本公開屬于管道系統(tǒng)，涉及管網(wǎng)工程管理方法，尤其涉及供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、供熱企業(yè)對(duì)供熱舊有管網(wǎng)特別是一級(jí)管網(wǎng)的智能化改造中，部署物聯(lián)網(wǎng)終端時(shí)，存在既有基礎(chǔ)設(shè)施與現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)需求不匹配的技術(shù)問題，改造所涉及的供熱舊網(wǎng)，包括大量一級(jí)管網(wǎng)和少量二級(jí)管網(wǎng)，多為直埋或嵌墻敷設(shè)，未預(yù)留傳感器安裝艙室，為控制改造成本并最大限度減少對(duì)居民生活的干擾，新增物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)終端可行的部署點(diǎn)位主要包括現(xiàn)有的閥門井、檢查井及熱力小室。供熱舊網(wǎng)閥門井、檢查井及熱力小室主要用于閥門操作、管道檢修和泄水排氣，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，如壓力等的實(shí)時(shí)感知精準(zhǔn)度有較高要求，適于加裝物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)終端的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)位置需要進(jìn)行篩選。
2、供熱一級(jí)管網(wǎng)主要為長(zhǎng)輸管網(wǎng)，負(fù)責(zé)熱源到熱力站的熱能輸送，一些改造方案選擇使用接入低功耗廣域網(wǎng)（lpwan）的監(jiān)測(cè)終端部署感知層網(wǎng)絡(luò)以適配舊網(wǎng)改造的部署條件，然而，一方面由于供熱精細(xì)化管理要求，一二級(jí)管網(wǎng)都涉及增壓泵機(jī)或者控制閥門頻繁調(diào)節(jié)現(xiàn)象容易造成管網(wǎng)壓力隨機(jī)波動(dòng)，另一方面，因低功耗設(shè)計(jì)該類監(jiān)測(cè)終端片上時(shí)鐘不穩(wěn)定，大部分時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，通信周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間不準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)接收時(shí)間不同步，提供壓力數(shù)據(jù)難以滿足后續(xù)故障實(shí)時(shí)分析和預(yù)測(cè)的需要。
3、美國(guó)公開us12091842b2提供了一種基于瞬態(tài)特征進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析的監(jiān)測(cè)管道異常方法，其傾向于通過長(zhǎng)時(shí)間各點(diǎn)位的瞬態(tài)壓力采集實(shí)現(xiàn)管路異常的監(jiān)測(cè)，但未公開其具體數(shù)據(jù)采集方法，其樣本數(shù)據(jù)量也明顯不適用于目前公開的lpwan技術(shù)。中國(guó)公開cn113465019a提供了一種供熱管網(wǎng)異常失水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)方法，其涉及通過監(jiān)測(cè)前端的壓力特征信號(hào)序列的最大數(shù)據(jù)和最小數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)值的比較作為異常報(bào)警的依據(jù)，但其監(jiān)測(cè)方法獲得數(shù)據(jù)依然面向具體節(jié)點(diǎn)瞬態(tài)分析，在低功耗終端通信感知條件中無法實(shí)際應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本公開旨在提供一種部署于低成本lpwan的供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，能夠顯著提高對(duì)一級(jí)供熱管網(wǎng)的管壓感知精度以滿足后續(xù)管道故障分析和預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)需求。
2、現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)低功耗低成本物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，當(dāng)需要通過對(duì)來自不同傳感器的物理量計(jì)算獲得差值時(shí)，為避免求差物理量因處理過程帶來的誤差，一般通過共用片上時(shí)鐘及合并物理通信鏈路并合并打包（如nb-iot的coap消息協(xié)議）的方式保證采樣時(shí)間同步性，這種方式受協(xié)議影響數(shù)據(jù)量低且不能滿足長(zhǎng)距離采樣要求，即使在同一位置部署（如同一檢查井的供、回水壓差），受片上資源約束不能使用靈活的濾波算法或復(fù)雜換算。或者，使用高精度的通信校時(shí)協(xié)議在采樣和發(fā)送前同步片上時(shí)鐘，但是遠(yuǎn)程校時(shí)需要頻繁調(diào)用片上通信模塊，嚴(yán)重縮短終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。基于上述技術(shù)限制，實(shí)際工程感知監(jiān)測(cè)中仍以各終端逐點(diǎn)采樣為主，由于各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)缺乏同步性，當(dāng)故障分析精度要求提高時(shí)，難以向故障分析大模型等分析系統(tǒng)提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本公開第一方面通過多個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案是一種供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于基于低功耗廣域網(wǎng)（lpwan）部署的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)均至少包括位于平臺(tái)層或者應(yīng)用層的云端服務(wù)器，以及向系統(tǒng)發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)感知數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)終端，監(jiān)測(cè)終端與云端服務(wù)器通過系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)耦合，耦合鏈路包含低功耗廣域網(wǎng)，即監(jiān)測(cè)終端直接或者間接向這些云端服務(wù)器發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)感知數(shù)據(jù)。其中：
3、這些部署于感知層的監(jiān)測(cè)終端中的一些被部署于供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的供水管路和回水管路，以感知監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)水壓數(shù)據(jù)。其被配置為用于：在第一時(shí)間窗口內(nèi)，等間隔連續(xù)采集多個(gè)實(shí)時(shí)水壓數(shù)據(jù)，獲得第一時(shí)間窗口內(nèi)實(shí)時(shí)水壓數(shù)據(jù)的壓縮序列，從壓縮序列中自后向前截取出固定長(zhǎng)度的第一序列，以及在配置的發(fā)送時(shí)間向云端服務(wù)器發(fā)送第一序列；
4、部署于系統(tǒng)中平臺(tái)層或者應(yīng)用層的一些與上述監(jiān)測(cè)終端數(shù)據(jù)耦合的云端服務(wù)器被配置為用于：接所述第一序列，查找匹配的兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的第一序列，匹配關(guān)系滿足第一序列的接收時(shí)間均位于一個(gè)第二時(shí)間窗口內(nèi)并且，監(jiān)測(cè)終端分別位于同一監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的供水管路和回水管路或者位于同一管路的相鄰上下游監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。云端服務(wù)器的查找可以是循環(huán)主動(dòng)觸發(fā)式的也可以是根據(jù)請(qǐng)求被動(dòng)響應(yīng)式的。
5、其中，第一時(shí)間窗口的結(jié)束時(shí)間與發(fā)送時(shí)間具有基本固定的片上時(shí)鐘間隔。這些片上時(shí)鐘間隔用于控制后續(xù)匹配監(jiān)測(cè)終端數(shù)據(jù)序列對(duì)齊的難度以及為片上處理單元完成發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。在一些使用實(shí)時(shí)流式壓縮的監(jiān)測(cè)終端上，由于在接受時(shí)已完成壓縮，不需要額外的壓縮處理這個(gè)時(shí)間可以很短，控制為大于一個(gè)發(fā)送成功概率即可。另一些可能的方案中，需要另外對(duì)緩存中第一時(shí)間窗口部分或者額全部采集數(shù)據(jù)單獨(dú)實(shí)施壓縮，如一些動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的壓縮算法中，該時(shí)間應(yīng)當(dāng)為保證壓縮完成的最小時(shí)間。同時(shí)，第二時(shí)間窗口長(zhǎng)度小于監(jiān)測(cè)終端配置的相鄰兩次發(fā)送時(shí)間的間隔，以避免同一監(jiān)測(cè)終端在時(shí)間累積誤差過大時(shí)得到無效的對(duì)齊數(shù)據(jù)。
6、在第一方面的另一些實(shí)施例中，系統(tǒng)所部署的監(jiān)測(cè)終端還用于向所述云端服務(wù)器發(fā)送其部署管路與第一時(shí)間窗口對(duì)應(yīng)的水溫。由于水溫?cái)?shù)據(jù)一般具有較慢的變化速率，這些水溫可以由監(jiān)測(cè)終端在獲得采樣通道的傳感器在第一時(shí)間窗口的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)直接獲得，也可以通過在第一時(shí)間窗口內(nèi)多次采集獲得，以評(píng)估樣本水溫的測(cè)量誤差。一些具體示例中，這些水溫?cái)?shù)據(jù)可以由云端服務(wù)器用于計(jì)算管段兩端由于水溫差引起的不受流速影響的相對(duì)靜壓頭或者稱為靜壓差。
7、在第一方面的另一些實(shí)施例中，當(dāng)匹配的兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端位于同一管路的相鄰監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述云端服務(wù)器還用于查找該管路在所述相鄰監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)間管段的靜壓差，所述靜壓差包括相鄰監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)高度差引起的靜壓差。在監(jiān)測(cè)終端還用于向所述云端服務(wù)器發(fā)送其部署管路與第一時(shí)間窗口對(duì)應(yīng)的水溫的一些具體實(shí)施中，顯然靜壓差還包括該管段兩端由于水溫差引起的靜壓差。
8、在第一方面的另一些實(shí)施例中，云端服務(wù)器還用于，將匹配的兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的第一序列解壓縮后進(jìn)行時(shí)間序列對(duì)齊后獲得對(duì)齊部分的第一差值序列。
9、在第一方面的另一些實(shí)施例中，所述云端服務(wù)器還用于，對(duì)接收到的監(jiān)測(cè)終端的第一序列濾波處理生成第二序列。
10、結(jié)合上述第一方面的優(yōu)選實(shí)施例的，一些可能的改進(jìn)實(shí)施例中將匹配的兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的第二序列解壓縮后進(jìn)行時(shí)間序列對(duì)齊后獲得對(duì)齊部分的第二差值序列。
11、結(jié)合上述第一方面的優(yōu)選實(shí)施例的，一些可能的改進(jìn)實(shí)施例中差值序列為扣除對(duì)應(yīng)管道靜壓頭的動(dòng)壓差。
12、結(jié)合上述第一方面的優(yōu)選實(shí)施例的，一些可能的改進(jìn)實(shí)施例中獲得所述第一時(shí)間窗口內(nèi)實(shí)時(shí)水壓數(shù)據(jù)的壓縮序列的壓縮方法為具有最大誤差條件的線性擬合有損壓縮算法。
13、本公開第二方面通過結(jié)合多個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案提供一種供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)方法，以應(yīng)用于這些供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。一些具體實(shí)施的方法中包括步驟：當(dāng)查找匹配的兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的第一序列返回為空或者通過返回的兩個(gè)第一序列獲得對(duì)齊部分的時(shí)長(zhǎng)小于一個(gè)閾值時(shí)，調(diào)整所述匹配的兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的片上時(shí)鐘使各自的第一時(shí)間窗口基本為相同的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。本公開系統(tǒng)實(shí)施例側(cè)重公開一種新的供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得在基本不通過校時(shí)的情況下，基本實(shí)現(xiàn)真實(shí)差值的獲取，盡管系統(tǒng)容差極大，但是不能阻止長(zhǎng)期休眠運(yùn)行的監(jiān)測(cè)終端片上時(shí)間的極大漂移，第二方面這些方法實(shí)例提供了用于解決極大漂移的時(shí)機(jī)以及對(duì)象的技術(shù)方案。
14、本公開第三方面通過結(jié)合多個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案提供一種供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)方法，以應(yīng)用于這些供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。顯然這些基于新的供熱長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用方法可以帶來直接的技術(shù)效果。一些具體實(shí)施的方法中包括步驟：當(dāng)查找匹配的兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的第一序列返回非空時(shí)計(jì)算和/或更新所述兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的水壓示數(shù)和/或水壓差值示數(shù)。一些直接的具體實(shí)施中，云端服務(wù)器通過人機(jī)交互終端向用戶提供監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)水壓、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)供回水壓差、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)間管路水壓差中一個(gè)或多個(gè)物理量的示數(shù)。容易理解，這些示數(shù)的顯示過程的處理不局限于云端的數(shù)據(jù)服務(wù)器或者應(yīng)用服務(wù)器，其示數(shù)的計(jì)算可以是由本地應(yīng)用處理完成的，比如一些應(yīng)用中人機(jī)交互終端直接從云端獲得對(duì)應(yīng)管段上的兩個(gè)匹配監(jiān)測(cè)終端的第一或者第二序列并存儲(chǔ)于本地后，在一些應(yīng)用界面中在本地不必聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的壓力或者壓差示數(shù)，而系統(tǒng)本身可能并不包含這些通過api數(shù)據(jù)耦合的設(shè)備和應(yīng)用，但是這些應(yīng)用方法應(yīng)當(dāng)納入本公開的保護(hù)范圍。
15、盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從本公開多個(gè)方面的描述中直接理解本公開技術(shù)方案的各個(gè)方面的顯著技術(shù)效果，仍需要說明本公開在解決以下本領(lǐng)域具體技術(shù)問題時(shí)所獲得效果更為突出。對(duì)于長(zhǎng)輸管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，特別是壓力監(jiān)測(cè)部分，針對(duì)多設(shè)備壓力數(shù)據(jù)在時(shí)間與空間上難以統(tǒng)一的情況，如不同設(shè)備上傳頻率不同、時(shí)間戳不一致，且分布在不同地理位置，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法直接對(duì)比與聯(lián)合分析的問題，本公開一些實(shí)例采用多點(diǎn)位壓力數(shù)據(jù)的時(shí)空匹配與二次加工技術(shù),針對(duì)不同設(shè)備數(shù)據(jù)上傳時(shí)間不一致的問題，引入基于時(shí)間窗口的時(shí)序?qū)R與重采樣插值處理方法，對(duì)多源壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一時(shí)間尺度匹配，同時(shí)結(jié)合管網(wǎng)地理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將離散的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)映射為“節(jié)點(diǎn)—管段”模型，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位壓力數(shù)據(jù)在空間上的組織與關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，由傳統(tǒng)的單點(diǎn)壓力展示，升級(jí)為以下聯(lián)合計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)一呈現(xiàn)：同一地點(diǎn)供水壓力、回水壓力及供回水壓差；不同位置之間（如a點(diǎn)至b點(diǎn)、a點(diǎn)至c點(diǎn)、b點(diǎn)至d點(diǎn)）的供水壓降與回水壓降；多路徑、多管段的壓力變化特征對(duì)比分析。針對(duì)管網(wǎng)壓差與壓降計(jì)算精度不足，如考慮設(shè)備安裝高度不同，地勢(shì)落差帶來的靜壓影響未被有效消除，造成壓力差值不能真實(shí)反映管網(wǎng)水力狀態(tài)的問題，本公開一些實(shí)例引入靜壓修正的壓差與壓降計(jì)算方法解決設(shè)備安裝高度差異帶來的靜壓干擾，通過在壓差與壓降計(jì)算過程中引入靜壓修正模型，通過結(jié)合設(shè)備地理高程信息，計(jì)算并消除因地勢(shì)起伏產(chǎn)生的靜壓分量，從而獲得更符合實(shí)際水力工況的有效壓力差與壓降結(jié)果，從而有效避免了因地理落差導(dǎo)致的系統(tǒng)性誤差，使計(jì)算結(jié)果具備更高的工程可信度和可比性。針對(duì)單點(diǎn)壓力的報(bào)警模式可靠性不足的問題，考慮單設(shè)備壓力易受用戶行為與瞬時(shí)擾動(dòng)影響，報(bào)警閾值難以合理設(shè)定，存在誤報(bào)率高、異常發(fā)現(xiàn)滯后等因素，本公開一些實(shí)例基于位置間壓降特征實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警方法，如在報(bào)警策略方面，區(qū)別于傳統(tǒng)基于單點(diǎn)壓力值的報(bào)警模式，能夠基于位置間壓降特征的發(fā)現(xiàn)異常。以管段或路徑為監(jiān)測(cè)對(duì)象，實(shí)時(shí)分析其供水壓降與回水壓降變化情況。由于壓降在正常運(yùn)行工況下具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，這些方法可顯著縮小報(bào)警上下限閾值范圍。當(dāng)發(fā)生管道泄漏、局部堵塞或水力異常時(shí)，壓降指標(biāo)將率先出現(xiàn)異常波動(dòng)，使系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)問題的快速識(shí)別與精準(zhǔn)定位。