一种智能水务中基于数据聚集的监测装置的制作方法

1.本发明属于智能水务技术领域，尤其涉及一种智能水务中基于数据聚集的监测装置。


背景技术：

2.随着城市进程的不断加快，水资源的紧张局势不断恶化，如何有效应对水资源危机，已经成为一个国家在经济发展中必须面临的重大课题。据统计，截止到2015年，我国供水管网的总长度达到71.0万公里，占市政管网的首位,并且以每年3万多公里的建设速度增长。但是，由于我国相当数量管网使用年限都在30年以上，部分管段甚至50年仍在服役，所以我国的管网腐蚀问题突出，跑、冒、滴、漏现象十分严重。管网漏损会引起管网水压下降，为了正常供水，则需要额外增加供水水压，这样不仅增加了能源的损耗，而且会使泄漏更加严重，形成恶性循环，造成更大的资源浪费。
3.在论文《供水管网泄漏监测系统研究》中作者嵇尚尚通过对泄漏信号进行时域分析、频域分析、时频联合分析，得出了供水管道背景噪声信号及泄漏信号的频域特征。为了实现对泄漏信号特征提取，提出一种基于小波去噪时延估计供水管网漏点定位方法，利用matlab工具箱中阈值函数获取消噪阈值，对信号进行小波分解，其次采用带通滤波器对去噪后的信号进行滤波，将处理后的信号进行时延估计确定漏点位置，但是在供水领域，由于监测装置分布在供水管道上，采集供水的压力、温度、ph值、余氯、浊度等，无便利的供电措施，一般采用蓄电池等方式进行供电，而且供水管道一般都处于正常状态，若实时进行频谱分析，会造成极大的电能浪费，不利于整体装置的稳定运行，且仅依靠频谱分析对管道泄露进行分析，准确率不高。
4.针对上述技术问题，本发明提供了一种智能水务中基于数据聚集的监测装置。


技术实现要素：

5.为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：
6.根据本发明的一个方面，提供了一种智能水务中基于数据聚集的监测装置。
7.一种智能水务中基于数据聚集的监测装置，其特征在于，具体包括：
8.压力监测模块，供电模块，流量测量模块，泄露信号监测模块；
9.其中所述压力监测模块负责对管道中的水流压力进行监测，并当所述水流压力在第一时间阈值内的压力变动量大于第一压力阈值后，生成压力异常信号，并将所述压力异常信号传输给流量测量模块；
10.所述供电模块负责为所述压力监测模块、流量测量模块、泄露信号监测模块提供电能；
11.所述流量测量模块负责对管道中的水流流量进行监测，并当接收到所述压力异常信号后，判断水流流量在第二时间阈值内的水流流量变动量大于第一流量阈值时，输出流量异常信号，并将所述流量异常信号传输至泄露信号监测模块；
12.所述泄露信号监测模块当接收到所述流量异常信号进行开启，并对所述管道中的水流泄露信号进行监测，采用基于gwo-densenet算法的分类模型确定管道是否存在泄露。
13.通过采用压力监测模块首先对第一时间阈值内的压力变动量出现异常时，发出压力异常信号，当流量测量装置接收到压力异常信号后，分析第二时间阈值内的流量变动量是否存在异常，当存在异常时，输出流量异常信号，并将所述流量异常信号传输至泄露信号监测模块，泄露信号监测模块在得到流量异常信号之后，开始对泄露信号进行监测，并通过基于gwo-densenet算法的分类模型判断是否存在泄露，从而解决了原先实时进行频谱分析造成的极大的电能浪费，不利于整体装置的稳定运行问题，通过结合压力和流量测量结果的基础上，适时开启泄露信号监测模块，使得进一步节省了电能，并促进了监控装置的稳定运行，且解决了依靠频谱分析对管道泄露进行分析，准确率不高的问题，通过压力、流量、频谱泄露信号三方面因素的综合考量，进一步提升了判断的精度。
14.通过采用所述水流压力在第一时间阈值内的压力变动量大于第一压力阈值后，生成压力异常信号，从而避免了由于突然的异常信号导致的错误生成压力异常信号的问题，进一步提升了压力监测模块输出信号的可靠性以及稳定性，通过流量测量模块接收到所述压力异常信号后，判断水流流量在第二时间阈值内的水流流量变动量大于第一流量阈值时，输出流量异常信号，从而避免了由于于突然的异常信号导致的错误生成压力异常信号的问题，进一步提升了压力监测模块输出信号的可靠性以及稳定性，同时当接收到压力异常信号后再进行判断，从而进一步节省了流量测量模块的电能，促进了装置的稳定性，通过采用泄露信号监测模块当接收到所述流量异常信号进行开启，并对所述管道中的水流泄露信号进行监测，通过分步骤，当满足条件后再进行泄露信号监测模块的开启，从而进一步的降低了装置的耗电量，使得整体的装置的稳定性进一步提升，并将压力、流量、泄露信号三方面结合到一起，对管道泄露情况进行评估，从而进一步提升了最终判断的精确性。
15.进一步的技术方案在于，还包括第二压力阈值，当所述水流压力在第一时间阈值内的压力变动量大于第二阈值，且压力的持续时间大于第三时间阈值，此时产生压力异动信号，并将所述压力异动信号传递给所述泄露信号监测模块，使所述泄露信号监测模块开启，判断管道是否存在泄露。
16.通过设置第二压力阈值，从而避免了由于产生过大的泄露导致的判断步骤过长导致的巨大的供水的浪费，能够在第一时间发现管道泄露，在保证稳定可靠的判断结果的基础上，再次提升了判断的灵敏性，并通过采用第一时间阈值内的压力变动量大于第二阈值，且压力大于第二阈值的压力的持续时间大于第三时间阈值，只有当变动量的维持时间大于一定的时间后，在判定存在问题，保证了整体判断精度的稳定和可靠性。
17.进一步的技术方案在于，还包括第三压力阈值，当所述水流压力在第四时间阈值内的压力变动量大于第三压力阈值，此时判定所述压力监测模块存在异常，不再发出所述压力异动信号或者压力异常信号。
18.通过设置第三压力阈值，当在第四时间阈值内的压力变动量大于第三压力阈值，从而判定此时的压力监测模块存在异常，从而防止由于压力监测模块在存在异常的情况下，导致的信号误报问题，进一步提升了整体的可靠性。
19.进一步的技术方案在于，所述第一压力阈值小于第二压力阈值，所述第二压力阈值小于第三压力阈值，所述第一压力阈值、第二压力阈值、第三压力阈值根据供水的管道半
径、管道位置确定。
20.通过根据供水的管道半径、管道位置确定压力阈值，从而根据管道的情况进行压力阈值的调整，使得整体的阈值设定能够与具体的实际情况相结合，进一步提升了阈值设定的科学性。
21.进一步的技术方案在于，所述第四时间阈值小于第一时间阈值，第一时间阈值小于第三时间阈值，所述第一时间阈值、第三时间阈值、第四时间阈值根据供水的管道半径、管道位置确定。
22.通过根据供水的管道半径、管道位置确定时间阈值，从而根据管道的情况进行时间阈值的调整，使得整体的阈值设定能够与具体的实际情况相结合，进一步提升了阈值设定的科学性。
23.进一步的技术方案在于，还包括第五时间阈值，当水流流量在第五时间阈值内的水流流量变动量大于第二流量阈值时，此时判定所述流量测量模块存在异常，不再发出所述流量异常信号。
24.通过设置第二流量阈值，当在第五时间阈值内的的流量变动量大于第二流量阈值，从而判定此时的流量测量模块存在异常，从而防止由于流量测量模块在存在异常的情况下，导致的信号误报问题，进一步提升了整体的可靠性。
25.进一步的技术方案在于，所述第五时间阈值小于第二时间阈值，所述第一流量阈值小于第二流量阈值，所述第二时间阈值、第五时间阈值、第一流量阈值、第二流量阈值均根据供水的管道半径、管道位置确定。
26.通过根据供水的管道半径、管道位置确定流量阈值和时间阈值，从而根据管道的情况进行流量阈值和时间阈值的调整，使得整体的阈值设定能够与具体的实际情况相结合，进一步提升了阈值设定的科学性。
27.进一步的技术方案在于，所述泄露信号监测模块将所述泄露信号进行频谱分析，得到所述泄露信号的频谱图，并将所述频谱图送入到所述基于gwo-densenet算法的分类模型确定是否存在泄露。
28.通过采用基于gwo-densenet算法的分类模型实现对泄露信号的分类判断，与采用cnn算法的分类模型相比，densenet中的密集连接还可以缓解梯度消失的问题，可以更强化特征传播和特征的复用，并减少了参数的数目，所需的内存和计算资源更少，并达到更好的性能。
29.进一步的技术方案在于，所述gwo-densenet算法为采用gwo算法对所述densenet算法的权值和隐含层数量进行寻优。
30.通过对采用gwo算法对所述densenet算法的权值和隐含层数量进行寻优，从而进一步提升了整体的分类效率，提升了整体的预测效率。
31.进一步的技术方案在于，所述分类结果分为三种，正常，轻微泄露，严重泄露。
32.通过将泄露结果分为三类，从而不会因为存在泄露而进行维修，根据泄露的具体情况采用相对应的措施，当存在轻微泄露时，可以通过降低压力监测模块的压力阈值和/或降低流量测量模块的流量阈值的方式，提高判断的灵敏度，当存在严重泄露时，需要立即进行检修，从而进一步提升了分类的科学性，进一步降低了由于故障导致的停水问题的出现。
附图说明
33.通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
34.图1是根据实施例1的一种智能水务中基于数据聚集的监测装置的构成图。
35.图2是根据实施例1的泄露判断的流程图。
具体实施方式
36.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
37.用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
38.随着城市进程的不断加快，水资源的紧张局势不断恶化，如何有效应对水资源危机，已经成为一个国家在经济发展中必须面临的重大课题。据统计，截止到2015年，我国供水管网的总长度达到71.0万公里，占市政管网的首位,并且以每年3万多公里的建设速度增长。但是，由于我国相当数量管网使用年限都在30年以上，部分管段甚至50年仍在服役，所以我国的管网腐蚀问题突出，跑、冒、滴、漏现象十分严重。管网漏损会引起管网水压下降，为了正常供水，则需要额外增加供水水压，这样不仅增加了能源的损耗，而且会使泄漏更加严重，形成恶性循环，造成更大的资源浪费。
39.在论文《供水管网泄漏监测系统研究》中作者嵇尚尚通过对泄漏信号进行时域分析、频域分析、时频联合分析，得出了供水管道背景噪声信号及泄漏信号的频域特征。为了实现对泄漏信号特征提取，提出一种基于小波去噪时延估计供水管网漏点定位方法，利用matlab工具箱中阈值函数获取消噪阈值，对信号进行小波分解，其次采用带通滤波器对去噪后的信号进行滤波，将处理后的信号进行时延估计确定漏点位置，但是在供水领域，由于监测装置分布在供水管道上，采集供水的压力、温度、ph值、余氯、浊度等，无便利的供电措施，一般采用蓄电池等方式进行供电，而且供水管道一般都处于正常状态，若实时进行频谱分析，会造成极大的电能浪费，不利于整体装置的稳定运行，且仅依靠频谱分析对管道泄露进行分析，准确率不高。
40.实施例1
41.为解决上述问题，根据本发明的一个方面，如图1所示，提供了种智能水务中基于数据聚集的监测装置。
42.一种智能水务中基于数据聚集的监测装置，其特征在于，具体包括：
43.压力监测模块，供电模块，流量测量模块，泄露信号监测模块；
44.其中所述压力监测模块负责对管道中的水流压力进行监测，并当所述水流压力在第一时间阈值内的压力变动量大于第一压力阈值后，生成压力异常信号，并将所述压力异常信号传输给流量测量模块；
45.所述供电模块负责为所述压力监测模块、流量测量模块、泄露信号监测模块提供
电能；
46.所述流量测量模块负责对管道中的水流流量进行监测，并当接收到所述压力异常信号后，判断水流流量在第二时间阈值内的水流流量变动量大于第一流量阈值时，输出流量异常信号，并将所述流量异常信号传输至泄露信号监测模块；
47.所述泄露信号监测模块当接收到所述流量异常信号进行开启，并对所述管道中的水流泄露信号进行监测，采用基于gwo-densenet算法的分类模型确定管道是否存在泄露。
48.具体举个例子，当压力在1分钟内的压力变动量为50mpa，此时第一压力阈值为40mpa，此时压力监测模块输出压力异常信号，当流量测量模块接收到压力异常信号后，测量得到的1分钟内的水流流量变化量6t，第一流量阈值为5t，此时流量测量模块输出流量异常信号，当泄露信号监测模块得到流量异常信号，开始对水流异常信号进行监测，基于监测结果通过分类模型确定是否发生泄露，若预测结果为泄露，此时输出预测结果给监测人员。
49.通过采用压力监测模块首先对第一时间阈值内的压力变动量出现异常时，发出压力异常信号，当流量测量装置接收到压力异常信号后，分析第二时间阈值内的流量变动量是否存在异常，当存在异常时，输出流量异常信号，并将所述流量异常信号传输至泄露信号监测模块，泄露信号监测模块在得到流量异常信号之后，开始对泄露信号进行监测，并通过基于gwo-densenet算法的分类模型判断是否存在泄露，从而解决了原先实时进行频谱分析造成的极大的电能浪费，不利于整体装置的稳定运行问题，通过结合压力和流量测量结果的基础上，适时开启泄露信号监测模块，使得进一步节省了电能，并促进了监控装置的稳定运行，且解决了依靠频谱分析对管道泄露进行分析，准确率不高的问题，通过压力、流量、频谱泄露信号三方面因素的综合考量，进一步提升了判断的精度。
50.通过采用所述水流压力在第一时间阈值内的压力变动量大于第一压力阈值后，生成压力异常信号，从而避免了由于突然的异常信号导致的错误生成压力异常信号的问题，进一步提升了压力监测模块输出信号的可靠性以及稳定性，通过流量测量模块接收到所述压力异常信号后，判断水流流量在第二时间阈值内的水流流量变动量大于第一流量阈值时，输出流量异常信号，从而避免了由于于突然的异常信号导致的错误生成压力异常信号的问题，进一步提升了压力监测模块输出信号的可靠性以及稳定性，同时当接收到压力异常信号后再进行判断，从而进一步节省了流量测量模块的电能，促进了装置的稳定性，通过采用泄露信号监测模块当接收到所述流量异常信号进行开启，并对所述管道中的水流泄露信号进行监测，通过分步骤，当满足条件后再进行泄露信号监测模块的开启，从而进一步的降低了装置的耗电量，使得整体的装置的稳定性进一步提升，并将压力、流量、泄露信号三方面结合到一起，对管道泄露情况进行评估，从而进一步提升了最终判断的精确性。
51.在可能的另外一种实施例中，还包括第二压力阈值，当所述水流压力在第一时间阈值内的压力变动量大于第二阈值，且压力的持续时间大于第三时间阈值，此时产生压力异动信号，并将所述压力异动信号传递给所述泄露信号监测模块，使所述泄露信号监测模块开启，判断管道是否存在泄露。
52.举个例子，当1分钟前的压力为100mpa，此时的压力为190mpa，1分钟内的压力变动量为90mpa，第二压力阈值为60mpa，此时大于第二压力阈值，且压力变动量为90mpa的压力即190mpa的持续时间大于2分钟，此时需要输出压力异动信号给泄露信号监测模块，使其立马开启监测。
53.通过设置第二压力阈值，从而避免了由于产生过大的泄露导致的判断步骤过长导致的巨大的供水的浪费，能够在第一时间发现管道泄露，在保证稳定可靠的判断结果的基础上，再次提升了判断的灵敏性，并通过采用第一时间阈值内的压力变动量大于第二阈值，且所述压力变动量大于第二阈值的压力的持续时间大于第三时间阈值，只有当变动量的维持时间大于一定的时间后，在判定存在问题，保证了整体判断精度的稳定和可靠性。
54.在可能的另外一种实施例中，还包括第三压力阈值，当所述水流压力在第四时间阈值内的压力变动量大于第三压力阈值，此时判定所述压力监测模块存在异常，不再发出所述压力异动信号或者压力异常信号。
55.举个例子，当20s内的压力变动量大于200mpa，第三压力阈值为100mpa，此时确定压力监测模块存在异常。
56.通过设置第三压力阈值，当在第四时间阈值内的的压力变动量大于第三压力阈值，从而判定此时的压力监测模块存在异常，从而防止由于压力监测模块在存在异常的情况下，导致的信号误报问题，进一步提升了整体的可靠性。
57.在可能的另外一种实施例中，所述第一压力阈值小于第二压力阈值，所述第二压力阈值小于第三压力阈值，所述第一压力阈值、第二压力阈值、第三压力阈值根据供水的管道半径、管道位置确定。
58.通过根据供水的管道半径、管道位置确定压力阈值，从而根据管道的情况进行压力阈值的调整，使得整体的阈值设定能够与具体的实际情况相结合，进一步提升了阈值设定的科学性。
59.在可能的另外一种实施例中，所述第四时间阈值小于第一时间阈值，第一时间阈值小于第三时间阈值，所述第一时间阈值、第三时间阈值、第四时间阈值根据供水的管道半径、管道位置确定。
60.通过根据供水的管道半径、管道位置确定时间阈值，从而根据管道的情况进行时间阈值的调整，使得整体的阈值设定能够与具体的实际情况相结合，进一步提升了阈值设定的科学性。
61.在可能的另外一种实施例中，还包括第五时间阈值，当水流流量在第五时间阈值内的水流流量变动量大于第二流量阈值时，此时判定所述流量测量模块存在异常，不再发出所述流量异常信号。
62.举个例子，当10s内水流流量变化量为30t，第二流量阈值为25t，此时确定流量测量模块存在异常，不再发出所述流量异常信号。
63.通过设置第二流量阈值，当在第五时间阈值内的的流量变动量大于第二流量阈值，从而判定此时的流量测量模块存在异常，从而防止由于流量测量模块在存在异常的情况下，导致的信号误报问题，进一步提升了整体的可靠性。
64.在可能的另外一种实施例中，所述第五时间阈值小于第二时间阈值，所述第一流量阈值小于第二流量阈值，所述第二时间阈值、第五时间阈值、第一流量阈值、第二流量阈值均根据供水的管道半径、管道位置确定。
65.通过根据供水的管道半径、管道位置确定流量阈值和时间阈值，从而根据管道的情况进行流量阈值和时间阈值的调整，使得整体的阈值设定能够与具体的实际情况相结合，进一步提升了阈值设定的科学性。
66.在可能的另外一种实施例中，所述泄露信号监测模块将所述泄露信号进行频谱分析，得到所述泄露信号的频谱图，并将所述频谱图送入到所述基于gwo-densenet算法的分类模型确定是否存在泄露。
67.通过采用基于gwo-densenet算法的分类模型实现对泄露信号的分类判断，与采用cnn算法的分类模型相比，densenet中的密集连接还可以缓解梯度消失的问题，可以更强化特征传播和特征的复用，并减少了参数的数目，所需的内存和计算资源更少，并达到更好的性能。
68.在可能的另外一种实施例中，所述gwo-densenet算法为采用gwo算法对所述densenet算法的权值和隐含层数量进行寻优。
69.通过对采用gwo算法对所述densenet算法的权值和隐含层数量进行寻优，从而进一步提升了整体的分类效率，提升了整体的预测效率。
70.在可能的另外一种实施例中，所述分类结果分为三种，正常，轻微泄露，严重泄露。
71.通过将泄露结果分为三类，从而不会因为存在泄露而进行维修，根据泄露的具体情况采用相对应的措施，当存在轻微泄露时，可以通过降低压力监测模块的压力阈值和/或降低流量测量模块的流量阈值的方式，提高判断的灵敏度，当存在严重泄露时，需要立即进行检修，从而进一步提升了分类的科学性，进一步降低了由于故障导致的停水问题的出现。
72.在本发明实施例中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可折卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
73.本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明实施例的限制。
74.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一个优选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
75.以上仅为本发明实施例的优选实施例而已，并不用于限制本发明实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。