苗妍

（建大博成工程設(shè)計(jì)有限公司）

1 引言

城市給水管網(wǎng)是城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行安全和可靠性對(duì)于保障城市居民的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)至關(guān)重要。然而，管網(wǎng)泄漏問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)困擾著城市供水系統(tǒng)的運(yùn)行，不僅浪費(fèi)了寶貴的水資源，還可能導(dǎo)致供水壓力下降、水質(zhì)變差等問(wèn)題。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法存在著效率低、成本高等問(wèn)題，難以滿足城市供水系統(tǒng)快速發(fā)展的需求。信息技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展為城市給水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)提供了新的途徑。本文將介紹信息技術(shù)和智能技術(shù)在城市給水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用，并探討未來(lái)城市給水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題概述

2.1 城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題的原因

城市給水管網(wǎng)是指為城市居民、企事業(yè)單位提供生活用水和生產(chǎn)用水的一系列水管和設(shè)施的集合體，包括了從水源地到用戶的輸水管道、水處理設(shè)施、儲(chǔ)水設(shè)施、配水管道、消防水管、監(jiān)測(cè)井、泵站等一系列設(shè)施。城市給水管網(wǎng)是一個(gè)需要不斷維護(hù)和更新的系統(tǒng)，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大、人口的不斷增加以及新的水源的不斷引入，城市給水管網(wǎng)的建設(shè)和管理面臨著諸多挑戰(zhàn)和問(wèn)題，如水資源的合理利用、管道老化和損壞、泄漏和漏水等問(wèn)題。因此，科學(xué)、合理、高效的城市給水管網(wǎng)建設(shè)和管理成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。

城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致大量的水資源浪費(fèi)、能源消耗和環(huán)境污染，影響城市的可持續(xù)發(fā)展和居民的生活質(zhì)量。泄漏的主要原因包括以下幾個(gè)方面。①城市給水管網(wǎng)使用時(shí)間較長(zhǎng)，一些管道已經(jīng)老化，從而出現(xiàn)了管道漏水問(wèn)題。②管道在施工、維護(hù)、改建等過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)損壞，從而導(dǎo)致泄漏問(wèn)題。③管道之間的連接不當(dāng)、材料質(zhì)量差等問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致管道泄漏。④地面工程施工過(guò)程中，壓壞或損傷了埋地管道，從而導(dǎo)致漏水問(wèn)題。給水管網(wǎng)在供水過(guò)程中，水壓波動(dòng)過(guò)大，管道容易破裂或滲漏[1]。

2.2 處理好城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題的重要性

城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題需要及時(shí)處理和修復(fù)，否則會(huì)造成水資源的大量浪費(fèi)、供水壓力不足、管道老化加劇等問(wèn)題。城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)、能源消耗和環(huán)境污染等問(wèn)題，嚴(yán)重影響城市的可持續(xù)發(fā)展和居民的生活質(zhì)量。給水管網(wǎng)泄漏不僅會(huì)導(dǎo)致水壓降低、供水不足，還可能使得管網(wǎng)發(fā)生爆裂等嚴(yán)重事故，給城市居民帶來(lái)生命財(cái)產(chǎn)的威脅。而且，泄漏水會(huì)在管道運(yùn)輸過(guò)程中摻入大量的空氣，使得供水中氧化劑含量增加，從而加速供水管道的腐蝕，進(jìn)一步加劇泄漏問(wèn)題[2]。因此，城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題的解決，是保障城市居民生活水平和城市可持續(xù)發(fā)展的必要條件。針對(duì)泄漏問(wèn)題，可以采用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，如管網(wǎng)壓力測(cè)試、水質(zhì)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)井內(nèi)檢測(cè)等方法，也可以采用信息技術(shù)和智能技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。

3 傳統(tǒng)方法與新技術(shù)的對(duì)比

3.1 城市給水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)技術(shù)的傳統(tǒng)方法

城市給水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)的傳統(tǒng)方法包括以下幾種。管網(wǎng)壓力測(cè)試法是通過(guò)給管道注入一定量的水，增加管道內(nèi)部壓力，觀察壓力變化以確定是否存在泄漏問(wèn)題。監(jiān)測(cè)井內(nèi)檢測(cè)法是在給水管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)井內(nèi)布置傳感器，監(jiān)測(cè)水位和水壓變化，通過(guò)變化情況來(lái)判斷是否存在泄漏問(wèn)題。水質(zhì)檢測(cè)法是對(duì)給水管網(wǎng)內(nèi)的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果檢測(cè)到水質(zhì)異常則判斷存在泄漏問(wèn)題。人工巡查法由專業(yè)工作人員對(duì)給水管道進(jìn)行巡查，尋找管道是否存在漏水、滲漏等問(wèn)題。這些傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法存在著一些缺點(diǎn)和局限性。例如，管網(wǎng)壓力測(cè)試需要關(guān)閉管道，消耗大量的水資源和時(shí)間，而且無(wú)法檢測(cè)到小漏點(diǎn)和隱蔽的泄漏問(wèn)題；監(jiān)測(cè)井內(nèi)檢測(cè)需要在井內(nèi)布置傳感器，且只能監(jiān)測(cè)到井內(nèi)的泄漏問(wèn)題，無(wú)法確定具體泄漏點(diǎn)的位置；水質(zhì)檢測(cè)需要分析復(fù)雜的水質(zhì)數(shù)據(jù)，時(shí)間和人力成本高等問(wèn)題。因此，需要通過(guò)信息技術(shù)和智能技術(shù)來(lái)提高泄漏檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

3.2 與傳統(tǒng)檢測(cè)方式相比的優(yōu)勢(shì)

信息技術(shù)和智能技術(shù)在城市給水管網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用，可以提高泄漏檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，其應(yīng)用內(nèi)容主要包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、GIS技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等方面。相對(duì)于傳統(tǒng)方法，這些新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)突出。傳統(tǒng)方法需要人工巡檢，耗時(shí)費(fèi)力且容易遺漏。而新技術(shù)如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)和智能圖像識(shí)別技術(shù)等，可以快速實(shí)現(xiàn)對(duì)管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，并通過(guò)對(duì)管道的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)識(shí)別，大大提高了檢測(cè)效率。傳統(tǒng)方法容易出現(xiàn)漏檢和誤判的情況，而信息技術(shù)和智能技術(shù)可以通過(guò)多種數(shù)據(jù)源的融合和分析，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。例如，傳統(tǒng)方法無(wú)法確定泄漏點(diǎn)的位置和大小，而新技術(shù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別等技術(shù)，精準(zhǔn)識(shí)別出管道中存在的泄漏問(wèn)題，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)方法需要大量人力物力投入，成本較高。而信息技術(shù)和智能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化監(jiān)測(cè)，大幅降低了檢測(cè)成本。傳統(tǒng)方法需要大量的人員投入進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)，而信息技術(shù)和智能技術(shù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和可視化展示等方式，使得管理和維護(hù)更加便捷。在適用范圍方面，傳統(tǒng)方法適用于一般情況下的泄漏檢測(cè)，但無(wú)法應(yīng)對(duì)特殊情況和隱蔽泄漏問(wèn)題。而新技術(shù)可以應(yīng)對(duì)各種不同的泄漏情況，如隱蔽泄漏、管道損壞等[3]。

4 如何應(yīng)用信息技術(shù)與智能技術(shù)解決城市給水管網(wǎng)檢測(cè)

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)時(shí)傳感監(jiān)測(cè)

在城市給水管網(wǎng)檢測(cè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)時(shí)傳感監(jiān)測(cè)結(jié)合，能夠?yàn)槌鞘泄┧踩峁?qiáng)有力的技術(shù)支撐。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心在于設(shè)備之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和智能處理。可以通過(guò)在關(guān)鍵部位部署傳感器，對(duì)給水管網(wǎng)進(jìn)行全面覆蓋，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的細(xì)節(jié)到整體的監(jiān)測(cè)。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)水流、水壓、水質(zhì)以及其他關(guān)鍵參數(shù)，確保水質(zhì)的安全與穩(wěn)定。一旦傳感器檢測(cè)到參數(shù)的異常變化，如水壓驟降或水質(zhì)突變，它們會(huì)立即通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)。管理人員接收到異常報(bào)警后，可以通過(guò)中央系統(tǒng)對(duì)異常地點(diǎn)進(jìn)行精確定位，進(jìn)而迅速采取相應(yīng)措施[4]。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)時(shí)傳感監(jiān)測(cè)結(jié)合還有效避免因設(shè)備老化或外部因素導(dǎo)致的突發(fā)事件，管理人員可以根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)提前進(jìn)行維修或更換。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以幫助管理人員實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)給水管網(wǎng)的宏觀管理，基于數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)制定出更加合理和科學(xué)的維護(hù)計(jì)劃，大大提高了城市供水的安全性和穩(wěn)定性。

4.2 智能圖像與聲學(xué)分析

智能圖像與聲學(xué)分析技術(shù)正在改變傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，為城市供水安全提供了新的技術(shù)手段。一方面，智能圖像技術(shù)可以精確地定位管網(wǎng)中的裂縫、老化和其他潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素。利用高分辨率攝像頭，可以得到管道內(nèi)部的清晰圖像，這些圖像可以進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行分析，以自動(dòng)檢測(cè)和標(biāo)識(shí)出潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。隨著深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，圖像分析的精確性和速度都得到了顯著提高。例如，當(dāng)攝像頭捕捉到某個(gè)區(qū)域的圖像時(shí)，通過(guò)預(yù)先訓(xùn)練的模型，系統(tǒng)可以迅速判斷這個(gè)區(qū)域是否存在泄漏、破損或其他問(wèn)題。另一方面，聲學(xué)分析技術(shù)在給水管網(wǎng)檢測(cè)中也起到了關(guān)鍵作用。泄漏點(diǎn)或裂縫會(huì)產(chǎn)生特定的聲波特征，通過(guò)部署在管網(wǎng)中的高靈敏度麥克風(fēng)或其他聲學(xué)傳感器，可以捕獲到這些聲波。隨后，通過(guò)專門的聲學(xué)分析軟件，可以識(shí)別這些聲波特征，并準(zhǔn)確地確定泄漏點(diǎn)或裂縫的位置。聲學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常聲音，即可迅速發(fā)出警報(bào)，從而確保及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。結(jié)合智能圖像與聲學(xué)分析，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市給水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且可以在問(wèn)題尚未變得嚴(yán)重之前及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。這種綜合應(yīng)用極大地提高了檢測(cè)的精確性和效率，使得城市供水更加安全和穩(wěn)定。

4.3 預(yù)測(cè)性維護(hù)與數(shù)據(jù)分析

預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的目標(biāo)是在問(wèn)題真正發(fā)生之前采取預(yù)防性措施。數(shù)據(jù)是預(yù)測(cè)性維護(hù)的基礎(chǔ)。例如，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的回溯分析，系統(tǒng)可能發(fā)現(xiàn)某一段管網(wǎng)在每年的某個(gè)時(shí)期都會(huì)出現(xiàn)流量異常的情況，這可能與氣候、用戶需求或其他外部因素有關(guān)。基于這一發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)在下一個(gè)相同時(shí)期，這一段管網(wǎng)可能再次出現(xiàn)問(wèn)題，從而提前進(jìn)行維護(hù)和調(diào)整。這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)時(shí)傳感監(jiān)測(cè)。日常數(shù)據(jù)在被傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)前，首先經(jīng)過(guò)初步處理和篩選，以確保數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。中央處理系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析與處理，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)相結(jié)合，預(yù)測(cè)給水管網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。除了基于歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)分析還可以幫助發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)中的隱藏問(wèn)題。通過(guò)對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)水中的污染物或雜質(zhì)，提前采取措施，確保供水的安全性。因?yàn)轭A(yù)防性的維護(hù)總是比應(yīng)急維修更加經(jīng)濟(jì)有效，因此這種方法還極大地節(jié)約了維護(hù)成本。

4.4 智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)

在城市給水管網(wǎng)的檢測(cè)與維護(hù)中，智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)近年來(lái)逐漸嶄露頭角，為傳統(tǒng)的管道維護(hù)帶來(lái)了技術(shù)革命。與傳統(tǒng)手段相比，這種技術(shù)具有干預(yù)少、效率高和準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。智能移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)內(nèi)置的高精度傳感器和高清攝像頭，在管網(wǎng)內(nèi)部移動(dòng)，實(shí)時(shí)捕捉和傳輸關(guān)于管道的圖像、溫度、流速和其他關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)據(jù)。結(jié)合先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，機(jī)器人能夠自動(dòng)識(shí)別管道的裂紋、銹蝕、堵塞和其他異常狀態(tài)。而且，其內(nèi)部裝載的智能算法能夠基于收集到的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提前向維護(hù)團(tuán)隊(duì)發(fā)出警報(bào)[5]。此外，智能移動(dòng)機(jī)器人能夠在復(fù)雜的管網(wǎng)環(huán)境中自主巡航，確保在檢測(cè)過(guò)程中能夠到達(dá)管網(wǎng)的每一個(gè)角落。隨著無(wú)線通信和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展，操作員可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的地方操控機(jī)器人，大大提高了工作的安全性和效率。智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)為城市給水管網(wǎng)檢測(cè)提供了一個(gè)高效、精確且安全的解決方案，預(yù)示著未來(lái)城市供水維護(hù)的新方向。

5 結(jié)語(yǔ)

城市給水管網(wǎng)泄漏問(wèn)題是一項(xiàng)全球性的難題，給水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展對(duì)城市供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行和水資源的有效利用具有重要意義。信息技術(shù)和智能技術(shù)的應(yīng)用為城市給水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)提供了新的思路和技術(shù)手段，使得泄漏檢測(cè)更加準(zhǔn)確、高效、可靠。信息技術(shù)的應(yīng)用可以建立高效的管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)分析和處理的精度，從而實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警和精準(zhǔn)排查；智能技術(shù)的應(yīng)用則可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和分析，提供精準(zhǔn)的診斷和預(yù)測(cè)服務(wù)，降低泄漏檢測(cè)的成本和時(shí)間。這些技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)城市供水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，保障水資源的安全和可持續(xù)利用。