不同噪音监测仪性能对比分析

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管网漏损为水司带来较大的经济财产损失，为将漏损率控制在9%以下，水司采取了多种基于硬件设备的主动漏损控制技术[1，2]，包括听漏杆检漏法、相关仪分析法、噪音监测仪监测法等等[3]。其中，噪音监测仪利用底部强磁铁吸附在金属管道或配件表面，通过监听并分析一定时间段内管道噪音，对管道是否有漏水情况进行报警。可通过将设备吸附于阀门或管道上，实现固定点位或移动点位安装监测，相较于传统听漏杆检漏等，有可长时间自动监控、安装便捷无需开挖等优点，是目前多个水司[4]试点使用的主动漏损监测方法。然而，由于设备本身成本较高，根据设备型号不同，单台购买成本在5000~15000元不等，且单台设备的监测距离有限，最大监测范围（单侧）在200m左右，导致其大面积覆盖需要耗费较大成本，目前仅北京、上海、绍兴等地区在局部重点区域开展覆盖式安装，其他地区都以点状安装为主，且安装的设备类型各有不同。这导致各类设备在实际监测应用的样本数不足，在当前供水管网监测环境复杂多样、周边干扰大、影响因素多的客观条件下，较难对常用的各类噪音监测仪性能进行定性对比与评价。针对如上问题，为充分比对各型设备性能，为后续设备的使用提供更合理的依据，并形成设备监测的系统性方法，笔者通过广泛调研，选取目前市场上较成熟的A、B、C三类噪音监测仪进行定性试验研究分析，以期对设备性能有更深入了解，从而根据现场的实际情况，安装最合适的设备，实现最优的监测目的；并探索设备优化应用的可行性。

1试验场地及试验步骤

1.1试验场地

场地毗邻上海绕城高速及地铁站。工作时间段内，周边高架及地铁有较大背景噪音，场地内常有运送货物的叉车具备一定的偶发噪音干扰，与实际阀门井内监测环境的复杂背景噪音组成类似。为最大程度模拟实际环境，场地地坪为三分之二的混凝土地面、三分之一绿化覆土，与实际管道的地坪类型一致；试验管道为埋深1m的DN100球墨铸铁管。管道布局平面示意图见图1，其中V1阀门常关，其余阀门均为开启状态；在总长约100m的管道上，设置模拟漏点A，以及①、②、③共计3个设备安装点，模拟漏点上安装球阀及水表以实现流量控制及漏水量计量。

1.2试验步骤

1.2.1空白试验为判断场地背景噪音干扰状态，准备A、B、C三型设备各3台，在①、②、③设备安装点同步安装噪音监测仪，每个设备安装点安装A、B、C三型设备各1台。漏点A关闭，保持管道进水的情况下，设定三型设备在白天11:00-13:00及夜间2:00-4:00两个时段，同时进行连续监测分析，结果表明在白天及夜间，无漏点状态下三型设备均不产生报警，可见各型设备在单纯场地背景噪音条件下不会发生误报，可以进行后续试验。

1.2.2最低监测阈值在离漏点A距离17m的①号设备安装点安装A、B、C三型设备各1台，保持管道进水的情况下，打开漏点A，调节球阀，使漏量从1m3/h逐渐减小，每个漏量均在白天11:00-13:00及夜间2:00-4:00两个时段，同时进行连续监测分析，并记录监测结果及设备监测状态变化时对应的漏量。

1.2.3抗干扰能力将G1处1.5m铸铁管用PVC管替代，作为漏水噪音屏蔽，在离漏点A距离26m的②号设备安装点安装A、B、C三型设备各1台，保持管道进水的情况下，打开漏点A，设置为设备监测状态变化时的漏量，每个漏量均在白天11:00-13:00及夜间2:00-4:00两个时段，同时进行连续监测分析，并记录监测结果。
1.2.4监测距离在V1阀门关闭状态下，在离漏点A距离17m、26m、67m的①、②、③号设备安装点同步安装噪音监测仪，每个设备安装点安装A、B、C三型设备各1台，保持管道进水的情况下，打开漏点A，调节球阀，将漏量逐渐增加，在夜间2:00-4:00进行连续监测分析，并记录监测结果及设备监测状态变化时对应的漏量。

1.2.5数据通讯能力统计整个试验过程中各型设备数据通讯情况，对设备通讯能力进行对比。

1.2.6设备遮噪测试为最大程度降低路面噪音、施工噪音等对设备监测性能的干扰；考虑采用将设备经20×20×20cm泡沫块立方体物理遮噪后，安装于①号设备安装点，打开漏点A，记录监测频谱。

2试验结果分析

2.1最低监测阈值结果分析

试验结果表明，当漏量降低至0.91m3/h时，日间A设备不预警，B、C设备仍然预警，但是夜间的预警数值明显低于日间；当漏量降低至0.042m3/h时，仅B设备在日间及夜间均保持预警状态，见表1。由试验结果可知，B设备的最低监测阈值最低。漏量下降至0.91m3/h时，A设备在屏蔽干扰噪音的同时，也屏蔽了漏水噪音，这导致了白天不预警而夜间预警状态的产生；而B、C设备对干扰噪音的屏蔽，没有影响最终的预警状态，但是白天预警数值偏高，可见噪音对于报警结果仍然产生了一定的干扰。为验证各型设备抗干扰能力，设计了抗干扰试验。

2.2抗干扰能力结果分析

在0.91m3/h和0.042m3/h两种漏量下，试验结果见表2。由表2可知，在夜间设备监测数值均较低且无预警的情况下，仅A设备日间维持正常无预警状态，结合最低监测阈值试验中B及C设备日间监测值均较夜间高出20~30；可见，A设备对外界干扰的屏蔽效果最优，但屏蔽效果的弊端在于微小的漏水声音也会被当作干扰屏蔽，从而对最低监测阈值造成不利影响，而B和C均存在日间受干扰反馈疑似的情况。因此，在后续监测距离试验时，采用夜间试验方式，排除相关干扰影响。

2.3监测距离结果分析

将漏点水量逐渐增大至2.59m3/h时，试验结果见表3。由表3可知，在距离设备安装点68m时仅有B设备反馈疑似，A及C设备均显示正常，可见在模拟测试场地的极限漏量状态下，B设备的监测距离最远，这也从侧面印证了其监测阈值最低的试验结果。

2.4数据通讯能力结果分析

在上述三个试验中，A设备断通讯三次，C设备断通讯一次，虽总样本量较小，但仍可发现A设备在通讯能力上存在短板，原因有待进一步探索。

2.5设备遮噪测试结果分析

遮噪前后设备频谱图详见图2，遮噪后在1357Hz以上的音频明显减少，452.40~1357.20Hz之间的异常高峰值亦不可见；通过设备的日常应用发现，漏水噪音最常分布在300~500Hz左右，1500Hz以上的声音一般非漏点声音，且频谱图的单高峰均为异常噪音导致。由此可见，采用物理遮噪后，外界干扰杂音被有效过滤，可以更好的帮助设备监听实际漏点的声音。

3讨论与建议

3.1试验结果讨论

自公司引入噪音监测仪以来，其应用范围及设备数量逐步增长，2020年至今设备已于多个所推广使用。在实际使用过程中，对设备在线率、报警率、真实报警率等数据统计见表4。其中，设备在线率统计方式为：连续三天断通讯认定为设备不在线，若三天内可运维恢复的则不计入统计；报警率为所有设备安装点位中发生报警点位的占比；真实报警率为所有报警中真实报警的占比。结合试验结果，A型设备对于外界持续嘈杂噪音的屏蔽效果最优，但是噪音屏蔽的同时，当很小漏量漏水噪音与外界持续噪音叠合时，会导致小漏量漏水噪音被同步屏蔽；这也解释了A设备报警率最低且漏点发现率较高的原因，即其噪音屏蔽效果导致其受干扰产生误报的频率较低，因此其报警点位更可能为真实漏点。但是同时，该性能也可能会导致小漏量漏点被忽略；此外A型为分体式设备，外露线缆较多，因此更易受外部影响导致其在线率偏低。B型设备的监测阈值最低，因此其报警率在三型设备中最高，这有利于其探测较小漏量的漏水点，但同时也导致其受干扰产生的总报警数量也较高，会间接导致人工复核工作量的增加。C型设备的报警率居中，真实报警率偏低，这也证实了其试验中，监测阈值和抗干扰能力居中的结果。

3.2设备使用建议

结合上述试验及实际应用结论，给出A、B、C三型设备的使用建议如下：B设备监测阈值较低的特点，较适合移动轮换安装或在重要管网上安装，进行管道漏水监测，可最大限度的发现漏点；C设备预警信息仍需结合之前7~14天的数据进行分析，可进行定点监测，从而监测管道状态趋势，进行预防；在GPRS信号较差的地区如高楼、高架周边，避免使用A设备；在夜间偶发性干扰较多的地区，可采用A设备实现监测，降低误报率。

3.3安装要求

设备最优安装点为直接安装于管道上，为不开挖路面，通过阀门井实现设备的安装是最可行的方式，这对阀门井的清掏养护要求较高，尤其上海地下水位较高，埋深较深的管道及阀门井经常发生水没等情况，对设备的运行状态造成一定影响，此时为保障设备监测效果，通常采用将设备安装于阀门上格兰的方式，尽量保障设备安装点位于地下水位以上。同时，在使用中发现，当阀门井盖材质为金属或厚度较大时，三型设备均有发生断通讯的情况，可通过安装延长天线的方法，改善断通讯情况；对周边噪音干扰较大的监测点位，可采用物理遮噪的方式，尽可能降低周边干扰影响。

4结论

噪音监测仪作为一种可移动的、无需破坏路面的漏损监测设备，目前已应用于上海供水管网的检漏工作中，设备原理为通过分析2h的数段最低音频，对各频率声音出现的频次进行绘图分析、同时综合其频宽、音强，结合噪音持续性等因素，得出是否漏水的结果。设备性能测试时，应在漏点距离或漏量两个因素中保持一个为恒定量，另一个为变量，从而逐步测试各设备的最低监测阈值。在对目前使用的三型设备性能测试试验中发现，A设备抗干扰能力强但信号传输能力较弱，B设备监测灵敏度高，C设备性能居中。由此建议在高架、高楼密集等信号较弱地区避免使用A设备，在外界音频干扰较多如夜间车辆较多路段区域可采用A设备以排除一定干扰；在微小漏水即可能造成较严重影响的位置采用B设备监测。在设备使用中，应尽量安装在管道上，从而避免水没，且当安装设备的阀门井井盖材质为金属或较厚时，宜安装延长天线以确保设备正常通讯。此外，通过泡沫块立方体的物理遮噪，可有效屏蔽外界干扰噪音，使设备监测的频谱图更接近实际漏点音频，更利于人工漏点识别。后续在运维工作中，仍需细化收集相关信息，如预警时的数值及音频和发现漏点的距离、管道材质、管龄、漏量、漏点类型等，从而进一步分析设备使用效果，提高预警准确率，发挥噪音监测仪预警的最大效益。

参考文献

[1]王雪峰,曲扬,丁毅飞.世博园区浦东片供水管网漏损控制研究[J].给水排水,2012,48(S1):421-424.

[2]黎国良.顺德供水管网漏损控制策略与实践[J].中国给水排水,2014,30(18):55-57.

作者：王帅 单位：上海城投水务（集团）有限公司供水分公司