一、背景阐述
长距离自然水输水管道安全隐患的归因，一方面在于管道起伏、泵站启闭、阀门开关等造成的水锤问题，另一方面在于施工质量、土壤沉降、管道腐蚀、第三方开挖等原因造成的漏水和爆管。长距离自然水输水管道的安全检查主要依靠技术人员检漏设备的被动巡检方式，缺乏有效性和及时性，考虑采用主动监测、定位、评估等在内的技术方法及相应的管理体制解决。
配置一套实时在线管道泄漏安全监测系统，可在管道发生泄漏时，根据水流对管道壁的冲刷引起泄漏点发出振动和声波来监测渗漏和爆管预警，全天候监视管道运行，确保安全。
本文介绍的自然水管道测漏用水听器是管道泄漏监测系统的重要部件，它分两种，一种是压电式水听器另一种是光纤水听器，他们都可以每隔500m~1km左右布置一个，当两声波传感器之间发生泄露引起声波或振动时相邻水听器探测到该信号并对其进行识别与定位。
二、详细介绍
2.1、压电式水听器
它是一种能把水下声信号转换为电信号的换能装置，头部敏感元件为压电陶瓷，原理：采用PZT压电陶瓷作为换能材料,陶瓷管两并两串排列形成竹节状结构,以提高水听器的灵敏度及抗干扰能力。压电陶瓷管之间用绝缘垫圈粘接定位。陶瓷管在声压作用下形变,借助其压电效应，从而产生电信号输出。该款水听器往往跟高频压力传感器一起使用配套RTU实现管道压力、管道泄漏声信号数据远程传输到云平台，通过内置的卫星信号接收机（GPS和北斗双模），能够对数据采集的时间进行实时的校准，其精度能够达到1pps，确保进行定位计算的准确度。
本终端内安装4G无线通讯模块，并可以向下兼容2G/3G，能够将数据采集的数据通过运营商的无线网络、INTERNET发送到监控中心进行分析。
技术参数
工作频率范围：20Hz～50kHz
低频接收灵敏度：≥－172dB Vre: 1V/μPascal
工作电压：DC5V~12V
使用材质：橡胶+不锈钢
水平指向性：±1.5dB（50kHz）
垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范围）
承受静压：8Mpa
连接电缆：三芯屏蔽电缆，芯线定义：红（棕）线—12伏正；兰线—公共地线；其它—信号输出
防护等级：IP68，包括传感器电缆连接处
工作温度： -20 ℃～80 ℃
2.2 光纤水听器
工作原理：利用水声信号对光纤作用，引起光纤中传播光的强度、偏振、相位等变化从而感知水声信号的传感器。采用光纤干涉仪原理，以光为信息载体、光纤为媒质，探测水中声信息。内部含数米至数十米传感光纤，外界声信号引起光纤形变，改变光信号经传感光纤传输的光相移，并经干涉仪调制为光强度交变信号。
无论从技术优势、安全可靠性、报警准确率、定位精度，还是安装的便捷等方面综合比较，都具有优势，主要体现在如下几个方面：
1) 传感端全光纤，无源本安，无需供电；
2) 系统适应性强：可满足不同介质、不同长度的管线；
3) 无需全线占地补偿；
4) 全光纤寿命长，可靠性高，免维护。
技术参数
光纤水听器监测主机技术参数
■光纤类型：B11 类单模通信光纤
■通道数：64 通道，单通道接8只水听器
■声采样率：1212kHz，可扩展
■操作系统：Windows2000 以上中文版
■通信协议：提供标准接入协议，并按照相关规约传输给招标方要求的系统数据库
■远传通信接口：TCP/IP 接口，100M 以太网口
■电源要求：220VAC（±10%），50-60Hz
■设备工作温度：-5℃~+45℃
■设备工作湿度：0~85%（无凝露）
■传输光缆工作温度：-40℃~+70℃
光纤水听器技术参数
■工作频率：5Hz~5kHz，可扩展
■声压灵敏度：≥-150dB
■动态范围： 不小于 100dB
■测量范围：1000m
三、自然水管道测漏用水听器配套监测软件分析
软件主要由服务器、智能分析软件、预警算法等组成。可以监测管道发生泄漏并判断管道发生泄漏的情况和位置，及时预警。针对背景环境噪声，综合智能分析系统具备模式分析算法和深度学习算法，可自动进行识别、建库和学习，提高报警准确率。智能分析软件会对管道声数据进行长期建库，对泄漏信号位置、断丝位置、爆管位置等的监测可与管道GIS系统结合显示监测位置。
系统功能如下：
1) 监测管道泄漏信号，确定管道泄漏位置，对爆管进行预警；
2) 模式识别功能：泄漏信号特征准确提取，建立数据样本库，能将环境干扰信号滤除；
3) 支持自主无人值守运行；
4) 丰富的报警及记录功能：系统具有报警本地显示、记录、联动以及远程联动、查询功能。系统能提供实时的电子地图定位、语音报警、数据存储以及声光、短信报警功能；
5) 故障报警功能：系统软件具有故障报警功能。水听器传感器或传输光缆出现断裂时，系统将实时提供反馈信息，上传报警信号；
6) 系统具有“学习功能”，出现报警事件时，系统将采集信号与之前“学习”获得的信号进行对比分析，做出判断；