的实测和基准到达时间校正基准响应时轴，将实测响应与校正后的基准响应归一化并作差，将差分响应中的新增有效标记响应确定为堵料候选响应；

6、根据堵料候选响应相对入射标记的第一边沿到达时差及分段路程与时延关系确定堵料候选区间，将各传感器的候选区间映射至拓扑并求交，得到公共候选集；

7、公共候选集为单一管段内的单一连续区间时，确定该区间为堵料位置；公共候选集包含不同支路的多个区间时，每次仅调节一个位于压力标记产生位置至对应候选区间的压力波允许传播路径上的支路阀门并复测，根据堵料候选响应与被调支路对应锚点响应的关联变化以及未调支路对照锚点响应的稳定性确定堵料支路，根据该支路内的公共候选集输出堵料管段及管内距离区间；公共候选集为空或仍非唯一时重新检测。

8、本发明进一步设置为，气力输送系统拓扑包括节点、连接节点的输送管段、各输送管段的长度、垃圾物料输送方向及压力波传播方向；节点包括垃圾投放端、旁通阀、压力传感器、支路阀门、弯头、变径点、分支点、垃圾收集端和抽吸动力设备；

9、物料有效输送路径为当前阀门状态下，抽吸气流能够将垃圾物料从启用的垃圾投放端输送至垃圾收集端的有向路径；压力波允许传播路径为当前阀门状态下，压力标记由产生位置经连通输送管段到达压力传感器、反射锚点或候选点且不穿越处于截止状态阀门的路径，压力波能够沿输送管段双向传播并在反射位置改变传播方向；

10、预设输送工况由抽吸动力设备运行状态、旁通阀初始开度、各支路阀门开度、垃圾投放端启闭状态及检测期间的投料状态确定；反射锚点选自在相同预设输送工况的多次无堵料测量中能够重复识别反射响应的位置已知节点。

11、本发明进一步设置为，参考压力传感器邻近旁通阀，位于压力标记产生位置与沿压力波允许传播路径的首个分支点之间；

12、旁通阀由初始开度切换至目标开度，保持预设时间后恢复初始开度；

13、峰值比为第一边沿峰值绝对值与第二边沿峰值绝对值之比；

14、对应容差包括间隔容差和峰值比容差，根据相同预设输送工况下多次无堵料测量中各压力传感器相对参考压力传感器的边沿间隔偏差和峰值比偏差的变化范围确定。

15、本发明进一步设置为，各压力传感器采用统一触发信号采样，对压力响应进行去噪；

16、以候选边沿前的局部稳态值为基准，压力变化量的绝对值超过到达阈值并持续预设时间时确认越阈事件；

17、在覆盖首次越阈时刻前后采样数据的到达搜索时间窗内，将最早对应持续单调变化区间的斜率绝对值极大点确定为第一边沿到达时间；

18、根据参考压力传感器测得的边沿间隔设置第二边沿搜索时间窗，按照相同方式识别极性相反的第二边沿；

19、将静默时间窗内的同极性斜率极值合并为同一边沿，静默时间窗短于边沿间隔及相邻锚点响应的最小第一边沿到达时差；

20、到达阈值根据无堵料稳态采样的噪声变化范围确定。

21、本发明进一步设置为，对每一压力传感器，反射锚点的反射路径包括压力标记产生位置至反射锚点的路径及反射锚点至该压力传感器的路径，反射路程按照反射路径经过各输送管段的次数累计；

22、传播单元为有向管段，或为不能分别获得各传播方向时延的固定往返管段组合；用于标定同一传播单元的相邻锚点对满足：两条反射路径在该传播单元以外具有相同的有向管段及经过次数，在该传播单元内的经过次数之差为已知非零值；根据两条反射路径的已知反射路程差和第一边沿到达时差，建立适用于相同传播方向组合的分段路程与时延关系；计算路径时，按照实际传播方向及经过次数累计各已标定传播单元的时延。

23、本发明进一步设置为，入射标记为压力标记沿未发生反射的首达压力波允许传播路径到达压力传感器，且与无堵料基准响应中的首达响应相匹配的有效标记响应；以相邻反射锚点在无堵料基准响应和实测响应中的到达时间作为对应分段端点，对锚点之间的基准响应时轴进行伸缩校正；实测响应与校正后的基准响应分别除以各自入射标记的两个边沿峰值绝对值中的较大值后作差；

24、新增有效标记响应在无堵料基准响应的对应时间窗内无匹配响应，未与入射标记或已识别锚点响应相匹配，差分幅值超过残差阈值且满足有效标记响应判定条件；残差阈值根据相同预设输送工况下多次无堵料复测所得差分响应的变化范围确定。

25、本发明进一步设置为，沿已经建立分段路程与时延关系的传播单元按照预设空间间隔设置候选点；对每一压力传感器和每一候选点，枚举压力标记经候选点反射至该压力传感器的压力波允许传播路径，确定与入射标记相匹配的首达路径；利用分段路程与时延关系分别累计反射路径和首达路径的时延，获得反射路径相对于首达路径的预计时延差；

26、将预计时延差与堵料候选响应相对入射标记的第一边沿到达时差进行比较，把偏差不超过预设时间容差且位于同一管段的相邻候选点合并为堵料候选区间；预设时间容差根据采样周期、边沿到达时间识别误差及对应路径累计的分段标定误差确定。

27、本发明进一步设置为，候选支路阀门位于压力标记产生位置至对应候选区间的压力波允许传播路径上；对应锚点与候选区间位于该阀门远离压力标记产生位置一侧的同一支路，对照锚点选自未调候选支路中能够识别反射响应的反射锚点；

28、候选支路阀门的复测开度具有对应的无堵料基准响应，满足对应锚点能够识别以及预先进行的堵料稳定性试验中试验堵料位移不超过位移容差；每次复测仅改变一个候选支路阀门，保持抽吸动力设备、投料状态及其余阀门状态不变，经过预先标定的工况稳定时间，确认参考压力传感器及参与复测的压力传感器在稳定时间窗内的压力变化量不超过稳态容差后，重新产生双边沿压力标记，复测后将被调阀门复位；

29、堵料候选响应、对应锚点响应及对照锚点响应的幅值均取相应边沿组中两个边沿峰值绝对值的较大值，其中堵料候选响应取自差分响应，对应锚点响应及对照锚点响应取自归一化实测响应；堵料候选响应与对应锚点响应的幅值变化方向相同且变化量均超过变化阈值，或二者同步越过各自检测阈值，同时对照锚点响应的幅值变化不超过稳定阈值时，确定关联变化成立；稳态容差根据无堵料复测的稳态压力变化范围确定，变化阈值及稳定阈值根据无堵料复测的差分残差和锚点归一化幅值变化范围确定，稳定阈值小于变化阈值。

30、本发明进一步设置为，存在多个堵料候选响应时，按照双边沿压力标记的边沿间隔、峰值比及堵料候选区间的拓扑重叠关系，对不同压力传感器获得的堵料候选响应进行分组，对各组分别求取公共候选集；

31、对于后到堵料候选响应，按照当前阀门状态枚举包含已识别锚点或已形成跨传感器公共候选集的先到候选位置的再次反射路径，按照再次反射路径的实际传播方向和经过次数累计各已标定传播单元的时延，获得再次反射响应相对于同一压力传感器入射标记的预计时延差；后到堵料候选响应相对同一压力传感器入射标记的第一边沿到达时差与预计时延差之间的偏差不超过对应时间容差，且后到堵料候选响应不能形成由至少两个压力传感器共同支持的独立公共候选集时，将其确定为多次反射干扰并剔除。

32、本发明进一步设置为，未识别到至少一对同一压力波允许传播路径上的相邻反射锚点，或相关反射路径不能分解为已标定传播单元的压力传感器，不参与公共候选集求交；参与求交的压力传感器不足两个或者公共候选集为空时，将本次检测标记为无效，恢复预设输送工况后重新检测；完成支路复测后，公共候选集仍包含同一管段内多个不连续区间或者跨越多个管段时，将定位结果标记为非唯一，切换至另一具有无堵料基准响应且满足堵料不迁移条件的预设输送工况后重新检测；

33、在未执行清堵且各次复测均满足堵料不迁移条件的情况下，连续两次有效检测所得公共候选集彼此重叠，且再次形成的重叠部分为完全位于同一管段的单一连续区间时，输出该管段及对应的管内距离区间，管内距离以该管段沿垃圾物料输送方向的起始节点为距离零点；将定位结果关联至地理信息系统中的气力输送线路，生成堵料报警及邻近检修口导航信息。

34、本发明提供一种垃圾气力输送系统的压力波堵料定位方法，通过获取系统拓扑及无堵料基准响应，确定压力波允许传播路径和反射锚点；控制旁通阀产生双边沿压力标记，根据边沿间隔、峰值比及极性识别有效标记响应；利用相邻反射锚点建立分段路程与时延关系，对基准响应进行时轴校正和幅值归一化，并通过差分提取堵料候选响应；根据候选响应的到达时差确定候选区间，通过多传感器拓扑求交获得公共候选集；存在支路歧义时，逐一调节候选支路阀门，根据堵料候选响应与锚点响应的关联变化确定堵料支路，输出堵料管段及管内距离区间，产生的有益效果包括：

35、1、通过双边沿压力标记的间隔、峰值比和极性约束识别有效响应，降低风机波动、投料扰动及随机压力变化造成的误判；

36、2、通过反射锚点进行分段时延标定和基准响应校正，减少传播状态变化及波形漂移引起的定位误差，提高管内距离区间的测定精度；

37、3、通过多传感器拓扑求交及支路阀门复测，排除分支和多路径传播造成的位置歧义，实现复杂气力输送系统中堵料管段的可靠定位。

38、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。