[发明专利]基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法

摘要

本发明提供一种基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法，使用Fluent软件模拟非金属管道泄漏和无泄漏状态下的压力、流量、流速等参数分布，找出两种状态下各参数随时间和空间变化的规律；在实验室进行非金属埋地管道泄漏模拟试验，分别在泄漏和未泄漏状态下测量管道的流量、流速以及多处的压力参数数据；根据模拟软件得到的各参数变化规律，建立非金属管道泄漏状态的逆瞬态模型并对实验数据进行分析；应用全局和局部算法，确定收敛性最好的目标参数Jk和τk，得出瞬态求解器计算出的测压头；计算出的测压头与实验所得测压头代入逆瞬态模型，以确定泄漏大小和位置。与现有技术相比，该方法只需测量管道压力、流量参数即可，易实现。

主权项

1.一种基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：用AnsysIcem对管道进行建模，使用Fluent软件模拟非金属管道泄漏和无泄漏状态下的压力、流量和流速参数分布，分别找出非金属管道泄漏和无泄漏状态下的压力、流量和流速参数随时间和空间变化的规律；S2：在实验室进行非金属埋地管道泄漏模拟试验，分别在泄漏和未泄漏两种状态下测量管道流量、温度及多处的压力参数数据，与步骤S1中获得的模拟结果对比和验证，突出泄漏状态下的规律，获得实验管道测量到的测压头；S3：根据步骤S1得到的压力、流量和流速的变化规律，建立非金属管道泄漏状态的逆瞬态模型；为实现计算出的测压头和实验测量到的测压头之间的加权均方误差最小化，逆瞬态模型具体如下：其中，OF为目标函数；DT为观测到的水力瞬变事件的时间步数；H为通过瞬态求解器计算出的测压头；H*为实验管道测量到的测压头；nH为系统中压力观测点的数量；Ht,j为不同测量节点和泄漏时间下的通过瞬态求解器计算出的测压头，H*t,j不同测量节点和泄漏时间下的实验设施中测量到的测压头；j为测量节点；t为泄漏后的时间；S4：应用全局和局部算法，得出Kelvin‑Voigt元素的数目以及收敛性最好的目标函数值Jk和τk，确定逆瞬态模型中通过瞬态求解器计算出的测压头H，具体步骤包括：S4.1：在matlab环境下，使用有效的全局搜索方法PSO(粒子群算法)，适应度线性定标，随机余数采样(SRS)作为选择方案，每个PSO评估使用九十代，找到Kelvin‑Voigt元素的数目；S4.2：分别投放1，10，20，50，100，200，500个随机种子，观察目标函数OF的函数值收敛情况，得出全局搜索下收敛性最佳时的Jk和τk值，其中Z＝{Jk，τk}，k＝1到NKV，其中，NKV为Kelvin‑Voigt元素的数目；S4.3：使用局部搜索(LM)算法来估计和优化系数Jk(Z＝{Jk，τk}；k＝1到NKV)，并考虑由PSO确定的区域中τk的值，计算出三种常用的K值和使用LM方法的目标函数值，并绘折线图，挑选收敛性最好的目标函数值Jk和τk；S4.4：将Kelvin‑Voigt元素的数目和收敛性最好的目标函数值Jk和τk值代入蠕变函数方程及MOC特征方程，从而得出H值；S5：将实验测量到的测压头与计算出的测压头共同代入逆瞬态模型，得到目标函数值OF；S6：在实验所得多处的OF值中，挑选最小值的位置节点，并在最小值位置节点前后布置等距的且距离小于前一次，个数与其相同的多个测量节点，重复步骤计算各节点H值，并得到OF，当各节点距离小于管道检测长度的4％时终止重复步骤。