一、系統(tǒng)背景

 由于各種不可抗力或人為因素的影響,輸水管道的滲漏問題頻發(fā),嚴重浪費水資源。如何準確、及時地對輸水管道泄漏、滲漏進行定位及獲取滲漏量等信息,對于長距離輸水管道具有重要意義。長距離輸水管道安全隱患的歸因，一方面在于管道起伏、泵站啟閉、閥門開關等造成的水錘問題，另一方面在于施工質量、土壤沉降、管道腐蝕、第三方開挖等原因造成的漏水和爆管。長距離輸水管道的安全檢查主要依靠技術人員檢漏設備的被動巡檢方式，缺乏有效性和及時性，考慮采用主動監(jiān)測、定位、評估等在內的技術方法及相應的管理體制解決。配置一套實時在線測漏監(jiān)測系統(tǒng)可在管道發(fā)生泄漏時，根據(jù)水流對管道壁的沖刷引起泄漏點發(fā)出振動和聲波來監(jiān)測滲漏和爆管預警，全天候監(jiān)視管道運行，確保安全。

二、系統(tǒng)概述

光纖水聽器管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖水聽器及相關分析儀器與設備,提出針對長距離輸水管道的滲漏檢測與定位方法,以高效快速地監(jiān)測輸水管道滲漏,為地下管道滲漏監(jiān)測發(fā)展提供科學的理論依據(jù)和技術支撐。光纖水聽器組成的陣列進行長距離管道泄漏監(jiān)測，在長輸管道中每隔 500m~1km 左右布置一個光纖水聽器，通過光纜將水聽器串接并傳輸信號，當兩聲波傳感器之間發(fā)生因泄露引起聲波或振動時相鄰水聽器探測到該信號并對其進行識別與定位。

三、系統(tǒng)優(yōu)勢

 本系統(tǒng)無論從技術優(yōu)勢、安全可靠性、報警準確率、定位精度，還是安裝的便捷等方面綜合比較，都具有優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
1)  傳感端全光纖，無源本安，無需供電；
2)  系統(tǒng)適應性強：可滿足不同介質、不同長度的管線；
3)  無需全線占地補償；
4)  全光纖壽命長，可靠性高，免維護。

四、系統(tǒng)組成

 本系統(tǒng)的設備由光纖水聽器傳感設備、水聲偵聽監(jiān)測主機、傳感設備及綜合智能分析平臺等組成。在目前的水聽器中，光纖水聽器適合大范圍組網和長距離信號傳輸，適用于長距離水管道內使用。系統(tǒng)的組成框圖如下圖所示：

五、技術參數(shù)

光纖水聽器管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的智能分析系統(tǒng)包括服務器、智能分析軟件、預警算法等組成。該系統(tǒng)可以監(jiān)測管道發(fā)生泄漏并判斷管道發(fā)生泄漏的情況和位置，及時預警。針對背景環(huán)境噪聲，綜合智能分析系統(tǒng)具備模式分析算法和深度學習算法，可自動進行識別、建庫和學習，提高報警準確率。智能分析軟件會對管道聲數(shù)據(jù)進行長期建庫，對泄漏信號位置、斷絲位置、爆管位置等的監(jiān)測可與管道GIS系統(tǒng)結合顯示監(jiān)測位置。

系統(tǒng)功能如下：

1) 監(jiān)測管道泄漏信號，確定管道泄漏位置，對爆管進行預警；

2) 模式識別功能：泄漏信號特征準確提取，建立數(shù)據(jù)樣本庫，能將環(huán)境干擾信號濾除；

3) 支持自主無人值守運行；

4) 豐富的報警及記錄功能：系統(tǒng)具有報警本地顯示、記錄、聯(lián)動以及遠程聯(lián)動、查詢功能。系統(tǒng)能提供實時的電子地圖定位、語音報警、數(shù)據(jù)存儲以及聲光、短信報警功能；

5) 故障報警功能：系統(tǒng)軟件具有故障報警功能。水聽器傳感器或傳輸光纜出現(xiàn)斷裂時，系統(tǒng)將實時提供反饋信息，上傳報警信號；

6) 系統(tǒng)具有“學習功能”，出現(xiàn)報警事件時，系統(tǒng)將采集信號與之前“學習”獲得的信號進行對比分析，做出判斷；

七、安裝方案

光纖水聽器可在管道外壁或內壁安裝使用。
（1）在管道外壁安裝：光纖水聽器緊貼管道外壁正上方，采用專yong膠固定的方式安裝。水聽器傳輸光纜可與管道同溝鋪設，鋪設時光纜較松弛，留有適當余量。光纖水聽器安裝固定后，將同溝鋪設的傳輸光纜分別與每個光纖水聽器連接，然后固定和保護光纜。光纜在機房的一端與水聲偵聽監(jiān)測主機連接。

圖 2  管道外光纖水聽器（含安裝組件）

圖 3  光纖水聽器安裝截面圖及側視圖

（2）在管道內壁安裝：光纖水聽器緊貼管道內壁正下方，采用專yong膠或者水泥固定。水聽器傳輸光纜在管道內敷設，同樣采用專yong膠或者水泥固定在管道內。安裝時需進入管內進行安裝作業(yè)，光纜在遇到直通閥門時，通過穿纜組件，將光纜引出管道，閥井內設置光纜接頭箱連接。光纜首段通過穿纜組件引出管道，在機房內與水聲偵聽監(jiān)測主機連接。

圖 4 管道內用光纖水聽器

圖 6  光纖水聽器安裝截面圖及側視圖 

八、其他說明：

本系統(tǒng)結合分布式光纖聲波/振動傳感測漏技術效果更佳，沿著管道布置一根傳感光纜，如果泄漏點管道發(fā)出聲波信號，作用于該點光纜，聲波作用于光纜引起光信號調制，通過解調信號處理得到聲波信號，經模式識別算法判斷泄漏點特征，通過光脈沖定位泄漏點位置。其工作原理：分布式光纖聲波傳感技術利用高相干光在光纖中傳輸引起的瑞利散射光干涉對聲波/ 振動特征敏感的原理特點，實現(xiàn)聲波或振動檢測。