一、系統(tǒng)介紹

       近年來國家不斷發(fā)展新基建，隨著新基建投資潮來臨，全國各地大型跨流域引水工程、地表水廠項(xiàng)目也隨之跟上，據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)察院報(bào)告，我們每年均發(fā)生管道漏水事故,而且多集中在用水高峰期及冬春兩季,給各地居民生活造成重大影響，輸水PCCP管道泄漏監(jiān)測(cè)預(yù)警刻不容緩，其中PCCP管道斷絲安全監(jiān)測(cè)、管道壓力監(jiān)測(cè)、管道沉降監(jiān)測(cè)這三方面著手至關(guān)重要，本方案從這三方面的MH-PXL PCCP管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做出闡述。該系統(tǒng)符合《DZT0283-2015地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)規(guī)范》。

二、技術(shù)說明

【1】PCCP管道沉降監(jiān)測(cè)

2.1.1.設(shè)備選型原則

1）、以安全監(jiān)測(cè)為主，首先考慮滿足工程安全監(jiān)測(cè)及安全預(yù)報(bào)所需的物理參量；

2）、監(jiān)測(cè)重點(diǎn)突出、兼顧全面。為了全面反映管道的工作性態(tài)，主要針對(duì)對(duì)管道徑向位移、管道接頭縱向位移、管道接口三向位移和管道接頭的滲漏監(jiān)測(cè)，同時(shí)還兼顧管道覆土壓力和基礎(chǔ)設(shè)施變形監(jiān)測(cè)。對(duì)主要建筑物的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控。

3）、監(jiān)測(cè)設(shè)備的選擇突出長(zhǎng)期性、穩(wěn)定性、可靠性，同時(shí)要求經(jīng)濟(jì)合理；且便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.1. 2  監(jiān)測(cè)說明

1）、管道徑向、縱向位移監(jiān)測(cè)在覆土壓力等豎向荷載作用下，管道容易在地基條件發(fā)生變化或基礎(chǔ)設(shè)施與管道相接部位產(chǎn)生不均勻徑向位移。管道主要推力由管道內(nèi)水壓力產(chǎn)生的靜水推力和由水的動(dòng)量改變而發(fā)生的動(dòng)水離心推力組成，在管道推力的作用下管道會(huì)在接頭處產(chǎn)生平行于管軸線的縱向位移。 管道的徑向位移和縱向位移是反映管道運(yùn)行情況的重要指標(biāo)，因此對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。為掌握管道運(yùn)行期間的變形情況，重點(diǎn)關(guān)注在沿線管道：下穿交通道路、高挖方高填方、地基變化、基礎(chǔ)設(shè)施與管道相接等部位為主要監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行管道變形監(jiān)測(cè)。管道徑向及縱向位移監(jiān)測(cè)采用直線位移傳感器。

2）、周邊土壓力監(jiān)測(cè)

為掌握管道頂部填土的覆土壓力和側(cè)向填土的側(cè)向土壓力，重點(diǎn)選擇在在沿線管道選取下穿交通道路和高挖方高填方監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行管道覆土壓力及基底應(yīng)力監(jiān)測(cè)。土壓監(jiān)測(cè)采用土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)。土壓計(jì)是一種埋入式壓力傳感器，主要用于測(cè)量土石壩、土提、邊坡、路基、擋土墻和隧道等結(jié)構(gòu)物內(nèi)部土體的應(yīng)力，適合長(zhǎng)期自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。傳感器主要部件均用特殊鋼材制造，可在惡劣環(huán)境使用。其性能優(yōu)異，具有良好的精度和靈敏度、高防水性能、耐腐蝕性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等。在完善電纜保護(hù)措施后，可直接埋設(shè)在對(duì)儀器要求較高的碾壓土中

3）、滲壓監(jiān)測(cè)

管道全線有壓。由于內(nèi)水壓力的作用、承插接頭銹蝕、連接橡膠圈圈老化以及不平衡推力產(chǎn)生的接頭過大位移等原因，管道接頭處存在滲漏的可能。為掌握管道接頭密封效果以及監(jiān)測(cè)管道接頭的滲漏情況，重點(diǎn)選?。汗ぷ鲏毫^大、地基變化、埋置深度深的典型斷面布設(shè)滲壓計(jì)和測(cè)壓管，用以監(jiān)測(cè)管道接頭滲漏情況。滲壓監(jiān)測(cè)使用滲壓計(jì)，是一種用于測(cè)量孔隙水壓力或滲透壓力的傳感器，廣泛應(yīng)運(yùn)于大壩、尾礦庫、隧道、路基、邊坡等工程中的地基深層水壓力的測(cè)量，從預(yù)鉆孔壓入至設(shè)計(jì)層面待測(cè)點(diǎn)。產(chǎn)品具有抗干擾能力強(qiáng)、受電參數(shù)影響小、零點(diǎn)。

【2】PCCP管道壓力監(jiān)測(cè)

2.2.1 管道在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能：

(1) 識(shí)別和展示管線壓力瞬變水錘事件（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），在線記錄顯示水錘壓力變化曲線，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并確定壓力瞬變?cè)春投ㄎ唬?/span>

(2) 基于管內(nèi) 3bar 運(yùn)行壓力以上，實(shí)現(xiàn) 300 升/分以上的爆管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，通過時(shí)鐘同步技術(shù)確定爆管位置，精度±50 米范圍；

(3) 壓力瞬變（水錘）分析，結(jié)合供水帶壓管道（GIS）材質(zhì)、管齡、管徑等等參數(shù)，基于現(xiàn)場(chǎng)存在的壓力瞬變強(qiáng)度和數(shù)量，評(píng)估管道的爆管風(fēng)險(xiǎn)，并展示危險(xiǎn)管線的區(qū)域；

(4) 監(jiān)測(cè)傳感器安裝位置周邊跑冒滴漏的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn) 120 升/分微小漏水監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)通過頻譜分析功能實(shí)現(xiàn)報(bào)警；

(5) 管線異常事件管理，完整、準(zhǔn)確掌握輸水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，通過高頻壓力和聲納數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排氣閥工作狀態(tài)；

(6) 系統(tǒng)能夠機(jī)器自學(xué)習(xí)輸水模式，幫助用戶快速判斷給水系統(tǒng)問題，提高管線運(yùn)行的可靠性、安全性，基于供水壓力實(shí)現(xiàn)供水調(diào)度，并及時(shí)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，提高調(diào)度管理的效率和水平。

2.2.2  系統(tǒng)構(gòu)成與配置

系統(tǒng)配置原則與性能要求

在確定排氣閥位置上安裝一體式傳感器，必須包括高頻壓力計(jì)和水聽器，同時(shí)傳感器接觸到管道內(nèi)的水。安裝傳感器位置間距的設(shè)置原則：800-1200 米，現(xiàn)場(chǎng)條件在此間距范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整位置。傳感器通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集通信裝置 RTU，3G/4G/5G 無線方式，將采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度控制中心分析平臺(tái)對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。

系統(tǒng)配置要求

(1)  現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備必須包含：

(2)  高頻壓力傳感器

(3)  壓電水聽器（或者采用光纖水聽器，在PCCP管道斷絲監(jiān)測(cè)中闡述）

(4)  通信數(shù)據(jù)傳輸裝置 RTU

(5)  GSM（3G/4G）和同步授時(shí)時(shí)鐘天線

(6)  不銹鋼控制箱及電源附件

(7)  通信方式：3G/4G 無線通信

(8)  監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)軟件：客戶端服務(wù)器安裝方式

(9)  電源：太陽能供電，帶有鋰電池，容量需滿足現(xiàn)場(chǎng)傳感器和 RTU傳輸裝置沒有日照 30 天情況，繼續(xù)保持正常工作。

(10) 供電冗余：RTU 本體需內(nèi)置鋰電池和外部太陽能供電，互為備

用。

2.2.3 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

主要設(shè)備技術(shù)要求

（1）高頻壓力傳感器

工作溫度：-40℃～80℃

壓力監(jiān)測(cè)采集頻率≥256Hz，以滿足分析需求；

量程：0～300psia ，需滿足負(fù)壓的監(jiān)測(cè)；

精度：≤0.1%FS

響應(yīng)時(shí)間：≤1ms

材質(zhì)：不銹鋼隔離膜片

最大承受靜壓：68Bar

防護(hù)等級(jí)：IP68，包括傳感器電纜連接處；

（2）壓電水聽器

工作溫度： -20 ℃～80 ℃

靈敏度：-173dB Vre: 1V/μPascal

響應(yīng)頻率范圍 ：20Hz-50KHz

傳感器材質(zhì)：橡膠+不銹鋼

連接電纜：低噪同軸電纜

zui大承受靜壓：68Bar

防護(hù)等級(jí)：IP68，包括傳感器電纜連接處；

（3）采集和通信裝置 RTU

運(yùn)行溫度：-30 ℃～ 70 ℃

防護(hù)等級(jí)：IP68

壓力采集精度大于等于 16 位；

支持模擬量和音頻信號(hào)接入，同時(shí)提供連接感器電源供電；

支持 3G/4G/5G 公共通信網(wǎng)絡(luò)，TCP/IP 協(xié)議采集數(shù)據(jù)上傳中控室；

授時(shí)時(shí)鐘精度：≤1ms；

本體內(nèi)置鋰電池，在外部電源失效后，以低功耗模式運(yùn)行至少 2 月;

采集周期：數(shù)據(jù)上傳時(shí)間可調(diào)整，自動(dòng)連接中控上傳。

內(nèi)存：內(nèi)置 16G 閃存卡，支持采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)保存 30 天不丟失；

低功耗設(shè)計(jì)，供電電壓：12VDC，連接傳感器后總功耗 ≤1W；

【3】PCCP管道斷絲安全監(jiān)測(cè)

管道斷絲安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用分布式光纖聲波/振動(dòng)傳感測(cè)漏技術(shù)和分布式光纖聲波傳感器（光纖水聽器）測(cè)漏技術(shù)，取其中之一都可以的，兩者相結(jié)合效果更佳，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大腦。系統(tǒng)收集管道斷絲數(shù)據(jù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送到監(jiān)控中心進(jìn)行分析。

2.3.1 分布式光纖聲波/振動(dòng)傳感測(cè)漏技術(shù)

其原理是利用高相干光在光纖中傳輸引起的瑞利散射光干涉對(duì)聲波/振動(dòng)特征敏感的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)聲波或振動(dòng)檢測(cè)。在管道安裝過程中，同步在管道外壁敷設(shè)微振動(dòng)傳感光纜，該電纜既是傳輸信號(hào)的通道，又是采集斷絲信號(hào)的傳感器。單端連接分布式光纖振動(dòng)信號(hào)解調(diào)主機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分布式管道泄露監(jiān)測(cè)和爆管及第三方開挖破壞預(yù)警。

1）對(duì)于方便施工人員進(jìn)入的大口徑管道，建議在管道內(nèi)壁敷設(shè)傳感光纜，優(yōu)點(diǎn)如下：

• 高強(qiáng)度的管道本體可以很好的保護(hù)脆弱的傳感光纜；

• 管道內(nèi)環(huán)境噪聲相對(duì)較小，光纜采集的信號(hào)更準(zhǔn)確；

• 管道內(nèi)施工光纜可以排除交叉、跳躍施工、惡劣天氣和環(huán)境因素的干擾，施工方便、快捷；

• 管道的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25年，管道內(nèi)敷設(shè)光纜便于全線更換到期老化的光纜;

2）主要性能指標(biāo)：

測(cè)量距離：?jiǎn)蜗颞R50km , 雙向≧100Km;

定位精度：±5米；

響應(yīng)時(shí)間：<3秒；

誤報(bào)率：<5%;

漏報(bào)率：≦1.0%

故障報(bào)警：光纜斷裂后系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并定位故障點(diǎn)位置。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：報(bào)警數(shù)據(jù)記錄、查詢功能

報(bào)警信號(hào)輸出：通過RS232、RJ45接口以及繼電器輸出、網(wǎng)絡(luò)傳輸；

三、MH-PXL PCCP管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件功能說明

?數(shù)據(jù)分析及挖掘組件： 

1）波形圖和頻譜圖：系統(tǒng)的顯示方式包括信號(hào)的時(shí)域圖和頻域圖兩種，可調(diào)取實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和展示，并且可通過管道、數(shù)據(jù)類型、圖表類型、時(shí)間段、測(cè)點(diǎn)等多種條件進(jìn)行篩選。波形圖和頻譜圖是信號(hào)分析的有力工具，可從時(shí)域和頻域兩個(gè)維度分析信號(hào)的細(xì)節(jié)特征，利用這些對(duì)這些特征的抓取、對(duì)比和學(xué)習(xí)，可以完善系統(tǒng)的信號(hào)特征庫，提升系統(tǒng)性能。 

2）頻譜瀑布圖：頻譜瀑布圖可展示頻率特征隨時(shí)間的變化的過程，幫助用戶以動(dòng)態(tài)的 方式分析信號(hào)的變化特征，提升問題的識(shí)別和解決能力。 

3）趨勢(shì)分析：趨勢(shì)分析功能是一種對(duì)比分析技術(shù)，可通過實(shí)時(shí)趨勢(shì)分析、歷史趨勢(shì)分 析和相關(guān)趨勢(shì)的分析，形成特征曲線之間的相互對(duì)比，用以判別管道運(yùn)營(yíng)措施改善的有效性，提升管道安全管理水平。  

?智能預(yù)警報(bào)警功能： 

系統(tǒng)會(huì) 24 小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)管道安全狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生泄漏、爆管、位移沉降似的監(jiān)測(cè)值超過系統(tǒng)閾值后，監(jiān)測(cè)主機(jī)將自動(dòng)判別并生成報(bào)警信息，推送到用戶軟件界面的報(bào)警通知組件中，報(bào)警信息會(huì)以列表的方式詳細(xì)呈現(xiàn)在軟件的前臺(tái)，并在管道地圖組件上標(biāo)識(shí)事件，展示時(shí)間、位置、類型等關(guān)鍵信息。結(jié)合管道運(yùn)營(yíng)方的運(yùn)營(yíng)管理規(guī)則，該報(bào)警信息也可同時(shí)通過郵件等方式推送給相關(guān)負(fù)責(zé)人，確保相關(guān)負(fù)責(zé)人能在第一時(shí)間獲知該報(bào)警，以便做出響應(yīng)。

?泄漏及爆管分析功能： 

管道泄漏及爆管數(shù)據(jù)分析模塊，針對(duì)泄漏信號(hào)特征，識(shí)別泄漏發(fā)生，評(píng)估泄漏量級(jí)，定位泄漏位置。

?報(bào)警日志功能： 

報(bào)警日志是報(bào)警信息的備忘錄，記錄表中包括傳感器報(bào)警，管道報(bào)警等一切報(bào)警信息， 用戶可根據(jù)感興趣的事件類型、時(shí)間范圍、空間范圍等維度對(duì)事件進(jìn)行篩選，并可導(dǎo)出excel 版本的事件清單，便于事件的整體有效管理。 

?智能評(píng)估功能： 

系統(tǒng)可對(duì)管道的健康狀態(tài)進(jìn)行整體評(píng)估，并根據(jù)狀態(tài)評(píng)估結(jié)果，可視化的展示管道狀態(tài)，分不同顏色標(biāo)注。

同時(shí)可根據(jù)用戶定制，定期生成狀態(tài)監(jiān)測(cè)運(yùn)行報(bào)表（日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)）。管道地圖組件： 

為了方便管道運(yùn)營(yíng)管理單位直接獲得管道安全事件的發(fā)生的具體物理位置，利用 GIS 地圖系統(tǒng)搭建了管道地圖組件。管道的地理走向會(huì)直接繪制在管道地圖組件的界面上，事件發(fā)生時(shí)，也會(huì)在相應(yīng)的管道位置標(biāo)識(shí)事件。管理人員可利用 GPS 坐標(biāo)直接前往事件位置所在，第一時(shí)間阻止管道破壞事件的發(fā)生。 

?事件處理組件： 

事件處理組件主要用戶管道安全事件的閉環(huán)管理，系統(tǒng)不僅僅是提供報(bào)警信息，管道運(yùn)營(yíng)管理人員可以利用該事件處理組件進(jìn)行事件的完整管理，例如當(dāng)?shù)谌饺肭职l(fā)生時(shí)， 安排巡線員去現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和制止，事件處理的過程和結(jié)果可以直接記錄在系統(tǒng)中，并通過系統(tǒng)關(guān)閉該項(xiàng)報(bào)警。 

?權(quán)限管理組件： 

系統(tǒng)擁有權(quán)限管理的功能，可根據(jù)角色分工的不同，配置不同的系統(tǒng)權(quán)限。如系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，可使用全部功能、查閱全部信息；又如管道的巡線員，則僅可獲得所負(fù)責(zé)管段的報(bào)警信息。利用權(quán)限管理功能，可保證核心信息僅被授權(quán)人員查看，避免重要信息的泄漏。 

?系統(tǒng)集成組件（開放接口）： 

為滿足管道運(yùn)營(yíng)管理中心系統(tǒng)集中的需求，系統(tǒng)擁有開放接口，中心系統(tǒng)可以通過開放接口獲得管道安全預(yù)警信息，減少監(jiān)控人員必須在不同系統(tǒng)切換非必要工作。同時(shí)，系統(tǒng)可與自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，以確保在發(fā)生管道安全事件后，可以第一時(shí)間采取行動(dòng)， 關(guān)閉輸水作業(yè)，減少損失和引起的次生災(zāi)害。

四、承諾說明

（1）儀器設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)均需滿足有關(guān)國家規(guī)范要求和技術(shù)要求。我們生產(chǎn)廠家應(yīng)具有較高信譽(yù)度。

（2）獲得自主產(chǎn)權(quán)，有多項(xiàng)軟著。

（3）嚴(yán)格監(jiān)督和控制各監(jiān)測(cè)儀器出廠檢驗(yàn)、包裝、運(yùn)輸、保險(xiǎn)、保管、交貨、驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)的操作質(zhì)量。

（4）應(yīng)提交的儀器設(shè)備資料包括：

① 制造廠家名稱、地址；

② 儀器合格證和說明書；

③ 儀器設(shè)備的埋設(shè)安裝方法；

④ 儀器測(cè)讀及操作規(guī)程；

⑤ 觀測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法；

⑥ 儀器使用實(shí)例的資料。

⑦ 制造廠家提供的所有其它資料。

（5）提供的全部監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，檢驗(yàn)合 格后方可使用。

（6）按國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范或廠家提供的方法對(duì)所采購的儀器和設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)（率定）。并且檢驗(yàn)結(jié)果在有效期內(nèi)，逾期必須重新送檢。