一种城市排水管网故障点检测方法及系统

1.本发明涉及故障位置检测技术领域，更具体的说是涉及一种城市排水管网故障点检测方法及系统。


背景技术：

2.城市排水管道保障着居民生活废水和自然降水的排放，是维护社区运营重要的基础设施。一旦排水管道发生故障，往往会导致路面积水、地库存水，乃至引起反流倒灌，严重影响社区的交通和生活秩序，有可能造成车辆被淹等事故，还存在健康隐患以及建筑质量方面的风险。
3.现有的排水管道通常是铺设在地下，一般都是人工定期按区域进行清理检查，但是这样的方式，一方面无法有效地确定故障位置，地毯式清理成本高，十分不便，另一方面，更多时候是在已经发生事故之后才对所在区域的管道进行清理和检测，而无法在排水过程中实时检测是否发生故障以及故障点位置。
4.可见，现有技术难以对管道故障点进行检测，导致无法及时有效地对管道进行维修，增加成本，因此，如何提供一种能够在排水过程中实时检测排水管道是否发生故障以及故障点位置，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种城市排水管网故障点检测方法及系统。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种城市排水管网故障点检测方法，包括以下步骤：
8.步骤一、将排水管网中的所有节点依据节点性质进行分类，得到分类后的节点集合；
9.步骤二、选取每种类别节点集合中具有代表性的节点，作为监测点；
10.步骤三、获取监测点处的历史流量数据，将所述历史流量数据依据不同时段进行分类，得到多个历史流量数据集；
11.步骤四、依据每个历史流量数据集，以监测点为横坐标，流量数据为纵坐标，绘制每个时段对应的历史流量均值曲线；
12.步骤五、采集待检测期的监测点处流量数据；
13.步骤六、绘制待检测期的流量均值曲线；
14.步骤七、依据所述待检测期的流量均值曲线和对应时段的历史流量均值曲线，计算得到待检测期的流量误差曲线；
15.步骤八、获取待检测期的误差曲线中超过预设误差阈值的位置区段，得到故障点所在的故障区段；
16.步骤九、依据所述故障区段，得到位于故障区段内的第一个监测点，对该监测点周围管道进行排查，获取准确的故障点位置。
17.可选的，所述步骤一中，所述节点性质包括水压、流量等。
18.可选的，所述步骤一中，使用模糊聚类法对节点进行分类。
19.可选的，所述步骤二中，使用tf-idf算法对每种类别节点集合进行抽取，得到每种类别中具有代表性的节点。
20.可选的，在所述各个步骤中，使用水流量传感器获取流量数据。
21.可选的，所述步骤四的具体步骤为：
22.步骤4.1、令第i个时段的历史流量数据集为ai，以监测点为横坐标，流量数据为纵坐标，绘制第i个时段内的不同采集时刻对应的历史流量曲线；
23.步骤4.2、依据多条历史流量曲线，将每个监测点的流量数据求均值，得到第i个时段的历史流量均值曲线。
24.可选的，所述步骤六的具体步骤为：
25.步骤6.1、将采集的待检测期的流量数据依据不同的采集时刻，绘制多条流量曲线；
26.步骤6.2、依据待检测期的多条流量曲线，将每个监测点的流量数据求均值，得到待检测期的流量均值曲线。
27.可选的，所述步骤九中，位于故障区段内的第一个监测点是指，按照排水管网中的水流方向为顺序方向，该顺序方向上的故障区段内的第一个监测点。
28.一种城市排水管网故障点检测系统，包括：
29.排水管网节点分类模块，用于将排水管网中的所有节点依据节点性质进行分类，得到分类后的节点集合；
30.监测点选取模块，用于选取每种类别节点集合中具有代表性的节点，作为监测点；
31.历史流量数据分类模块，用于获取监测点处的历史流量数据，将所述历史流量数据依据不同时段进行分类，得到多个历史流量数据集；
32.历史流量均值曲线获取模块，用于依据每个历史流量数据集，以监测点为横坐标，流量数据为纵坐标，绘制每个时段对应的历史流量均值曲线；
33.待检测期流量数据获取模块，用于采集待检测期的监测点处流量数据；
34.待检测期流量均值曲线获取模块，用于绘制待检测期的流量均值曲线；
35.流量误差曲线获取模块，用于依据所述待检测期的流量均值曲线和对应时段的历史流量均值曲线，计算得到待检测期的流量误差曲线；
36.故障区段确定模块，用于获取待检测期的误差曲线中超过预设误差阈值的位置区段，得到故障点所在的故障区段；
37.故障点确定模块，用于依据所述故障区段，得到位于故障区段内的第一个监测点，对该监测点周围管道进行排查，获取准确的故障点位置。
38.经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种城市排水管网故障点检测方法及系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：
39.本发明对排水管网中的所有节点进行分类和筛选，获取每种类别中具有代表性的节点作为监测点，获取监测点处的历史流量数据，并对所采集的数据进行时段划分，进而绘制出每个时段对应的历史流量均值曲线。将待检测时期内的流量均值曲线和对应时段的历史流量均值曲线进行差值计算，依据所得到的流量误差曲线判断故障区域和故障点位置。
本发明通过进行时段划分，进而可以使待检测时期的流量均值曲线与对应时段的历史流量均值曲线进行比较，获取检测结果，使检测结果更加准确，减少了因不同时段流量特性所带来的误差。并且选取具有代表性的监测点，能够保证准确的检测效果的同时，减少仪器成本。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
41.图1为本发明的方法步骤流程图；
42.图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.本发明实施例公开了一种城市排水管网故障点检测方法，参见图1，包括以下步骤：
45.步骤一、使用模糊聚类法将排水管网中的所有节点依据水压值、流量值进行分类，得到分类后的节点集合。
46.步骤二、使用tf-idf算法对每种类别节点集合进行抽取，选取每种类别节点集合中具有代表性的节点，作为监测点；通过选取监测点，可以在保障获取代表性流量数据的同时，保障故障点检测的全面性，减少水流量传感器的数量，降低了检测成本。
47.步骤三、获取监测点处的历史流量数据，将所述历史流量数据依据不同时段进行分类，得到多个历史流量数据集a1、a2、...、an，其中n为划分的时段个数。
48.在具体实施例中，时段的划分可以采用统计法，根据流量在不同时间的特征进行时段划分。要求在每个时段中，流量数据的差值应控制在预设的范围内。
49.步骤四、依据每个历史流量数据集，以监测点为横坐标，流量数据为纵坐标，绘制每个时段对应的历史流量均值曲线；
50.具体步骤为：
51.步骤4.1、令第i个时段的历史流量数据集为ai，以监测点为横坐标，流量数据为纵坐标，绘制第i个时段内的不同采集时刻对应的历史流量曲线si1、si2、...、sim，m为第i个时段内采集时刻的个数；
52.步骤4.2、依据多条历史流量曲线si1、si2、...、sim，将每个监测点的流量数据求均值，得到第i个时段的历史流量均值曲线si。
53.步骤五、采集待检测期的监测点处流量数据；
54.步骤六、绘制待检测期的流量均值曲线fi；
55.具体步骤为：
56.步骤6.1、将采集的待检测期的流量数据依据不同的采集时刻，绘制多条流量曲线；
57.步骤6.2、依据待检测期的多条流量曲线，将每个监测点的流量数据求均值，得到待检测期的流量均值曲线。
58.步骤七、依据所述待检测期的流量均值曲线fi和对应时段的历史流量均值曲线si，将每个监测点的流量数据求差值，计算得到待检测期的流量误差曲线mi；
59.步骤八、获取待检测期的误差曲线mi中超过预设误差阈值的位置区段，得到故障点所在的故障区段；若没有超过预设误差阈值的区段，则表示待检测期内排水管道没有发生故障。
60.步骤九、依据所述故障区段，得到位于故障区段内的第一个监测点，对该监测点周围管道进行排查，获取准确的故障点位置。位于故障区段内的第一个监测点是指，按照排水管网中的水流方向为顺序方向，该顺序方向上的故障区段内的第一个监测点。
61.在所述各个步骤中，使用水流量传感器获取流量数据。
62.在实施上述方法的过程中，首先需要在排水管网的每个节点设置水流量传感器，以获取每个节点处的历史流量数据。在得到历史流量均值曲线之后，只需要在监测点处设置水流量传感器即可，当检测待检测期的故障点时，进而可以获取各个监测点处的流量数据。
63.值得注意的是，当需要获取当前时刻的故障点时，步骤六则不需要再求均值，只需要绘制当前时刻的流量曲线即可，并将当前时刻流量曲线与历史流量均值曲线si进行求差，获取当前时刻的流量误差曲线，进而进入步骤八，进行后续步骤。
64.本发明实施例还公开一种城市排水管网故障点检测系统，参见图2，包括：
65.排水管网节点分类模块，用于将排水管网中的所有节点依据节点性质进行分类，得到分类后的节点集合；
66.监测点选取模块，用于选取每种类别节点集合中具有代表性的节点，作为监测点；
67.历史流量数据分类模块，用于获取监测点处的历史流量数据，将所述历史流量数据依据不同时段进行分类，得到多个历史流量数据集；
68.历史流量均值曲线获取模块，用于依据每个历史流量数据集，以监测点为横坐标，流量数据为纵坐标，绘制每个时段对应的历史流量均值曲线；
69.待检测期流量数据获取模块，用于采集待检测期的监测点处流量数据；
70.待检测期流量均值曲线获取模块，用于绘制待检测期的流量均值曲线；
71.流量误差曲线获取模块，用于依据所述待检测期的流量均值曲线和对应时段的历史流量均值曲线，计算得到待检测期的流量误差曲线；
72.故障区段确定模块，用于获取待检测期的误差曲线中超过预设误差阈值的位置区段，得到故障点所在的故障区段；
73.故障点确定模块，用于依据所述故障区段，得到位于故障区段内的第一个监测点，对该监测点周围管道进行排查，获取准确的故障点位置。
74.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
75.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。