基于城市供水SCADA系统的管网泄漏检测及其定位研究

论文摘要

供水管网检漏技术一直是困扰供水行业的一项难题。目前,国内外很多企业及科研机构都在进行管网检漏技术的研究,但都存在投资大,算法复杂,精度低,难见效益的现象。本文首先介绍了现阶段国内外的供水管网泄漏检测现状及城市供水SCADA系统研究发展的历史,指出目前供水SCADA系统存在的不足之处、改进措施以及今后发展的方向,并且详细阐述了城市供水SCADA系统的功能、组成和建立。供水系统状态数据的正确采集对SCADA系统的合理调度起着举足轻重的作用,它不仅关系到SCADA系统能否正确实时地了解和监控供水系统的运行状态,而且在很大程度上影响了SCADA系统的投资成本和运行的可靠性与正确性。因此,本文在第一部分研究的是城市供水SCADA系统中监测点的优化布置,主要是供水管网中压力监测点优化布置,提出基于反映管段泄漏量变化的测压点的布置方法,并通过模拟的供水管网予以论证。文章第二部分论述了城市供水SCADA系统消噪的重要性,介绍了小波变换进行信号消噪的特点和方法。对SCADA系统压力信号消噪的仿真实验表明,小波变换可以有效地去除信号中的噪声,从而还原供水管网真实的水力状态。文章第三部分提出了城市给水管网故障实时诊断的一个快速、有效的方法。通过实时监测供水管网中监测点的水压变化,利用人工神经网络技术来诊断故障的位置。最后,以一个小型供水管网为例子对方法进行了验证,并就实际应用中的几个问题进行了讨论。文章最后指出,如果在泄漏管段两端安装有压力监测仪的情况下,可以利用负压波法对泄漏点发生的位置进行精确的定位。整篇文章建立起一套关于供水管网泄漏点定位的研究构架,对城市供水管网检漏的工程实践具有一定的理论指导意义,因而具有较为广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 给水管网的漏失状况
• 1.2 管道泄漏检测与定位方法的基本原理与性能分析
• 1.2.1 管道泄漏检测与定位系统的性能指标
• 1.2.2 管道泄漏检测与定位方法
• 1.3 国内外管道泄漏检测技术发展状况
• 1.3.1 基于硬件的方法
• 1.3.2 基于软件的方法
• 1.4 课题的背景及研究内容
• 1.4.1 课题的背景
• 1.4.2 课题的研究内容
• 第2章 城市供水SCADA系统简介
• 2.1 城市供水SCADA系统的功能及组成
• 2.1.1 城市供水SCADA系统的功能
• 2.1.2 城市供水SCADA系统的组成
• 2.2 城市供水SCADA系统发展的历史与趋势
• 2.2.1 城市供水SCADA系统发展历史简介
• 2.2.2 当前城市供水SCADA系统存在的主要问题及解决措施
• 2.2.3 城市供水SCADA的发展趋势
• 2.3 城市供水SCADA系统的建立
• 2.3.1 城市供水SCADA系统设计原则
• 2.3.2 城市供水SCADA系统的结构设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 城市供水SCADA系统水压监测点的优化选择
• 3.1 概述
• 3.2 基于反映管段泄漏变化的压力监测点的优化选址
• 3.2.1 影响系数
• 3.2.2 影响矩阵的模糊聚类化
• 3.2.3 计算实例
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于小波分析的城市供水SCADA系统的信号消噪
• 4.1 信号分析方法概述
• 4.1.1 Fourier变换
• 4.1.2 短时傅立叶变换（STFT）
• 4.1.3 小波变换（WT）
• 4.2 小波降噪的基本原理
• 4.3 基于阈值决策的小波降噪算法的实现
• 4.3.1 小波基的选择
• 4.3.2 阈值的选择
• 4.3.3 噪声标准差σ的估计
• 4.3.4 小波系数硬阈值、软阈值处理
• 4.4 仿真实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于神经网络的供水管网泄漏点的定位研究
• 5.1 神经网络及MATLAB神经网络工具箱的介绍
• 5.1.1 人工神经网络概述
• 5.1.2 BP神经网络
• 5.1.3 MATLAB神经网络工具箱介绍
• 5.2 供水管网模型及其参数
• 5.3 基于神经网络模型的管网泄漏点定位分析
• 5.3.1 管网的泄漏模拟
• 5.3.2 神经网络的训练
• 5.3.3 人工神经网络对泄漏点的定位
• 5.4 本章小结
• 第6章 负压波法在管道泄漏检测中的应用
• 6.1 负压波泄漏检测及定位原理
• 6.1.1 瞬态负压波的产生机理
• 6.1.2 负压波法泄漏检测与定位原理
• 6.2 负压波泄漏检测方法的研究
• 6.2.1 提高Δt 准确性的研究
• 6.2.2 负压波速v的研究
• 6.2.3 压力波波速的计算举例
• 6.3 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录