内容简介
输水管道是一个城市的生命线，其泄漏问题会严重浪费水资源、造成经济损失并危害居民生命健康，因此及时有效地检测并定位泄漏源对城市的可持续发展具有重要意义。本书阐述了输水管道泄漏检测与定位的基本理论和方法，详细介绍了基于负压波信号和声发射信号的降噪方法、泄漏故障特征挖掘方法、泄漏检测方法以及泄漏点定位方法。本书以变分模态分解等基本信号处理方法为基础，利用人工智能研究了负压波信号和声发射信号降噪；利用特征提取技术，展开了泄漏点识别与定位技术的研究，其中包括负压波信号压降特征提取、声发射信号异常点识别等；利用仿真泄漏信号、实验室模拟泄漏试验平台采集的泄漏信号以及真实输水管道模拟泄漏信号，验证了各种方法的有效性；利用深度学习构造迁移模型，解决了实际运行输水管道泄漏特征数据较少的问题。
本书可供从事管道检测和运维的工程技术人员阅读使用，也可供相关专业的在校师生及科研人员参考。
目录
前言
第1章 绪论1
1.1 输水管道泄漏检测与定位技术发展现状1
1.2 负压波技术7
1.3 声发射技术9
1.3.1 声信号的传播特性9
1.3.2 声信号的幅频特性10
1.3.3 声信号的衰减特性11
1.4 输水管道泄漏定位技术11
1.5 本章小结14
第2章 负压波信号降噪15
2.1 VMD信号分解原理及参数设置16
2.1.1 VMD原理16
2.1.2 参数设置的影响18
2.2 基于信息熵的VMD参数优化与信号降噪22
2.2.1 信息熵22
2.2.2 VMD参数优化23
2.2.3 基于皮尔逊相关系数的有效IMF筛选24
2.2.4 仿真试验28
2.3 基于遗传算法和模糊熵的VMD参数优化与信号降噪30
2.3.1 压力信号重构及信号噪声估计30
2.3.2 基于遗传算法和模糊熵的VMD参数优化与信号降噪33
2.3.3 仿真分析39
2.4 基于北方苍鹰算法的VMD参数优化与信号降噪43
2.4.1 基于北方苍鹰算法的变分模态分解43
2.4.2 基于北方苍鹰算法的优化变分模态分解45
2.4.3 评价指标47
2.4.4 仿真验证48
2.5 本章小结51
第3章 声发射信号降噪52
3.1 噪声的构成52
3.2 VMD-互相关系数算法53
3.3 VMD-希尔伯特变换算法54
3.3.1 希尔伯特变换原理54
3.3.2 VMD-希尔伯特变换算法流程57
3.4 仿真试验59
3.4.1 互相关算法60
3.4.2 VMD-互相关系数算法61
3.4.3 VMD-希尔伯特变换算法64
3.5 本章小结67
第4章 输水管道泄漏识别和泄漏点定位方法68
4.1 基于负压波信号的输水管道泄漏识别与泄漏点定位68
4.1.1 试验设备68
4.1.2 整体试验系统69
4.1.3 泄漏定位试验设计71
4.2 基于负压波信号管道泄漏识别与泄漏点定位方法72
4.2.1 基于VMD的泄漏定位72
4.2.2 基于改进变分模态分解的泄漏定位82
4.2.3 基于负压波信号高频成分的泄漏定位89
4.3 基于声发射信号管道泄漏识别与泄漏点定位116
4.3.1 输水管道泄漏定位试验系统116
4.3.2 泄漏模拟试验121
4.4 本章小结130
第5章 原水管道泄漏识别和泄漏点定位131
5.1 原水管道泄漏检测方法131
5.1.1 负压波数据集133
5.1.2 基于变窗法的Transformer139
5.1.3 基于参数的Transformer-TL141
5.2 泄漏定位方法143
5.2.1 负压波拐点初定位143
5.2.2 负压波拐点定位145
5.3 试验与结果分析146
5.3.1 泄漏检测结果与分析146
5.3.2 泄漏定位结果与分析151
5.4 本章小结153
参考文献154
前言/序言
在城市输水管道运行期间，锈蚀、老化和外部干扰等因素都可能造成管道泄漏。输水管网的泄漏增加了供水成本，影响供水企业的经济效益，加剧了我国水资源短缺的局面。管道泄漏还会引发次生灾害，例如：管道长期泄漏，会冲刷道路和建筑物基础，引发道路塌陷和建筑物垮塌；管网因泄漏造成水压下降，导致泄漏点周围的污物和细菌有可能通过泄漏点进入管道造成污染。随着我国社会经济持续快速的发展，水资源供需矛盾必将持续加剧。在现有水资源的状态下，提高水的利用效率，把漏失水量降低到经济合理的水平，已成为目前我国供水行业急需解决的重点问题。因此，有必要对输水管道的泄漏检测与定位方法进行研究。在输水管道发生泄漏后，利用泄漏信号及时对泄漏点进行定位，并对泄漏管道进行修补和更换，这对减小因泄漏造成的水资源浪费和经济损失具有重要意义。为了掌握管道泄漏所引发的信号特征，本书阐述了输水管道泄漏检测与定位的基本理论和方法，详细介绍了基于负压波信号和声发射信号两种不同类型信号的降噪方法、泄漏故障特征挖掘方法、泄漏检测方法以及泄漏点定位方法。通过仿真试验、试验室泄漏模拟试验和真实输水管道泄漏模拟试验验证了各种方法的有效性。最后，为了克服真实输水管道泄漏数据量少而导致故障特征提取不准确的问题，本书介绍了一种基于深度学习的迁移学习模型，大大提高了真实输水管道泄漏检测与定位的准确性。这些内容既能定性也能定量地描述输水管道泄漏引发负压波和声发射振动波动态演化过程的动力学机理，为泄漏信号分析与处理提供理论支撑，对发展泄漏信号处理与分析新方法具有重要的指导作用，而且建立了更符合工程实际也易于工程人员理解与应用的新方法，有利于推动我国输水管道故障诊断与漏损治理技术的发展，具有较高的工程应用价值。
本书基于作者多年研究成果撰写而成，很多成果已经在国内外重要期刊公开发表。本书共分5章，其中，第1章由西华大学/青海理工学院李正贵撰写，第2章~第5章由西华大学江竹撰写。全书由江竹进行章节设计、统稿、内容审查和修改完善。
本书得到了西华大学能源动力优势学科建设、四川省科技计划（24NSFSC1460），以及西华大学能源与动力工程学院、流体及动力机械教育部重点实验室、流体机械及工程四川省重点实验室的大力支持，在此表示感谢！
在本书的撰写过程中，得到了西华大学闫盛楠老师、黄宗柳老师、史广泰老师等的大力支持，谨在此致以衷心的感谢；同时还要感谢本课题组所有研究生为本书撰写工作所提供的帮助。在本书撰写过程中，参考了大量的国内外相关文献，在此对这些文献的作者一并表示感谢！
限于作者的能力和水平，加之时间仓促，书中难免有不当之处，敬请读者批评指正。
作 者
