云岡溝供水系統(tǒng)為供水分公司三大供水系統(tǒng)之一，主要負責馬脊梁礦、四臺礦、云岡礦、晉華宮礦、忻州窯礦、煤峪口礦等用戶的生產(chǎn)、生活用水，日供水量約2.5萬m³，2021年上半年日供水漏損率約15%。由于該趟管線大部分位于采空區(qū)上方，地質(zhì)塌陷嚴重，造成管網(wǎng)爆管事故頻發(fā)，且大部分都是暗漏事故，無法及時發(fā)現(xiàn)搶修，導致爆管水多次滲入井下工作面，對井下開采造成了安全隱患，且造成水資源浪費嚴重，每年損耗水量約130萬m³，每年經(jīng)濟損失約900萬元。正是基于礦區(qū)供水安全、漏損治理的需求，開展無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應用，現(xiàn)在相關經(jīng)驗與供水同行分享。

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2.1礦區(qū)供水管網(wǎng)環(huán)境惡劣

礦區(qū)供水管網(wǎng)與城市供水管網(wǎng)有著本質(zhì)的區(qū)別，礦區(qū)的供水管網(wǎng)地形條件復雜，遠離市區(qū)，礦區(qū)各供水系統(tǒng)之間很難互相補充和調(diào)配，加上長期地下開采，地下水資源面臨枯竭?？梢姡?jié)能降耗，控制漏損工作都勢在必行。由于，距離遠、交通不便，夜間檢漏受到礦區(qū)各種因素的影響，風險極大。所以，管網(wǎng)檢漏和安全排查工作很難做到實時監(jiān)測和跟蹤。

2.2 井室深、間距大

礦區(qū)供水管網(wǎng)地處嚴寒地區(qū)，井室深、間距大，電力通訊線纜錯綜復雜，環(huán)境和交通噪聲大，嚴重影響管網(wǎng)檢漏工作。加上礦區(qū)重載車輛多，道路負荷大、地基沉降嚴重，增加了供水管網(wǎng)故障的概率。日常的人工巡查，無論巡檢頻次，還是巡檢及時性，根本無法保障供水管網(wǎng)的安全。

2.3 管網(wǎng)腐蝕老化嚴重

礦區(qū)的供水管網(wǎng)大多數(shù)建于上世紀70年代，超年限服役，腐蝕老化嚴重，且資金投入少、更新改造難度大，嚴重影響了礦區(qū)的正常生產(chǎn)的生產(chǎn)、生活用水，供水安全也受到影響。

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3.1守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)原理

無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)是由專業(yè)噪聲處理軟件、CPU處理器和接收器、噪聲記錄儀、通訊天線等五部分構成。其原理是利用編程軟件設置好噪聲采集時間后，將噪聲采集傳感器布設在管網(wǎng)上實時采集泄漏噪聲，然后通過車載模式沿著管線上方激活噪聲傳感器，接收每個噪聲傳感器聲音信號至噪聲接收系統(tǒng)上，經(jīng)過高級聲音處理辨識技術和頻譜處理技術對噪聲報警信號處理、判斷、定位漏點。

 無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)構成圖

該系統(tǒng)通過雙工無線通訊技術，對噪聲傳感器編程、激活噪聲傳感器上傳數(shù)據(jù)，同時又可以對噪聲傳感器發(fā)送指令，全天24小時自由、靈活的設定噪聲傳感器采集時間，實時、采集、上傳、報警、定位漏點，徹底解放了檢漏人員勞動強度和工作時間，使管網(wǎng)漏損治理工作實現(xiàn)了無人值守監(jiān)控。

3.2 噪聲傳感器設定、安裝、布控和調(diào)試

（1）對噪聲傳感器編程設定監(jiān)控時間

由于，礦區(qū)周邊噪聲環(huán)境大，白天礦區(qū)用水量大，很容易造成噪聲干擾。因此，研究人員根據(jù)礦區(qū)夜間用水量少、環(huán)境、交通噪聲校的條件，設定噪聲傳感器在夜間02：00～04：00之間采集管網(wǎng)泄漏噪聲，減少和避免外界環(huán)境噪聲的影響。

噪聲傳感器現(xiàn)場安裝圖

（2）現(xiàn)場勘察、確定布控位置

為了滿足噪聲傳感器布控條件、環(huán)境和距離，研究人員結合管網(wǎng)礦區(qū)供水管網(wǎng)GIS圖紙，沿著管線現(xiàn)場踏勘和測量，與圖紙逐一核對井深、間距、管材、管徑等管網(wǎng)屬性資料，并及時標記，確認井室的間距是否滿足噪聲傳感器布控距離，確定是否需要開挖測點。同時，采用無線電干擾測量儀測量布控閥井位置是否存在無線電、強磁信號的干擾。現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)匯總一覽表。

通過現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，涉及鑄鐵管材的管段，井室最大間距220m已經(jīng)接近噪聲傳感器的最大監(jiān)控距離250m，且井深超過2m，井蓋上孔眼被堵死，周邊有變壓器信號的干擾，傳感器信號傳輸受影響。

根據(jù)現(xiàn)場試驗的結果，結合泄漏噪聲傳播、衰減的特性，又對干擾大兩個位置開挖了測點，優(yōu)化布控間距120m。

（3）調(diào)試、試運行

噪聲傳感器和系統(tǒng)安裝完畢，進入系統(tǒng)調(diào)試階段。由于礦區(qū)構筑物多，井子深、管線周邊供電設施、線路交叉復雜，對無線電信號的干擾嚴重。在噪聲傳感器安裝完畢后，采用接收機逐一測試信號，檢查通訊信號是否通暢、噪聲采集是否正常。檢查調(diào)試內(nèi)容包含：

（a）通訊信號傳輸是否正常；

（b）噪聲數(shù)據(jù)采集是否正常；

（c）根據(jù)傳輸信號、噪聲采集的情況，調(diào)整傳感器安裝位置；

再次檢查和調(diào)試，確保信號傳輸、噪聲采集正常。

（d）拓撲關系是否清晰；

（e）報警閾值設置是否合理

在調(diào)試和試運行過程中，存在信號傳輸不穩(wěn)定、中斷以及噪聲傳感器通訊正常、但不報警的情況。于是研究人員利用無線干擾測量儀檢測后，不報警主要問題是噪聲傳感器報警閾值設定不合理，需根據(jù)不同管材進一步分析和測試。

（4）重新設定報警閾值

系統(tǒng)報警閾值設定通常固定，在調(diào)試初期未根據(jù)不同的管材、壓力、管徑以及漏口尺寸，形狀、漏量大小等因素，優(yōu)化、設定噪聲傳感器報警閾值，導致個別噪聲傳感器不報警。報警閾值設定太高，輕微滲漏分貝值未達到報警閾值不報警；反之，報警閾值設置太低，又會導致誤報。由此懷疑報警閾值設定不合理。

研究人員經(jīng)過反復測試和研究，根據(jù)不同的管材、管徑，重新調(diào)整和設定噪聲傳感器報警閾值。同時，調(diào)整了噪聲傳感器布控的距離，確保噪聲傳感器能夠采集到噪聲信號。報警閾值設定見下圖。

報警閾值設定完畢后，研究人員再次進行了測試、檢查，發(fā)現(xiàn)所有噪聲傳感器通訊、聲音信號傳輸都運行正常。至此，無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)進入正式監(jiān)控。

（5）噪聲報警數(shù)據(jù)分析和研究

研究人員根據(jù)每日噪聲傳感器上傳的報警數(shù)據(jù)，按不同顏色、噪聲分貝值進行綜合分析和判斷。不同顏色代表不同的泄漏狀態(tài)，“紅色”代表有泄漏；“黃色”代表可能有些泄漏；“綠色”代表無泄漏。系統(tǒng)軟件按不同顏色區(qū)別泄漏的等級。研究人員根據(jù)泄漏噪聲報警數(shù)據(jù)，在分析泄漏噪聲頻譜和噪聲數(shù)據(jù)連續(xù)性、穩(wěn)定性進一步判斷報警信號的真實性，然后根據(jù)GIS坐標信息和數(shù)據(jù)測量噪聲傳感器之間距離，輸入相關參數(shù)后，系統(tǒng)進行定位分析漏點的位置。

統(tǒng)計概率算法計算泄漏噪聲報警平均值。噪音數(shù)據(jù)間斷或瞬間報警值高通常被視為干擾噪聲，而報警數(shù)據(jù)分貝值是持續(xù)、穩(wěn)定報警分貝值才會視為泄漏噪聲，確保了泄漏噪聲報警數(shù)據(jù)可靠性。統(tǒng)計概率分析圖如下：

3.3 無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)應用成果

從無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)投入云崗溝供水系統(tǒng)應用以來，無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)先后4處報警，經(jīng)開完驗證，1處誤報、3處暗漏點，最大一處暗漏點的修復后，榮華皂至四臺分水站的供水量由原來的1.2萬m3/d提高到了1.05萬m3/d,日均挽回水量約1500 m³，公司年減少漏水量約54.75萬m³。

（2）偏差分析

盡管，無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)定位到了3處暗漏，但開挖驗證精度都出現(xiàn)不同程度的偏差。通過研究數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)偏差原因主要：

①噪聲傳感器坐標位置和GIS系統(tǒng)坐標位置存在偏差；

泄漏位置的計算是基于傳感器之間的距離，并根據(jù)GIS系統(tǒng)提供的管道段的坐標計算。通過將實際泄漏位置映射回GIS，并找到實際泄漏坐標與預測泄漏坐標之間的距離，計算出泄漏定位誤差。

②折點和拐點距離未統(tǒng)計在實際距離范圍內(nèi)；

③管材聲音傳播速度與系統(tǒng)設定的標準聲速存在偏差；

由此可見，泄漏位置偏差是客觀存在，也是無法避免的。研究人員需根據(jù)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)定位的漏點位置，結合GIS坐標、詳細的管線資料和圖紙修正其數(shù)據(jù)或通過其他檢漏設備驗證才能減少泄漏點位置偏差。

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總之，在國家大力開展“漏損治理試點城市”的大背景下，未來“無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)”將會成為管網(wǎng)漏損控制的主流，形成系統(tǒng)、健全、完善的管網(wǎng)滲漏體系，為管網(wǎng)漏損治理工作科學、智能的管控打下了堅實的基礎。盡管，無人值守泄漏系統(tǒng)在泄漏預警、漏點定位上還存在算法上的改進和提升，但隨著科技發(fā)展、技術進步、無人值守泄漏監(jiān)控系統(tǒng)技術成熟，一定會成為未來漏控治理的主流方向。