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[摘要]总结漏水声波数据分析中的几个常用参数，提出影响漏水可信度的两个关键因素，探讨用模糊推理进行漏水可信度分析的可行性，在此基础之上给出模糊推理的全过程。为供水部门进行科学有效的探漏工作提供了有利条件，对实际应用有很好的参考价值。
[关键词]模糊推理 探漏 噪声 数据分析
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0520112－02
城市供水管网是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的“生命线”，其正常运行和有效工作已成为城市保持生命活力的重要前提条件之一。随着城市化建设步伐的加快，城市供水区域不断扩大，城市管网敷设的距离不断增长，由于城市管网普遍存在老化等问题，造成管网漏失增大。管网漏失不但造成水资源的浪费，而且影响交通，造成停水，干扰市民的正常生产和生活，对企业的经济效益和社会效益会造成直接影响。故国内外供水企业无不把加强供水管网的漏损控制，降低管网漏损率作为企业的一项重要工作。
一、漏水声波数据分析对供水管网探漏的意义和难度
探测漏点是治理漏水的重要环节，可以有效地避免大范围漏水事故的产生，而及时地判断漏水的存在又是寻找漏点的前提，管道漏水时，水在一定的压力下从漏点喷出时会与管壁和周围介质发生摩擦、撞击，从而发出一种连续但不规则的噪音，这是漏水的重要特征，因此目前以声波检测为主要手段的测漏技术仍然占主要地位，但也存在一些不足之处：由于人的听觉灵敏度和分辨度相对较低，在许多情况下不能发现和判断漏水的发生；主要依靠探测人员的听觉和经验，探测质量和结果无法保证；探测结果没有记录，结果不能准确表示和表达，难以规范和控制探测的过程和结果。
二、国内外研究现状
世界上的许多国家早已经开始了探漏新技术和新仪器的研究，像英国的艾格玛（Enigma）、福克斯（Phocus）系列漏水声波数据采集分析系统已经有了广泛的应用。我国大规模的开展漏水探测始于1996年，当时主要采用国内一些公司从日本学习的漏水探测技术，其技术核心是依靠人的漏水听音经验，由于其技术的局限性，已经无法满足目前自来水公司对管道漏水探测的需求。近年来，国内一些公司也已经涉足这一领域。例如保定市金迪公司开发了以仪器检测为核心的漏水探测技术，并已经运用到澳门、广东和吉林等多个自来水公司的漏水探测工程中，取得了很好的探测效果。
模糊推理技术是一种新型的、人工智能技术，在许多领域已得到广泛应用，如：预测预报、优化计算、模型识别等。它在供水管网探漏中的应用还是个新课题，但从模糊推理的原理框架及模型构建上看，应用到漏水声波数据可信度分析上是完全可行的。目前除了我们致力于这方面的研究以外，武汉自来水公司也正在进行这方面的探索与实践。
三、模糊推理在漏水声波数据可信度分析中应用的可行性
通过三年来与保定市自来水公司测漏所的合作，我们参与了大量实际供水管网探漏工程，也接触并使用了国内外一些公司的漏水声波数据采集仪器和数据解释软件。通过分析大量漏水声波数据图表之后，我们总结了用于声波数据分析的几个参数。有：临界值、最频噪声值、分布范围和最高频率、漏水可信度[3]。
临界值（Critical）：在绝大多数采集的噪声值中，持续噪声的最低值（dB）。
最频噪声值（Peak）：所采集的全部噪声值中出现频率最高的噪声值（dB）。
分布范围（Spread）：临界值和最频噪声值之间的噪声值范围(dB)。漏水声音是持续的，而其它干扰噪声是不持续的。所以分布曲线窄且对称、表明存在平稳的持续噪声源，环境干扰噪声较小，很有可能存在漏水发生；噪声分布曲线宽、不对称、表明存在不平稳的持续性较差的噪声源，环境干扰噪声较大，应无漏水发生。
最高频率（Counts）：在所采集的全部噪声值中，最频噪声值的样点数占全部采样点数的百分比。最高频率越大，所记录的噪声越为持续平稳，越能说明该噪声是由平稳的持续噪声源引起的，并很有可能是由漏水发生引起的。
漏水可信度（Leakage Confidence Factor）：漏水可信度用于评价采集噪声由漏水引起可能性的可靠程度。漏水可信度一般可以这样描述：非常可信、可信、漏水噪声和其它噪声、没有漏水、一定没有漏水。
这其中我们发现影响漏水可信度的因素主要源于两个方面：一是分布范围，二是最高频率。一个靠听音和噪声数据分析来判断漏水的工作人员的判断经验可以这样用语言来描述：窄且对称、分布范围不大，最高频率较大的数据表示漏水发生的概率很高。但他很难给出准确的数据表达。这完全符合模糊推理中双输入单输出的模糊推理器结构和模糊推理规则，这样看来用模糊推理进行漏水可信度分析是完全可行的[1]。
四、基于模糊推理的漏水声波数据可信度分析的实现
（一）选择模糊推理器的结构
根据该推理任务的目的要求和总结探漏工作人员的判断经验，探漏工作人员实际上是根据噪声数据的分布范围和最高频率这两个量来进行判断的，故选择双输入单输出的模糊推理器。推理器的输入输出语言变量分别取分布范围S，最高频率C，漏水可信度L。推理规则选为if A and B then C,如图1所示。
分布范围S的基本论域为［0,30］,取n = 2,其模糊集合论域为X ={-2，-1，0，1，2}。将S的基本论域分为5个等级PB、PS、ZE、NS、NB。通过总结探漏人员的实际判断经验（或采用模糊统计法），得到S的各模糊子集的隶属度函数。根据S的模糊集合论域元素和各模糊子集的隶属度函数建立语言变量S模糊子集隶属度表如表1所示[2]。
最高频率C的基本论域为［0,100］,取n= 2,其模糊集合论域为Y ={-2，-1，0，1，2，}。将C的基本论域分为5个等级PB、PS、ZE、NS、NB。根据结探漏人员的实际判断经验，得到C的各模糊子集的隶属度函数。根据C的模糊集合论域元素和各模糊子集的隶属度函数建立语言变量C模糊子集隶属度表如表2所示。
同理设漏水可信度L的基本论域为［0,100］,取n= 2,其模糊集合论域为Z={-2，-1，0，1，2，}。将L的基本论域分为5个等级PB、PS、ZE、NS、NB分别对应非常可信、可信、漏水噪声和其它噪声、没有漏水、一定没有漏水。根据探漏人员的实际判断经验，得到L的各模糊子集的隶属度函数。根据L的模糊集合论域元素和各模糊子集的隶属度函数建立语言变量L模糊子集隶属度表如表3所示。
（三）模糊推理过程
根据专家知识和总结探漏人员的判断经验，对漏水可信度的模糊推理器采用if A and B then C的推理规则。再根据工作人员的判断经验总结出由25条模糊条件语句组成的一组推理规则。
最后通过取中位数法分析一下输出的模糊变量就可以给出漏水可信度。
五、结束语
本文设计了一种用模糊推理器进行漏水可信度分析的新方法，它有效克服了传统人工听音探漏和图表数据分析法的不足之处，用数学的方法对漏水声波数据进行了解释，虽然它不能完全取代操作者对采集结果的解释，但可以起到参考作用，做到有据可依，这对供水企业的探漏技术发展是很有意义的。
参考文献：
[1]蔡自兴，徐光佑．人工智能及其应用[M]．北京：清华大学出版社．2003：137-143.
[2]王勤．计算机控制技术[M]．南京：东南大学出版社．2003：144-148.
[3]高伟．供水管道检漏的基本内容及常规方法[J]．管道技术与设备，1999(4)：19-2.
[关键词]模糊推理 探漏 噪声 数据分析
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0520112－02
城市供水管网是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的“生命线”，其正常运行和有效工作已成为城市保持生命活力的重要前提条件之一。随着城市化建设步伐的加快，城市供水区域不断扩大，城市管网敷设的距离不断增长，由于城市管网普遍存在老化等问题，造成管网漏失增大。管网漏失不但造成水资源的浪费，而且影响交通，造成停水，干扰市民的正常生产和生活，对企业的经济效益和社会效益会造成直接影响。故国内外供水企业无不把加强供水管网的漏损控制，降低管网漏损率作为企业的一项重要工作。
一、漏水声波数据分析对供水管网探漏的意义和难度
探测漏点是治理漏水的重要环节，可以有效地避免大范围漏水事故的产生，而及时地判断漏水的存在又是寻找漏点的前提，管道漏水时，水在一定的压力下从漏点喷出时会与管壁和周围介质发生摩擦、撞击，从而发出一种连续但不规则的噪音，这是漏水的重要特征，因此目前以声波检测为主要手段的测漏技术仍然占主要地位，但也存在一些不足之处：由于人的听觉灵敏度和分辨度相对较低，在许多情况下不能发现和判断漏水的发生；主要依靠探测人员的听觉和经验，探测质量和结果无法保证；探测结果没有记录，结果不能准确表示和表达，难以规范和控制探测的过程和结果。
二、国内外研究现状
世界上的许多国家早已经开始了探漏新技术和新仪器的研究，像英国的艾格玛（Enigma）、福克斯（Phocus）系列漏水声波数据采集分析系统已经有了广泛的应用。我国大规模的开展漏水探测始于1996年，当时主要采用国内一些公司从日本学习的漏水探测技术，其技术核心是依靠人的漏水听音经验，由于其技术的局限性，已经无法满足目前自来水公司对管道漏水探测的需求。近年来，国内一些公司也已经涉足这一领域。例如保定市金迪公司开发了以仪器检测为核心的漏水探测技术，并已经运用到澳门、广东和吉林等多个自来水公司的漏水探测工程中，取得了很好的探测效果。
模糊推理技术是一种新型的、人工智能技术，在许多领域已得到广泛应用，如：预测预报、优化计算、模型识别等。它在供水管网探漏中的应用还是个新课题，但从模糊推理的原理框架及模型构建上看，应用到漏水声波数据可信度分析上是完全可行的。目前除了我们致力于这方面的研究以外，武汉自来水公司也正在进行这方面的探索与实践。
三、模糊推理在漏水声波数据可信度分析中应用的可行性
通过三年来与保定市自来水公司测漏所的合作，我们参与了大量实际供水管网探漏工程，也接触并使用了国内外一些公司的漏水声波数据采集仪器和数据解释软件。通过分析大量漏水声波数据图表之后，我们总结了用于声波数据分析的几个参数。有：临界值、最频噪声值、分布范围和最高频率、漏水可信度[3]。
临界值（Critical）：在绝大多数采集的噪声值中，持续噪声的最低值（dB）。
最频噪声值（Peak）：所采集的全部噪声值中出现频率最高的噪声值（dB）。
分布范围（Spread）：临界值和最频噪声值之间的噪声值范围(dB)。漏水声音是持续的，而其它干扰噪声是不持续的。所以分布曲线窄且对称、表明存在平稳的持续噪声源，环境干扰噪声较小，很有可能存在漏水发生；噪声分布曲线宽、不对称、表明存在不平稳的持续性较差的噪声源，环境干扰噪声较大，应无漏水发生。
最高频率（Counts）：在所采集的全部噪声值中，最频噪声值的样点数占全部采样点数的百分比。最高频率越大，所记录的噪声越为持续平稳，越能说明该噪声是由平稳的持续噪声源引起的，并很有可能是由漏水发生引起的。
漏水可信度（Leakage Confidence Factor）：漏水可信度用于评价采集噪声由漏水引起可能性的可靠程度。漏水可信度一般可以这样描述：非常可信、可信、漏水噪声和其它噪声、没有漏水、一定没有漏水。
这其中我们发现影响漏水可信度的因素主要源于两个方面：一是分布范围，二是最高频率。一个靠听音和噪声数据分析来判断漏水的工作人员的判断经验可以这样用语言来描述：窄且对称、分布范围不大，最高频率较大的数据表示漏水发生的概率很高。但他很难给出准确的数据表达。这完全符合模糊推理中双输入单输出的模糊推理器结构和模糊推理规则，这样看来用模糊推理进行漏水可信度分析是完全可行的[1]。
四、基于模糊推理的漏水声波数据可信度分析的实现
（一）选择模糊推理器的结构
根据该推理任务的目的要求和总结探漏工作人员的判断经验，探漏工作人员实际上是根据噪声数据的分布范围和最高频率这两个量来进行判断的，故选择双输入单输出的模糊推理器。推理器的输入输出语言变量分别取分布范围S，最高频率C，漏水可信度L。推理规则选为if A and B then C,如图1所示。
分布范围S的基本论域为［0,30］,取n = 2,其模糊集合论域为X ={-2，-1，0，1，2}。将S的基本论域分为5个等级PB、PS、ZE、NS、NB。通过总结探漏人员的实际判断经验（或采用模糊统计法），得到S的各模糊子集的隶属度函数。根据S的模糊集合论域元素和各模糊子集的隶属度函数建立语言变量S模糊子集隶属度表如表1所示[2]。
最高频率C的基本论域为［0,100］,取n= 2,其模糊集合论域为Y ={-2，-1，0，1，2，}。将C的基本论域分为5个等级PB、PS、ZE、NS、NB。根据结探漏人员的实际判断经验，得到C的各模糊子集的隶属度函数。根据C的模糊集合论域元素和各模糊子集的隶属度函数建立语言变量C模糊子集隶属度表如表2所示。
同理设漏水可信度L的基本论域为［0,100］,取n= 2,其模糊集合论域为Z={-2，-1，0，1，2，}。将L的基本论域分为5个等级PB、PS、ZE、NS、NB分别对应非常可信、可信、漏水噪声和其它噪声、没有漏水、一定没有漏水。根据探漏人员的实际判断经验，得到L的各模糊子集的隶属度函数。根据L的模糊集合论域元素和各模糊子集的隶属度函数建立语言变量L模糊子集隶属度表如表3所示。
（三）模糊推理过程
根据专家知识和总结探漏人员的判断经验，对漏水可信度的模糊推理器采用if A and B then C的推理规则。再根据工作人员的判断经验总结出由25条模糊条件语句组成的一组推理规则。
最后通过取中位数法分析一下输出的模糊变量就可以给出漏水可信度。
五、结束语
本文设计了一种用模糊推理器进行漏水可信度分析的新方法，它有效克服了传统人工听音探漏和图表数据分析法的不足之处，用数学的方法对漏水声波数据进行了解释，虽然它不能完全取代操作者对采集结果的解释，但可以起到参考作用，做到有据可依，这对供水企业的探漏技术发展是很有意义的。
参考文献：
[1]蔡自兴，徐光佑．人工智能及其应用[M]．北京：清华大学出版社．2003：137-143.
[2]王勤．计算机控制技术[M]．南京：东南大学出版社．2003：144-148.
[3]高伟．供水管道检漏的基本内容及常规方法[J]．管道技术与设备，1999(4)：19-2.