供水管道泄漏檢測技術及應用策略研究

【摘要】供水管道是關系到國計民生的重要設施，在供水的過程中泄露是一個常見的問題，基于互相關法式微泄漏噪音檢測技術是先進的供水泄漏檢測技術，本文以此為重點，對于供水公司在實際工作中的運用進行探討分析，以供參考借鑒。

【關鍵詞】供水管道；泄露；噪音檢測；技術應用

水是稀缺的自然資源，水資源匱乏已讓節水成為一個全球話題。但每年還是會因為供水管道的泄露造成龐大的水資源損失，歐美等國家的管網泄漏率平均達到了12.31%，亞洲國家也大多在10%左右徘徊。這使得供水管網的泄漏檢測必須盡快找到先進而科學的管理辦法，使水資源成為人類共同的財富。

一、傳統檢測技術概述

傳統的管道泄漏檢測方法主要利用的是聲學原理，聽音棒、漏水探測儀等是主要的使用設備，把這些設備和管網外露的部分進行接觸，用聽覺詳加辨析設備震動的聲音，從而判斷出這些管道是否泄露。深藏在管道內的閥門、水表等等也可以利用漏水探測儀進行聲音的捕捉，從而判斷運行狀況。但是這種方法較為簡陋，僅憑檢測人員的耳朵非常容易造成誤差，而且隨著人流車流的干擾，誤差率會急劇增加，超過50Hz的頻率，人的耳朵就已經分不出信號的差別，因此，傳統方法的局限性越來越大，逐漸退出了供水管道泄漏的檢測工作。

二、泄漏噪聲互相關分析檢測技術

20世紀80年代，國外的研究人員開始在供水管道領域中實驗泄漏噪聲的化相關分析技術，取得了較好的反饋，近年來，國外針對泄漏的檢測集中在管道材質方面，采用的數據分析處理技術，把互相關函數的計算歸并進去，大大提高了驗算的準確性。國內引入之后，又做了進一步優化。

（一）互相關的定義

互相關指兩路信號之間的相似性。因為兩路信號的時間不同步，會造成一前一后兩個數值，利用這兩個數值的相關函數，需要進行幅值和極性的計算，把數值之間的延遲量△T分離出來，然后進行相關性的計算與判斷

T1 =L1/V，T2 =L2/V，

因為△T=T1-T2 =（L1 -L2）/V，L1=D-L1，△T=（D-2L1）/V

所以，L1=（D-V·△TV）/2

在這里，T1表示傳感器1收到信號的時間，T2表示傳感器2收到信號的時間，D表示空間中兩個傳感器之間的距離，△T是兩個信號之間的時間延遲，即峰值時的時間。V指管道內的聲波的傳播速度，它和管道的半徑有著直接的聯系。

（二）漏水噪聲監測設備的構成

漏水噪聲監測設備是由聲音的傳感器、無線信號的發射器、無線信號的接收器、數據的處理模塊等部分組成。檢測設備會放在被測管道的兩個重要節點來收集信號。如消防栓、閘閥等。噪聲信號通過聲音的收集，將傳感器的距離、信號延遲的時間、聲音在管道中傳播的速度等等計算出來，就可確定管道的泄露位置。

三、LeakFinder的運用

掌握了泄漏噪聲互相關的分析原理之后，各國的科學家不斷改進這項技術，目前使用最為廣泛的是LeakFinder技術，在互相關分析檢漏原理之上，又加入了信號的處理與分析檢測軟件。這是一種給予互聯網技術的更加精密的方法。它在計算機上安裝了聲卡不及能夠反映出漏水的情況，還能記錄與重復播放漏水的噪音信號。這個信號隨即被高強度的計算設備進行了詳細的定位，所有的傳感器、感應點、信號調整模塊等等都被納入到這個完整的系統中，使計算的精度進一步加強。

LeakFinder主要由數據采集模塊 、信號調制模塊、頻譜分析模塊、輸出模塊組成。它們在工作中各司其職，發揮著獨立而緊密的功能。

（一）數據采集模塊

傳感器是一個介質，一面不斷的收集各種各樣的信號，一面把收集到的信號轉化成為數據發送到計算機上，然后經過 A/D 轉換和分析處理后，數據就成為標準的wav和ASCII格式，并被保存下來。計算機的聲卡不斷的記錄，也可以無限重復的播放，從而確定漏水的位置。用戶在采集數據的參數時，可以自定義這個參數，包括采樣的頻率、如何記錄這些聲音、熟知的分辨率是多少、記錄的時間段等等。雖然可以調控的因素比價多，但是經過多次反復實驗，能夠確定最佳參數指標，采樣的頻率在11025Hz至44000Hz之間，把分辨率設置在16位上，并且可以靈活的進行A/D之間的轉換，單聲道和立體聲之間也可互相轉換，記錄的時間大約在30-60秒。

（二）信號調制模塊

在大多數的情況下，互相關泄露分析噪聲技術必須把振幅過高、波段過窄的噪音剔除掉，不讓他們和互相關峰值中對應的某些內容發生背離。在信號的調制模塊中，用戶可自行定義頻率范圍，或讓它們定義在一個高通的位置，或定義在一個低通的位置，總之是將干擾的信號控制到最低。有些情況下還會采用信號濾波的方法，如前值濾波、后值濾波等，最大成都的攔截干擾信號。事實證明，前值濾波的效果要比后值濾波好。

（三）頻譜分析模塊

這是一個可讓用戶自行定義噪音喜好的參數和濾波的墨塊。材質不同的管道、距離不同的傳感器，任何一個微小因素的變化都讓頻率的變化千差萬別。例如在塑料的管道中，噪音信號的振幅小，頻率范圍窄，這時的高通頻率要設置在50Hz-100Hz之間。金屬管道的干擾信號較多，應該把頻率設置在200Hz-800Hz之間，對頻譜的分析讓我們又進一步細化出自動分析、相關分析和互相關分析三種方法。

（四）輸出模塊

噪音信號的自動頻譜、相關分析、互相關分析都可運用曲線圖來清晰表明它們之間的關系。曲線圖可更加清楚的表現出聲音的延遲、設備的泄漏的情況。設備的管徑、管深、漏點的類型、大小等等也被包含在其中。但是有一點是一致的，那就是管徑越大信號衰減越快，金屬的衰減速度快于塑料的。所以該方法還能對金屬材質的泄漏速度進行一些緩解，使其和塑料可以同步優化，進一步減小計算的誤差和干擾因素。

結語：

基于互相關法的泄漏檢測技術在推廣過程中得到了不斷的完善，這也讓這一方法的優越性被充分的挖掘出來。有研究數據表明，該方法的精度可以達到90%以上，而且無論是什么樣的材質，都能取得較高的競速，可見其適用性是極為廣泛的，值得推廣應用。

參考文獻：

[1]馬力輝，崔建國.城市供水管網漏損探討[J]山西建筑； 2003 ， 29 （2） ：90-91

[2]趙文庫城市供水管網施工及漏損防治策略[J]工程技術：引文版 ， 2016 （4） ：74.

作者簡介：劉小玲，女，廣東東莞，助理工程師，從事供水管道維修與測漏。