給水管網配管漏洩監視システム

一、システム概要

給水管網の送水圧力は高く、送水中、バルブが突然開いたり閉じたりするなどの原因で、流速が突然変化し、管の圧力が大幅に変動し、ハンマー効果が発生する。水ハンマーには大きな破壊性がある：圧力が高すぎると、パイプの破裂を引き起こし、逆に、圧力が低すぎるとパイプのぺしゃんこになり、バルブと固定部品を損傷し、給水システムの安全を深刻に脅かしてしまう。

ハンマー効果を低下させ、給水システムの安全を保障するためには、ハンマー防護システムを設置する必要がある。その中には一式が含まれています給水管網配管漏洩監視システムそれはハイドロホン、高周波圧力センサ、データ収集と伝送設備RTUとソフトウェアなどの内容を含み、圧電セラミックスハイドロホンを利用してパイプ上に配置してパイプ網の漏洩ノイズの傍受を行い、音響信号処理の分析を通じて漏洩点の位置と大きさを判断し、定位アルゴリズムとモード識別アルゴリズムを用いて正確に定位する。圧電セラミックハイドロホンは先端センシングとして、配管現場のために先端データ無線ネットワーク伝送技術を自動収集し、配管現場をシームレスにリンクしてデータ収集と制御センターを自動化する。

二、技術パラメータ

1、ハイドロホン

動作周波数範囲：20 Hz～50 kHz

低周波感度：－172 dB Vre：1 V/μPascal

水平指向性：±2.0dB@125kHz

作業深さ：500メートル

動作温度：-40 ~ 80°C

静圧を受ける：68 Bar

低騒音、高耐久性、水に浸漬する必要がある

2、高周波圧力センサ

サンプリング周波数：64/128/256 Hz、分析ニーズに対応

距離：0～300 psia、負圧の監視を満たす必要がある、

精度：≤0.1%FS

応答時間：≤1 ms

電圧：5 V+/-0.5 V

出力信号：0-30/100 mV

動作温度：-40℃～80℃

静圧を受ける：68 Bar

材質：ステンレスセパレータ

防護レベル：IP 68

3、データ収集と転送（RTU）：

RTUは設置と現場の設備であり、電源、データ収集、無線通信などのモジュールを集積した一体化総合端末モジュールであり、現場施工の状況に応じて異なる外形を選択することができる。センサ収集と通信中断内蔵電源変換モジュール、無線通信モジュール、衛星信号受信モジュールは、ハイドロホンと圧力センサに電源を供給し、信号を収集することができ、初歩的な信号分析処理を行った後、無線ネットワークを通じて監視センタサーバに送信することができる。

アナログ入力6チャンネルは0-5 V/0-20 mA/4-20 mAに接続可能

サンプリングビット数16ビットでオーディオを取得可能

サンプリングレートの最高100 kHzレートは、無線通信4 Gが2 G/3 Gを下向きにカバーし、SIMカードインタフェースがあり、光ファイバ通信、シリアルポートサーバをサポートし、profinetなどの汎用イーサネットプロトコルをサポートする。

有線通信RS 485 2ウェイ、MODBUS対応

オートキャリブレーション時のGPS/北斗精度1 pps

内蔵電池リチウム電池は外部電源が故障した後、現場設備の運行を満たし、少なくとも1月の外部電力供給9-36 V DCは太陽光電力供給装置の出力電圧を満たし、外部電力供給：12 VDC、ソフトウェアを通じて自動的に内蔵電源を切り替える。

4、監視ソフトウェア

（1）システム基本機能

システム基礎インタフェース

システムの底面には基礎地理情報レイヤーデータを採用し、基礎地理情報レイヤーの上にパイプネットワークデータ、サイトデータなどのレイヤーをロードし、地図展示に基づく情報システムを実現する。

システムは地図操作に基づく基礎ツールを提供し、地図をドラッグ、スケールすることができる。

システムは管網データをロードする機能を提供し、ロードされた管網データは管齢、管材、口径などの属性に応じて異なる色で区別し、システム上で展示することができる。パイプラインの詳細を表示するには、パイプラインセグメントをクリックします。

システムはバルブ、ノードをロードする機能を提供します。ロードが完了したら、選択して施設の詳細を表示できます。

システムは監視サイトをロードする機能を提供し、マウスまたは投げ縄ツールで選択することができます。

データ照会機能

マウスで選択するか、ラッソツールを使用して選択すると、選択されたサイトのデータクエリーウィンドウがポップアップ表示され、データフィルタを使用して、クエリーするデータ型（例：圧力、ソナー、デバイス電圧など）、データ日付期間、データ解像度がフィルタされます。

システムは1つの図形化のデータ展示ツールを提供して、選別したデータを曲線、ヒストグラムなどの方式で展示することができて、同じデータ展示ウィンドウは複数のデータタイプのデータを重畳することができて、それによって分析者がデータを組み合わせて分析するのに便利です。

データグラフィックス表示ツールは、曲線ドラッグ、データ解像度選択、クエリー日付範囲選択、グラフィックス変換などのツールを提供します。

（2）システムアラーム機能

アラーム表示

システムは完全に自動化された警報ツールを提供し、システムは一連の機械学習とデータ分析を通じて、管網上の異常なデータイベントを警報の形式で監視員にフィードバックし、監視員はシステムから与えられた警報情報と実際の管網運営状況を結合して警報情報を評価し、最短時間で漏洩、爆発管及び管網圧力の瞬間変化などの異常状況を発見し、介入する。

アラームタイプは主に以下の3種類に分けられ、同時にデータの状況に応じてリスクを低レベル、中レベル、高レベルと定義する。また、各アラームモジュールにアラーム解析ツールを提供します。

1）圧力過渡アラーム：システムが圧力過渡が発生したと判断した場合、システムは過渡が発生した時間と過渡の幅を履歴ライブラリで比較し、その過渡をリスク定義し、例えばリスクが閾値を超えるとアラームを起動する。

2）低周波圧力警報：システムは従来の管網運営圧力履歴データに基づいて対応する時間帯圧力区間を評価し、管網圧力がこの圧力区間より高いか低い場合にこの圧力警報をトリガする。

音響漏洩警報：システムは音響データを評価し、音響エネルギーデータの上昇が増幅閾値を超えたときにこの警報をトリガする。

アラーム解析

圧力過渡警報解析：圧力過渡警報機能は圧力過渡データの図形化分析ツールを提供し、ページ上にそれぞれ過渡曲線図形、低周波圧力曲線図形、圧力区間曲線図形及び圧力イベント分布図形を展示する。複数の圧力過渡曲線を重畳することにより、圧力過渡源の位置決めを実現する。圧力時間分布パターンは、同じ時刻異常値、クリティカル異常値、すべての異常値に分けられ、ドットアレイ方式でグラフィックインタフェースに表示されます。

低周波圧力警報解析：低周波圧力警報機能は圧力過渡データのグラフィカル解析ツールを提供し、ページ上に低周波圧力曲線及び圧力区間シャドウを示す。グラフィックスツールを提供することで、異なるサイトや他の監視データ（音響データなど）を組み合わせたクエリ解析を行うことができます。

音響漏洩警報解析：音響漏洩警報解析システムが音響データを提供するグラフィカル解析ツールが音響データを評価する。音響強度は、グラフ表示ツールを用いてヒストグラムまたは曲線的に表示される。同時に異なる日付と同じ時刻の音響データを提供して比較し、音響データは図形化の方式で展示し、色、曲線、図形を通じて音響特徴を展示して科学的なデータ分析と漏洩判断を実現する。

（3）ソナーデータブラウザ機能

ユーザは、収集されたパイプネットワーク音響データをソナーデータブラウザを介して分析することができる。ソナーデータブラウザには、次の機能があります。

a）異なる日付と同じ時刻の音響データを選別して比較分析することができる。

b）異なるサイトのデータを選別して同じページ内で分析することができる。

c）音響データは図形化の方式で展示し、色、曲線、図形を通じて音響特徴を展示して科学的なデータ分析と漏洩判断を実現する。

d）収集した音響データを再生して監視員を監視することができる解析。

e）漏洩音響が2つのサイトで収集された場合、相関性を通じて音響源を位置決めすることができる。

（4）圧力過渡解析機能

圧力過渡解析モジュールは、管網に発生する圧力過渡を統計し、これらの過渡源を解析し、位置決めするために使用される。圧力過渡解析には次の機能があります。

システムは、統計解析が必要なパイプネットワーク領域と期間を選択するためのフィルタインタフェースを提供します。

システムは統計リストを提供し、瞬変イベントは瞬変幅に基づいて分類統計を行い、同時に管網の平均圧力、管網材質、管網管齢に対して分類統計を行う。

サイトを選択すると、単一サイトの圧力過渡を分析でき、システムはヒストグラム形式で過渡値を表示します。ポイントが単一の過渡値ヒストグラムの上部を選択することにより、過渡を変更する高周波圧力曲線を表示することができ、近隣サイトの高周波圧力曲線を重畳することにより過渡源を分析し、位置決めすることができる。

システムはまた、24時間圧力過渡統計図形（平均圧力過渡、最大圧力過渡、最小圧力過渡、中位圧力過渡）、周圧力過渡統計図形、平日非平日圧力過渡統計図形、圧力過渡分布統計図形、圧力過渡周波数統計図形などの多種の分析図形ツールを提供する。

（5）ネットワークオーバーレイ解析能力

ネットワークオーバーレイ解析モジュールは、単一および複数のセンサを組み合わせた概略的な監視範囲を表示するために使用され、それにより監視員がサイト配置解析および警報範囲解析を行うのを支援する。

システムは上書き結果を無停止色で表示することができ、赤は上書きと監視効果が強く、緑は監視上書きが悪いことを示し、同時に上書きされていないパイプを黒で表示することができる。

（6）漏損イベントライブラリ機能

漏れインシデントライブラリは、発見された漏れ点を記録し、地図にマークを付けることができ、後期のクエリ統計を容易にすることができます。

漏損イベントライブラリには、次の機能があります。

新規欠損イベント：システムは欠損イベントを入力するページを提供し、欠損が発生したイベント、場所、欠損の大きさ、欠損の説明を入力し、地図上で位置決めすることができる。

漏れ点の検索：検索エリアを選択した後、システムは漏れ点のマークを地図上に表示し、ユーザーは漏れ点のマークをクリックして、この漏れ点の詳細情報を見ることができる。

三、使用意義

給水管網配管漏洩監視システム配管の運転状況をリアルタイムで監視する。パイプに漏れが発生した場合、漏れ発生の位置をタイムリーに発見し、確定することができ、それによってタイムリーかつ効果的に応急処理を行うことができ、パイプ漏れによる経済損失を制御し、減少し、明らかな経済効果と社会効果を有する。

このシステムが導入した信号処理、パターン認識と人工知能技術は、パイプライン漏洩監視システムの感度、信頼性と安定性を高め、誤報率を低減し、現在比較的なパイプライン漏洩監視技術であり、海外の設備に劣らない。