تشخیص نشت در شبکه های توزیع آب: یک مرور اجمالی

نشت در خطوط لوله انتقال منابع ، نگرانی فزاینده ای برای صنعت انتقال آب است. این امر نیاز به جلوگیری از تهدید نشت و به حداقل رساندن خسارت آنها از طریق تحقیقات گسترده در زمینه فناوری تشخیص نشت را ایجاد می کند. این کار تحقیقاتی با بررسی وب در پایگاه داده دانش و تجسم خروجی ها با استفاده از نرم افزار تجسم VOSviewer و CiteNetExplorer ، تحقیق کاملی در مورد تاریخچه نشت در خطوط لوله انجام می دهد. تجزیه و تحلیل شبکه وب دانش ، مجموعه ای از ده کلمه کلیدی مورد استفاده در زمینه تشخیص نشت در خطوط لوله را ارائه می دهد که در ادامه توضیح داده شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. علاوه بر این ، تجزیه و تحلیل عمیق از یک نمونه به طور تصادفی انتخاب شده از مقالات انجام شده است تا حس پیشرفت در صنعت طی چهار دهه گذشته را جلب کند. این مقاله همچنین یک رویکرد جدید را برای تعریف مراحل تشخیص نشت ، یعنی رویکرد شناسایی-بومی سازی و شناسایی نقاط تعریف می کند. علاوه بر این ، دو کلاس از سیستم های تشخیص نشت ، سیستم های تشخیص نشت ایستا و سیستم های تشخیص نشت پویا شناسایی شده اند. این دو سیستم و همچنین قابلیت تمایز آنها تعریف شده است. سرانجام ، این مقاله خلاصه ای از فن آوری های تشخیص نشت محبوب را ارائه می دهد تا درک گسترده ای از زمینه تحقیقات نشت نشت فراهم کند.

مقدمه
آب منبع حیاتی حیات در سیاره ما است. این کشور نقش اساسی در کشاورزی ، تولید ، تولید برق و سالم نگه داشتن بشریت دارد. تقریباً یک میلیارد نفر در سراسر جهان قادر به دسترسی به آب آشامیدنی تمیز نیستند (Krchnak 2016). آب شهری به طور مرتب با استفاده از خطوط لوله زیرزمینی منتقل می شود. خطوط لوله انتقال آب بطور دوره ای به طور متوسط ​​20 تا 30 درصد آب منتقل شده از طریق آنها را از دست می دهند و این تعداد در سیستم های قدیمی بویژه مواردی که از نگهداری ناکارآمد رنج می برند می توانند بالای 50 درصد افزایش یابد. دلایل مختلفی برای از بین رفتن آب در خطوط انتقال انتقال وجود دارد که شامل نشت ، خطای اندازه گیری ، مصارف عمومی مانند آتش سوزی و سرقت است (Hunaidi 2000؛ El-Abbasy et al. 2016). بحرانی ترین مسیر برای تلفات نشتی است ، زیرا در نظر گرفته می شود 70 درصد اتلاف آب در سیستم های انتقال آب تخمین زده می شود ، انتظار می رود این مقدار در شبکه های غیرمجاز بالاتر شود (Van Zyl and Clayton 2007). به طور مقایسه ای ، شبکه های خط لوله گاز از سرنوشت مشابه رنج می برند ، اما نتایج نشت در خطوط لوله گاز می تواند خطرناک تر و گرانتر از نشت آب باشد (Inaudi et al. 2008). در یک نمونه ، مطالعه ای در انگلستان انجام شد تا تأثیر آن نشت در یک شبکه آب شهری را مشخص کند. سالانه پیش بینی می شود که این کشور برای نصب و راه اندازی لوله ها و تعمیرات نشت ، 4 میلیون سوراخ را در شبکه جاده خود حفر کند. تأثیر پولی تعمیرات سالانه 7 میلیارد پوند (حدود 10 میلیارد دلار آمریکا) است. هزینه کلی را می توان به دو بخش اصلی تقسیم کرد ، 1.5 میلیارد £ (حدود 2 میلیارد دلار) هزینه خسارت غیرمستقیم و 5.5 میلیارد £ (حدود 8 میلیارد دلار آمریکا) در هزینه های تأثیرگذاری اجتماعی (رویال و همکاران 2011). یکی دیگر از جنبه های خطرات نشت ، تمایل آنها به رشد است. رشد نشت می تواند در صورت ورود شبکه های آبی و دفع آفات و آلاینده های محیط اطرافی آن به شبکه ، و برعکس آن در مورد شبکه های نفت و گاز که منجر به اثرات خطرناکی بر زندگی انسان می شود ، شود. 2013)

ضرر و زیانهای ناشی از نشت به تکنیک ها و رویکردهای جدید نیاز دارند تا تأثیر منفی آنها را به حداقل برسانند و در اسرع وقت با آنها مقابله کنند. در نتیجه ، محققان متعدد تلاش های خود را برای توسعه طیف گسترده ای از تکنیک های تشخیص نشت و محل نشت اختصاص داده اند. در این مقاله مروری بر تکنیک های تشخیص نشت مورد استفاده و پیشرفت در زمینه تشخیص نشت انجام شده است. برای جمع بندی اهداف این مقاله مروری:

(1)
بررسی کامل ادبیات با موضوع تشخیص نشت در خطوط لوله.

(2)
مطالعه ای در مورد پیشرفت روشهای تشخیص نشت در سالهای اخیر.

(3)
روشهایی را برای ارزیابی تکنیکها و فن آوری های تشخیص نشت پیشنهاد دهید.

روش شناسی
روش کلی این بررسی ادبیات را می توان در شکل 1 خلاصه کرد. اولین مرحله از این تحقیق جمع آوری مقدار قابل توجهی از آثار منتشر شده در مورد تشخیص نشت در شبکه های شهری است. برای این منظور ، پایگاه داده وب دانش (WoK) به عنوان پایگاه داده اصلی برای انجام جستجو انتخاب شد. کلمات کلیدی اصلی جستجو "تشخیص نشت در خطوط لوله" است. داده های جمع آوری شده از پایگاه داده WoK تجزیه و تحلیل خواهد شد تا یک حس از روند تاریخی ، فن آوری و جمعیتی در تحقیقات تشخیص نشت خط لوله داشته باشد. مرحله دوم انتخاب تصادفی بین 30 تا 35 مقاله در مورد موضوع و تجزیه و تحلیل مقالات انتخاب شده با عمق بیشتر است. این بر اساس این فرض است که n = 30 مرزی بین نمونه های کوچک و بزرگ است (هاگ و تانیس 2006). این رویکرد دو مجموعه داده اصلی ایجاد می کند ، مجموعه داده های WoK که حاوی تقریبا 1000 مقاله در موضوع خطوط لوله تشخیص نشت و مجموعه داده های عمیق برای این مقاله تحقیق است که به بررسی یک مجموعه مقالات تصادفی می پردازد. مجموعه داده های عمیق برای بررسی قابلیت ها و فناوری های مورد استفاده ، تجزیه و تحلیل خواهد شد. علاوه بر این ، مقالات برای پیشرفت تاریخی آنها و توزیع مدل ها در سطح فن آوری های مورد استفاده و قابلیت هایی که مدل ها ارائه می دهند ، ارزیابی می شوند. این تجزیه و تحلیل اجازه می دهد تا یک حس کلی در پیشرفت و جریان تحقیقات تشخیص نشت ایجاد شود.

تعریف تشخیص نشت
در سال 2009 ، همیلتون تشخیص نشت را به عنوان زیرمجموعه سه مرحله اصلی تعریف کرد که بومی سازی ، مکان یابی و سنجش یا LLP است. در جدول 1 ، بومی سازی به عنوان باریک شدن نشت به یک قطعه خاص در داخل شبکه یا یک منطقه اندازه گیری منطقه خاص پس از ظن نشت تعریف شده است. از این ابزارها می توان در این حوزه استفاده کرد مانند منطقه اندازه گیری منطقه و نظرسنجی های مناسب (El-Abbasy et al. 2016؛ Li et al. 2011). مرحله دوم مکان یابی است و اولین مرحله است که مکانی برای نشت تعیین می شود. به گفته همیلتون ، محل نشت به شعاع 30 سانتی متر گفته می شود. علاوه بر این ، ابزارهای مختلفی در این مرحله از جمله ابزارهای همبستگی و حسگرهای میکروالکترومکانیکی در دسترس هستند (Hamilton 2009؛ El-abbasy et al. 2014؛ El-zabab and al. 2016؛ Martini et al. 2015). سرانجام ، طبق گفته هامیلتون ، مرحله سوم مشخص خواهد بود. پین کردن اشاره فاز دیگری است که تخمین دیگری برای تعیین محل دقیق نشت اما در شعاع 20 سانتی متر تعیین می کند. در این مرحله ، ابزارهای متنوعی از جمله آبگریز و ژئوفون موجود است (Fantozzi et al. 2009؛ Royal et al. 2011). تفاوت ارائه شده توسط همیلتون بین مکان یابی و اشاره ، یک تفاوت 10 سانتی متر در شعاع است که ناچیز است و هیچ تفاوت واقعی بین فرآیندها یا نتیجه واقعی هر مرحله را ارائه نمی دهد. بنابراین ، ادغام دو مرحله به دلیل شباهت ، کارآمدتر است. در مقابل ، محققان متعددی در زمینه تشخیص نشت ، وجود یک جنبه چالش برانگیز دیگر در توسعه سیستم ها و رویکردهای تشخیص نشت را برجسته کرده اند. این چالش در تفاوت علائم نشت از جنبه های دیگر مانند پمپ ها یا یک هیدرنت باز است. این مشکل در چوبگیرهای نویز صوتی و شتاب سنج و سایر دستگاههای حسگر بی سیم که در تشخیص نشت مورد استفاده قرار می گیرند ، مشهود است. سنسورها هر نوع علامت و سیگنال شبیه به نشت را انتخاب می کنند و در نهایت آلارم کاذب را ارائه می دهند. هشدارهای دروغین برای دستگاههای نظارت بر شبکه های مربوطه ، هزینه نیروی کار و بودجه ایجاد می کنند (الذهاب و همکاران 2016؛ خولیفه و همکاران 2012؛ استویانف و همکاران 2007 ، 2007b). بنابراین ، مرحله جدیدی از تشخیص نشت پیشنهاد شده است ، و آن مرحله شناسایی است. همانطور که در جدول 1 توضیح داده شده است ، مرحله شناسایی در تعیین اینکه آیا علائم شناسایی می شوند و سیگنال های حاصل از آن نشان دهنده نشتی در شبکه خطوط لوله هستند یا خیر ، و همچنین نحوه تمایز بین نشت و سایر عوامل مؤثر در شبکه کار می کند. پس از آن ، مراحل تشخیص نشت اکنون می تواند به عنوان ILLP خلاصه شود ، شناسایی-بومی سازی-یافتن نقطه-نقطه. به دلیل اختلاف 10 سانتی متری بین دو فاز ، می توان مکان یابی و اشاره را بسیار امکان پذیر کرد. این روش به ایجاد سه مرحله مشخص و بدون ابهام کمک می کند. بنابراین ، رویکرد دیگر می تواند رویکرد ILP ، شناسایی-بومی سازی-نکته های برجسته باشد. در جایی که مرحله اول وجود یک نشت را مشخص می کند ، مرحله دوم قطعه محل نشت را مشخص می کند و سرانجام مرحله سوم محل دقیق نشت را با دقت خاصی مشخص می کند.