供水管道泄漏检测及参数识别研究

作     者：黄鑫 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄伟;郭新蕾

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：供水管道 泄漏检测 信号处理 变分模态分解 智能算法 

摘      要：供水管道系统在现代社会中起着至关重要的作用,是保障人们日常生活和各行业生产活动所必不可少的基础设施之一。供水管道最常见的故障就是泄漏,随着供水管道系统应用范围变广和布设数量增加,供水管道不可避免地会受到各种因素的影响而损坏。由此带来的泄漏现象,不仅造成了巨大的资源浪费,还容易引发地面塌陷等次生危害。因此,如何精确定位泄漏,及时修复管道,减小泄漏损失极为重要,开展管道泄漏检测技术的深入研究具有重大现实意义和应用价值。 在供水管道泄漏瞬变流检测技术的基础上,采用理论推导和数值仿真相结合的研究方法,结合瞬变流泄漏检测实测数据,针对供水管道泄漏瞬变流检测方法的理论及应用,深入开展了供水管道泄漏参数识别研究,以期为供水管道的日常管理维护和长期稳定运行提供理论依据和技术参考。论文主要研究内容及结论包括: (1)瞬变流泄漏检测过程中受环境等因素影响,由压电传感器采集的原始信号中含有大量噪声,不能直接应用于泄漏检测与漏点定位,因此,基于遗传算法自适应确定了变分模态分解过程中的两个关键参数:模态分解层数K和二次惩罚因子α。之后将耦合的GA-VMD算法用于瞬变流泄漏检测实测数据的数据分解,结合相关系数和多尺度排列熵进行了两轮无关分量阈值筛选,实现了实测数据的降噪。有效提高了实测数据的信噪比和均方根误差,为后续的泄漏参数识别奠定基础。 (2)基于管道泄漏时的非稳态数学模型,编制了Leak瞬变流计算程序,对管道存在泄漏点后发生瞬态水力过程的特性进行了研究,并利用提出的自适应耦合信号降噪方法处理后的实测数据,验证了Leak瞬变流计算程序的正确性。在此基础上,进一步开展了关闭末端阀门和关闭在线阀门两种不同激励条件下的泄漏瞬变流多点泄漏检测研究。 (3)借助瞬变流泄漏检测反问题分析模型,将泄漏检测参数识别问题转化为最优化求解问题。结合四种智能算法对目标函数进行求解,多维度比选了各算法应用于该问题的优劣,并对选择出较为适合参数识别过程的粒子群算法进一步研究,对比分析了该算法在不同泄漏条件下的参数识别精确度和稳定性,最终成功应用于实测数据的泄漏参数识别。