一种地下管网泄露位置确定方法及系统
阅读说明：本技术 一种地下管网泄露位置确定方法及系统 (Underground pipe network leakage position determination method and system ) 是由 秦克华 王海龙 于海亮 娄志会 李玲 田旭 袁友 景利帆 于 2020-05-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种地下管网泄露位置确定方法及系统,属于地下管网泄露位置检测的技术领域,用于提高地下管网泄露位置确定的速度和准确度,该方法和系统均能够对图像采集终端和泄露测试终端本身的位置进行较为精确的获取,通过本身位置较为精确的图像采集终端快速获取热分布图像信息以快速获取泄露位置可能处于的区域,再通过本身位置较为精确的泄露测试终端在上述区域内确定泄露位置,提高了泄露位置确定的速度,保持了较高的泄露位置准确度。(The invention relates to a method and a system for determining leakage positions of an underground pipe network, belongs to the technical field of detection of the leakage positions of the underground pipe network, and is used for improving the speed and the accuracy of determining the leakage positions of the underground pipe network.)
技术领域
本发明涉及地下管网泄露位置检测的技术领域，尤其是涉及一种地下管网泄露位置确定方法及系统。
背景技术
地下管网即城市地下管线形成的网络，其一般指指定范围内的供水、排水、燃气、热力、电力、同心、广播电视、工业等管线及其附属设施，此处所指的地下管网是指输送流体的地下管线。由于管线埋藏于地下、容易受到地下环境的腐蚀而损坏，在管线因损坏而出现泄露时，无法直观的观察、获取管线泄露的位置，影响后续的维修管线工作。
为了方便对地下管网泄露位置的确定，现有技术中提供了多种较为成熟的方式。
一种方式为由工人师傅采用“看、听、摸”或采用听漏仪、点温仪等单一设备对管线进行泄露检测，该方式检测结果较为准确，但受人为因素和环境因素影响较大，效率较低；
另一种方式为采用热红外成像技术对地下管网所在区域地表的热红外图像进行采集，种方式检测过程较为方便、检测较为快速，但检测结果往往容易出现误差。
由于地下管网泄露容易造成较大的成本浪费，故如何高效、快速、准确的确定地下管网的泄露位置，及时对泄露部分进行维修、尽量减少成本浪费一直是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一是提供一种地下管网泄露位置确定方法，其优点在于其能够快速准确的确定地下管网的泄露位置。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种地下管网泄露位置确定方法，涉及控制中心与图像采集终端、泄露测试终端之间的信息交互，包括以下步骤：
所述控制中心获取所述地下管网的分布图像信息；
所述控制中心获取所述图像采集终端和泄露测试终端的实时位置信息；
所述控制中心获取所述图像采集终端发送的热分布图像信息；
所述控制中心根据所述热分布图像信息生成可疑位置信息并将可疑位置信息发送至所述泄露测试终端；
所述控制中心接收所述泄露测试终端发送的测试结果信息并根据所述测试结果信息生成泄露位置信息。
通过采用上述技术方案，图像采集终端和泄露测试终端于分布图像信息内的位置能够较为精确的确定，控制中心通过分析图像采集终端发送的热分布图像信息能够生成可疑位置信息，直接确定泄露可能处于的位置、较为快速，通过泄露测试终端发送的测试结果信息判断可疑位置是否为泄露位置，即精确确定泄露位置、较为准确，从而实现了基于一个较为精确的开始、快速准确的确定地下管网的泄露位置。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，控制中心获取所述图像采集终端或泄露测试终端的实时位置信息具体包括以下步骤：
所述控制中心向所述图像采集终端或泄露测试终端发送位置采集控制信息；
接收所述图像采集终端或泄露测试终端反馈的位置图像信息；
根据所述位置图像信息和分布图像信息生成所述实时位置信息。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，根据所述位置图像信息和分布图像信息生成所述实时位置信息具体包括以下步骤：将所述位置图像信息中包含的景物信息与所述分布图像信息中包含的景物信息进行比对，确定所述位置图像信息于所述分布图像信息中的位置即生成所述实时位置信息。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述控制中心获取所述图像采集终端发送的热分布图像信息具体包括以下步骤：
所述控制中心根据分布图像信息获取图像采集控制信息；
将所述图像采集控制信息发送至所述图像采集终端；
接收所述图像采集终端反馈的所述热分布图像信息
向所述图像采集终端发送图像采集控制信息并接收所述图像采集终端反馈的热分布图像信息。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述控制中心根据分布图像信息获取图像采集控制信息具体包括以下步骤：
所述控制中心根据所述分布图像信息获取若干大概率泄漏点；
根据大概率泄漏点生成大概率摄制范围单元；
根据大概率摄制范围单元内大概率泄漏点的个数对大概率摄制范围单元进行排序；
根据大概率摄制范围单元生成剩余摄制范围单元并使其余摄制范围单元排在大概率设置范围单元之后。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，根据所述热分布图像信息生成可疑位置信息具体包括以下步骤：
根据所述分布图像信息生成预计热分布图像；
将所述热分布图像信息叠加至分布图像信息生成实际热分布图像；
将所述实际热分布图像于预计热分布图像进行比对生成热偏差区域信息；
根据所述热偏差区域信息生成所述可疑位置信息。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，将所述热分布图像叠加至分布图像信息生成实际热分布图像具体包括以下步骤：
将所述热分布图像信息叠加至所述分布图像信息；
判断所述热分布图像信息是否存在叠加；
若是，则对叠加部分的热分布图像信息进行图像处理。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，对叠加部分的热分布图像信息进行图像处理具体为：
采用图像融合技术对叠加部分的热分布图像进行处理；
或采用接收到的热分布图像信息替换已存在的热分布图像信息。
本发明的发明目的二是提供一种地下管网泄露位置确定系统，其优点在于其能够快速准确的确定地下管网的泄露位置。
本发明的上述发明目的是通过以下技术手段得以实现的：
一种地下管网泄露位置确定系统，包括控制中心，所述控制中心包括：
分布图像获取模块，用于获取所述地下管网的分布图像信息；
实时位置获取模块，用于获取所述图像采集终端和泄露测试终端的实时位置信息；
热分布获取模块，用于获取所述图像采集终端发送的热分布图像信息；
可疑位置生成模块，用于根据所述热分布图像信息生成可疑位置信息；
泄露位置生成模块，用于根据所述测试结果信息生成泄露位置信息。
通过采用上述技术方案，图像采集终端和泄露测试终端于分布图像信息内的位置能够较为精确的确定，控制中心通过分析图像采集终端发送的热分布图像信息能够生成可疑位置信息，直接确定泄露可能处于的位置、较为快速，通过泄露测试终端发送的测试结果信息判断可疑位置是否为泄露位置，即精确确定泄露位置、较为准确，从而实现了基于一个较为精确的开始、快速准确的确定地下管网的泄露位置。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.提供了一种地下管网泄露位置确定方法及系统，该方法和系统均能够对图像采集终端和泄露测试终端的实时位置进行较为精确的获取，通过图像采集终端发送的热分布图像信息快速确定可疑位置信息，通过泄露测试终端较为精确的确定泄露位置信息，从而实现了基于一个较为精确的开始、快速准确的确定地下管网的泄露位置；
2.采用热分布图像信息和预计热分布图像进行比对生成热偏差区域信息确定可疑位置信息的方式较为高效快速。
附图说明
图1是本发明一个示例的方法流程示意图；
图2是本发明方案中根据热分布图像信息生成可疑位置信息的一个示例的方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1和图2，一种地下管网泄露位置确定方法，涉及控制中心与图像采集终端、泄露测试终端之间的信息交互。
地下管网即指定区域埋设于地下输送流体的管路，如城市供热管线。
图像采集终端即采用热红外成像技术获取热红外图像信息的装置。在一个示例中，图像采集终端设置为搭载有热红外摄像头的无人机，热红外摄像头设置于无人机的下方且摄制方向竖直向下，通过操作无人机采用热红外摄像头对指定区域进行航拍即可获取指定区域的热红外图像。
泄露测试终端即采用听音技术获取地下噪声的装置。在一个示例中，泄露测试终端设置为搭载有管网泄露测试机的地面行进式机器人，该地面行进式机器人上设置有一机械手臂，管网泄露测试机的测试端固定于上述机械手臂的端部，通过控制机械手臂动作即可控制管网泄露测试机的测试端贴近地面、进行听音测试工作或远离地面不影响地面行进式机器人的正常行走。需要指明的是，为了避免地面行进式机器人的运行噪音影响听音测试结果，在进行听音测试工作时一般需要使地面行进式机器人其他部分停止运行。
控制中心即与上述图像采集终端和泄露测试终端实时通讯连接，其功能是接收并处理上述图像采集终端和泄露测试终端发送的信息以及控制上述图像采集终端和泄露测试终端动作，对于控制中心控制图像采集终端和泄露测试终端动作的具体方式，可参考现有的无人机和地面行进式机器人的控制方式，在此不作具体展开介绍。
当然，为了方便控制中心对图像采集终端和泄露测试终端的较为精准的控制，一般采用位置确定模块将控制中心、图像采集终端和泄露测试终端设置于同一位置确定子系统内，图像采集终端和泄露测试终端内均设置有能够确定图像采集终端和泄露测试终端移动趋势的惯性元件，以便控制中心获取图像采集终端和泄露测试终端较为精确的位置以及控制图像采集终端和泄露测试终端较为精确的位置移动。
在一个示例中，位置确定子系统设置为室内定位模块，指定区域为矩形，将室内定位模块的若干基准点设置于矩形指定区域的指定位置点，如基准点呈矩形阵列状满布上述指定区域，控制中心和图像采集终端、泄露测试终端均位于指定区域内，从而使控制中心、图像采集终端和泄露测试终端的位置均能够较为精确的确定，进而方便了控制中心获取图像采集终端和泄露测试终端较为精确的位置以及控制图像采集终端和泄露测试终端较为精确的位置移动。
该方法包括依次进行的以下步骤：
S101：将上述地下管网的分布图像信息存储至控制中心。
地下管网的分布图像信息包括该地下管网的上述指定区域的区域图像信息和该地下管网于该指定区域分布的管线分布信息，其能够显示地下管网的所有管线于指定区域的位置、走向、埋设深度等信息或管网设备的埋设深度、埋设时长、设备功用/参数/型号等信息，由于区域图像信息本质上为指定区域的三维地图，故区域图像信息还能够显示指定区域的包含哪些商家、住户、工厂等，以便后续对管网泄露位置进行确定时对环境因素进行综合考虑，降低环境因素对管网泄露位置确定的准确度造成干扰。
控制中心本身具备基础的信息存储功能，故将分布图像信息存储至控制中心的具体手段可为信息拷贝、信息传输、信息转载等具体常规手段，在此不作展开介绍。
S102：上述控制中心获取上述图像采集终端和泄露测试终端的实时位置信息。
图像采集终端和泄露测试终端的实时位置信息即图像采集终端和泄露测试终端于指定区域内的实时位置，实时位置为三维空间位置，由于图像采集终端和泄露测试终端是控制中心获取指定位置或区域信息的工具，故在控制中心控制图像采集终端和泄露测试终端移动至指定位置进行需要进行的工作时，图像采集终端和泄露测试终端的移动至的实际位置与指定位置之间的偏差越小，对工作结果的影响就越小，从而提高管网泄露位置结果的准确度。
在一个示例中，图像采集终端搭载有摄制方向竖直向下的高清摄像头，控制中心控制图像采集终端依次移动至若干位置确定点，并在移动至每一位置确定点时对该位置确定点的位置图像信息进行拍摄，然后将位置图像信息与区域图像信息中的景物进行比对，从而确定图像采集终端于指定区域的处于该位置确定点时的实时位置信息。为了提高实时位置信息的准确度，一般位置确定点的个数不少于三个，本示例中优选为五个。
确定泄露测试终端于指定区域的实时位置信息的具体方式与上述图像采集终端实时位置信息确定的过程一致，不做赘述。
通过对多个位置确定点的位置图像信息获取并与区域图像信息进行比对，获取图像采集终端和泄露位置终端于指定区域的实时位置信息，进一步提高了实时位置信息的精确度，从而提高了图像采集终端和泄露测试终端工作位置的精确度，进而提高了管网泄露位置结果的准确度。
S103：上述图像采集终端获取上述指定区域的热分布图像信息并将热分布图像信息发送至上述控制中心。
热分布图像信息即指定区域的热量分布，其通过图像采集终端的热红外摄像头获取，通过搭载有热红外摄像头的图像采集终端获取热红外图像的技术为热红外摄像头的基本应用方式，不做展开介绍。应指出，在本示例中的热分布图像信息指的是指定区域地表的热分布图像信息，通过热分布图像信息能够判断指定区域地表的温度分布，结合考虑上述区域图像信息中的其他环境因素，即可判断指定区域地下的热源分布状况。
在示例中，图像采集终端获取热分布图像信息的具体方式为，控制中心根据区域图像信息和管线分布信息确定若干大概率泄露点，大概率泄漏点一般为管线接头处、管线埋设时间较长/深度较深处、设备/管线功率较大/负荷较高处等，然后结合图像采集终端本身的额定设置范围（保持较大设置范围又不影响摄制精度），将距离允许的若干大概率泄漏点规划于同一摄制范围单元内，从而生成若干大概率摄制范围单元，然后控制中心根据大概率摄制范围单元的泄露概率大小（泄露概率大小随该大概率设置范围单元内大概率泄露点的个数增多而增大）控制图像采集终端按泄露概率由大到小依次采集所有大概率摄制范围单元的热分布图像信息，热分布图像信息为大概率设置范围的热量分布图叠加至上述分布图像信息生成的组合图像。
当然，不同情况的管线泄露可能大小可根据预设规则或本领域技术人员经验指定，在考虑大概率泄漏点本身泄露可能大小不同时，对大概率设置范围内大概率泄露点个数的计算采用加权重的方式计算。
在大概率设置范围单元的热分布图像信息采集完毕后，控制中心根据区域图像信息和管线分布信息确定其余可能泄漏点，其余可能泄漏点即未摄制到的管线分布阵列点，对于其余可能泄露点同样可采用上述对大概率泄漏点的操作方式进行其所在位置的热分布图像信息采集，不做赘述。
进一步地，在确定大概率泄露点时，可由控制中心通过管线、设备的相关参数界限自动确定，如埋设时间大于预设时长、连接大于预设条数管线的管线接头、设备功率大于预设功率等等，当然，也可以由两个或多个相关参数形成函数、通过确定函数的界限确定大概率泄漏点的界限，上述内容，均可以由本领域技术人员根据经验以及常规技术手段得到，其为基于本方案原理根据实际应用需要的适应性调整过程，应划分于本方案的保护范围内。
在图像采集终端采集图像时，为了降低采集到的热分布图像信息受图像采集终端本身动作的影响，一般使图像采集终端悬停预设时长、进行图像采集工作，当然，为了保证高效工作，图像采集终端在飞行过程中、在不影响行进速度、保持一定图像采集精度的基础上也可以进行图像采集工作。
应说明，由于控制中心与图像采集终端实时信息交互，故在图像采集终端采集热分布图像信息的过程中，控制中心能够获得已经采集的热分布图像信息并进行处理，保证了高效的处理速度。
S104：上述控制中心根据热分布图像信息生成可疑位置信息并将可疑位置信息发送至泄露测试终端。
本步骤的具体包括以下子步骤：
S401：控制中心根据分布图像信息生成预计热分布图像。
预计热分布图像即根据地下管网的管线/设备的埋设深度、承载流体性质、管线/设备规格等结合地质情况、其他环境因素等环境情况预先估计得到的指定区域的热分布图像，地下管网的具体情况包含于上述管线分布信息，环境情况包含于区域图像信息，故控制中心能够根据分布图像信息生成预计热分布图像。
S402：将热分布图像信息叠加至分布图像信息生成实际热分布图像。
实际热分布图像即指定区域地表的实际热量分布，其为上述热分布图像信息叠加至分布图象信息形成的综合结果。根据步骤S103的叙述，控制中心接收到的热分布图像信息为单元范围的热分布图像信息，在控制中心接收到一单元范围的热分布图像信息时会将该单元范围的热分布图像信息直接缩放至分布图像信息中的对应范围，单元范围与对应范围的匹配过程可采用图像特征比对技术，不作展开介绍。
当然，考虑到所有单元范围的热分布图像最终需要包含所有地下管网的管线，故依次传输至控制单元并叠加至分布图像信息难以避免的会有叠加部分，对于图像叠加部分的处理方式一般为两种，一种是采用图像融合处理技术使叠加部分的热分布图像信息进行融合，此时融合部分的热分布图像信息显示的热分布图像每个位置点均为该位置点先后两次采集热量的平均值，另一种是再图像叠加部分使后接收到的热分布图像信息覆盖替换先接收到的热分布图像信息。计算平均值能够降低单次采集热分布图像信息的误差对管网泄露位置的确定造成的影响，新图像覆盖替换旧图像能够使热分布图像及时更新，从而获取最新的热分布图像信息，两种方式均具备各自的优点，可根据实际情况需要选用，也可以拓展为采用边线分割裁切的技术对热分布图像信息进行频接等其他处理方式，具体对图像叠加部分的处理方式视具体情况而定。
S403：将实际热分布图像与预计热分布图像进行比对生成热偏差区域信息。
热偏差区域信息即包含实际热分布图像于预计热分布图像出现热量偏差的区域。具体来说，对于处于指定环境状况、埋设于指定深度、承载有指定流体的指定管线/设备于地表形成的热晕形状是可以大致计算的，预计热分布图像即地下管网中所有管线/设备形成的于指定区域地表形成热晕形状、结合其他环境状况生成叠加图像，实际热分布图像即热分布图像信息叠加至分布图像信息的显示结果，由于其他已知的环境状况已经考虑在内，故若实际热分布图像与预计热分布图像的某些区域出现较大的热量偏差，则该热量偏差大概率由于地下管网泄露、由泄露出的流体导致，即对热偏差区域信息的界定，即对管网泄露位置可能的区域进行界定。
S404：根据热偏差区域信息生成上述可疑位置信息。
可疑位置信息即地下管网泄露的可能位置，地下管网泄露的可能位置一般包含于管网泄露位置可能的区域。可疑位置信息为控制中心根据预设规则于热偏差区域信息指定的若干检测位置点，检测位置点优选为热偏差区域信息包含区域中热偏差最大的位置点，在一个热偏差区域信息包含区域中会根据区域大小设置若干检测位置点，热偏差区域信息的一个包含区域中的检测位置点由其中热偏差最大的检测位置点阵列辐散整个上述包含区域。
在一个示例中，控制中心根据热偏差区域信息中的热偏差大小对所有包含区域进行排序，然后依次对每个包含区域的检测位置点进行生成。
S105：上述泄露测试终端根据所述可疑位置信息获取测试结果信息并将测试结果信息发送至上述控制中心。
控制中心控制泄露测试终端依次移动至热偏差信息中每个包含区域，并在每个包含区域中对其中的检测位置点依次进行检测，从而生成检测结果信息。本方法步骤本质上为控制中心控制泄露测试终端进行其本身功能相关的测试工作的过程以及泄露测试终端于控制中心之间的通讯过程，因较为常规而不作展开。
泄露测试终端进行泄露测试工作时需要持续一段时长，时长可根据需要预先设定或实际调整，以便对地下环境的噪声进行较为全面的动态获取。当然，泄露测试终端在进行泄露测试工作之前还可以先对环境噪音进行测试，以便控制中心快速分辨环境噪音的频率，即提高了对环境噪音和漏水噪音区分的速度，进而方便了对管网泄露位置的快速确定。
S106：上述控制中心根据测试结果信息生成泄露位置信息。
测试结果信息为泄露测试终端采集到的声音信号，包含环境噪音、地下管网的水流声等以及可能包括的漏水声，由于测试结果信息中包含的不同声音信号的频率不同，故对测试结果信息进行频谱分析，即可确定各种声音信号的频带分布，在确定漏水声的频带分布后即可确定测试结果信息中是否包含漏水声，通过不同检测位置点的测试结果信息是否包含漏水声、包含漏水声的幅度大小等能够确定泄露位置，即生成泄露位置信息，泄露位置信息也为三维空间位置。
进一步地，在生成泄露位置信息后，控制中心根据测试结果信息和泄露位置信息生成泄露状况信息，泄露状况信息主要包括泄露速度，然后控制中心获取地下管网的流体入口和流体出口的压力变化验证该泄露速度是否准确，从而验证该泄露位置信息是否准确。
另外，上述泄露测试终端和图像采集终端均可根据实际需要或成本限制设置为一个或多个，具体数量以实际选择为主。当然地下管网内的流体也可以为温度较低的流体如冷水或常温水，其泄露也会引起泄露位置的地表出现热偏差，故该种情况本方案同样适用。
本实施例的实施原理为：图像采集终端和泄露测试终端先对自身于指定区域的位置进行精确定位，然后控制中心先控制图像采集终端对地下管网涉及的区域的热分布图像信息进行采集，跟分布图像信息进行比对确定存在热偏差的区域即热偏差区域信息，再由热偏差区域信息生成可疑位置信息以使泄露测试终端对可疑位置信息中的检测位置点进行泄露测试，然后根据测试生成的测试结果信息判断其是否为泄露位置即控制中心生成泄露位置信息，且控制中心根据泄露情况信息对泄露位置信息进行验证，保证泄露位置信息相对准确。
由于图像采集终端和泄露测试终端本身于指定区域内的位置较为精确，故方便了控制中心对图像采集终端和泄露测试终端的精确位置控制，保证整个泄露测试过程有个精度较高的开始；先采用热分布图像比对确定泄漏点可能处于的区域、再采用噪声分析确定泄漏点的精确位置，既提高了泄漏点位置确定的速度，也提高了泄漏点位置确定的精度；对确定的泄露点进行验证进一步提高了泄漏点位置确定的精度。
实施例二：
一种地下管网泄露位置确定系统，包括控制中心，控制中心包括用于获取所述地下管网的分布图像信息的分布图像获取模块、用于获取图像采集终端和泄露测试终端的实时位置信息的实时位置获取模块、用于获取图像采集终端发送的热分布图像信息的热分布获取模块、用于根据热分布图像信息生成可疑位置信息的可疑位置生成模块、用于根据测试结果信息生成泄露位置信息的泄露位置生成模块。
前述实施例中的地下管网泄露位置确定方法中的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的地下管网泄露位置确定系统，通过前述对地下管网泄露位置确定方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中的地下管网泄露位置确定系统的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。