IPC分类号 : G01M3/28,G01L11/00,G01L9/00,G01L13/00,G01L15/00,G01L19/08
专利摘要
公开了一种用于评估管线系统中的管线的状况的方法和系统。所述方法包括：在沿着管线系统的产生位置处、在正被沿着管线系统运送的流体中产生压力波；在沿着管线系统的第一测量位置处检测第一压力波相互作用信号，第一压力波相互作用信号是由压力波与管线中的局部变化的相互作用得到的；然后在沿着管线系统的第二测量位置处同步地检测第二压力波相互作用信号，第二压力波相互作用信号是由压力波与管线中的局部变化的相互作用得到的。所述方法然后包含：比较第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号以相对于产生位置来确定第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的单个的特征的位置，所述单个的特征对应于来自管线中的局部变化的压力波反射；并且表征所述单个的特征以评估管线的状况。
权利要求
1.一种用于评估管线系统中的管线的状况的方法，所述方法包括：
在沿着所述管线系统的产生位置处、在正被沿着所述管线系统运送的流体中产生压力波；
在沿着所述管线系统的第一测量位置处检测第一压力波相互作用信号，所述第一压力波相互作用信号是由所述压力波与所述管线中的局部变化的相互作用得到的；
在沿着所述管线系统的第二测量位置处同步地检测第二压力波相互作用信号，所述第二压力波相互作用信号是由所述压力波与所述管线中的局部变化的相互作用得到的；
比较所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号以相对于所述产生位置来确定所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号中的单个的特征的位置，所述单个的特征与来自所述管线中的局部变化的压力波反射相对应，其中比较所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号包括通过对所述第一压力波相互作用信号和/或所述第二压力波相互作用信号进行时间平移来进行比较，以确定单个的特征的位置，包括确定所述局部变化位于所述产生位置的哪一侧；以及
表征所述单个的特征以评估所述管线的状况。
2.如权利要求1所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中确定所述局部变化位于所述产生位置的哪一侧包括：
选择一个测量位置作为参考测量位置，所述参考测量位置不位于所述产生位置处；
对于每个剩余的测量位置，确定每个剩余的测量位置：
是位于所述产生位置的与所述参考测量位置相同的一侧；
还是位于所述产生位置的与所述参考测量位置相比的相对侧；还是
位于所述产生位置处；
对位于所述产生位置的与所述参考测量位置相同的一侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用负的时间平移，所述负的时间平移对应于所述压力波从所述产生位置行进到相应的测量位置所花费的时间间隔；
对位于所述产生位置的与所述参考测量位置相比的相对侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用正的时间平移，所述正的时间平移对应于所述压力波从所述产生位置行进到相应的对置的测量位置所花费的时间间隔；
对位于所述产生位置处的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号不应用时间平移；以及
识别时间平移后的压力波相互作用信号中的共同特征，所述共同特征与位于所述产生位置的与所述参考测量位置相比的相对侧的局部变化的子集相对应。
3.如权利要求2所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，进一步包括：
对位于所述产生位置的与参考测量位置相同的一侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用正的时间平移，所述正的时间平移对应于所述压力波从所述产生位置行进到相应的测量位置所花费的时间间隔；
对位于所述产生位置的与所述参考测量位置相比的相对侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用负的时间平移，所述负的时间平移对应于所述压力波从所述产生位置行进到相应的对置的测量位置所花费的时间间隔；
对位于所述产生位置处的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号不应用时间平移；以及
识别时间平移后的压力波相互作用信号中的共同特征，所述共同特征对应于位于所述产生位置的与所述参考测量位置相比的同一侧的局部变化的子集。
4.如权利要求2所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，进一步包括将所述参考测量位置变到位于所述产生位置的相对侧的测量位置。
5.如权利要求2至4中任一项所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述参考测量位置对应于假想测量位置。
6.如权利要求1至4中任一项所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中表征单个的特征以评估管线的状况包括对所述第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的与来自所述管线中的局部变化的压力波反射相对应的单个的特征应用阈值标准以确定所述局部变化是否是所述管线系统的液压特征或液压组件。
7.如权利要求6所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中确定所述局部变化是否是所述管线系统的液压特征或液压组件包括将所述压力波反射分类为对应于液压特征的类型或液压组件的类型。
8.如权利要求7所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述液压特征的类型包括以下中的一个或多个：
管材料的变化；
管直径的变化；
管衬的变化；
管壁厚度的变化；或
管类的变化。
9.如权利要求7所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述液压组件的类型包括以下中的一个或多个：
阀；
从所述管线延伸的闭合的或敞开的分支管线段；
排出管；
蓄水池；或
水槽。
10.如权利要求9所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述液压组件的阀类型包括以下阀子类型中的一个或多个：
被部分地关闭的单向阀；
被完全地关闭的单向阀；
冲刷阀；
在分支管线的入口上的被部分地关闭的阀；
在分支管线的入口上的被完全地关闭的阀；或
空气阀。
11.如权利要求6所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中确定局部变化是否是管线系统的液压特征或液压组件包括将所述局部变化与关于所述管线系统的先验信息相关连以确定所述液压特征或液压组件是已登记的、还是未登记的。
12.如权利要求1至4或7至11中任一项所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中表征所述单个的特征以评估管线的状况包括应用阈值标准来识别所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号中的主要压力波反射。
13.如权利要求12所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，包括基于造成所述主要压力波反射的局部变化的位置来将所述管线划分为子段。
14.如权利要求13所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，包括确定每个子段的特性。
15.如权利要求14所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述特性是每个子段的波速。
16.如权利要求14所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述特性是每个子段的阻抗。
17.如权利要求14所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述特性是每个子段的位置和广度。
18.如权利要求14所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述特性是每个子段的等同壁厚度。
19.如权利要求1至4或7至11或14至18中任一项所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中表征所述单个的特征以评估管线的状况包括应用阈值标准来识别所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号中的与所述管线中的局部缺陷相对应的显著压力波反射。
20.如权利要求19所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，包括将所述显著压力波反射分类为对应于局部缺陷的类型。
21.如权利要求20所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，其中所述局部缺陷的类型包括以下中的一个或多个：
所述管线中具有显著壁劣化的短距离；
泄漏；
堵塞；或
气陷。
22.如权利要求20或21所述的用于评估管线系统中的管线的状况的方法，包括确定所述管线中的所述局部缺陷的位置。
23.一种用于评估管线系统中的管线的状况的系统，包括：
压力波产生器，所述压力波产生器用于在沿着所述管线系统的产生位置处、在正被沿着所述管线系统运送的流体中产生压力波；
第一压力检测器，所述第一压力检测器用于在沿着所述管线系统的第一测量位置处检测第一压力波相互作用信号，所述第一压力波相互作用信号是由所述压力波与所述管线中的局部变化的相互作用得到的；
第二压力检测器，所述第二压力检测器用于在沿着所述管线系统的第二测量位置处同步地检测第二压力波相互作用信号，所述第二压力波相互作用信号是由所述压力波与所述管线中的局部变化的相互作用得到的；以及
数据处理器，所述数据处理器用于：
比较所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号以相对于所述产生位置来确定所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号中的单个的特征的位置，所述单个的特征与来自所述管线中的局部变化的压力波反射相对应，其中比较所述第一压力波相互作用信号和所述第二压力波相互作用信号包括通过对所述第一压力波相互作用信号和/或所述第二压力波相互作用信号进行时间平移来进行比较，以确定单个的特征的位置，包括确定所述局部变化位于所述产生位置的哪一侧；以及
表征所述单个的特征以评估所述管线的状况。
24.一种用于评估管线系统中的管线段的状况的方法，所述方法包括：
在正被沿着所述管线系统运送的流体中产生第一压力波，所述第一压力波是在所述管线段的上游或下游的位置处产生的；
在沿着所述管线系统的第一组一个或多个测量位置处检测第一压力波响应信号；
在正被沿着管线系统运送的流体中产生第二压力波，如果所述第一压力波是在所述管线段的上游产生的，则所述第二压力波是在所述管线段的下游的位置处产生的，或者可替代地，如果所述第一压力波是在所述管线段的下游产生的，则所述第二压力波是在所述管线段的上游的位置处产生的；
在沿着所述管线的第二组一个或多个测量位置处检测第二压力波响应信号；
通过时间平移来比较在所述第一组测量位置和所述第二组测量位置处测得的所述第一压力波响应信号和所述第二压力波响应信号以识别在所述第一压力波响应信号和所述第二压力波响应信号中测得的压力波反射的源位置和方向；
根据所述压力波反射的源位置的选择来将所述管线段划分为两个或更多个子段；以及
基于所述管线段的每个子段的局部表征来评估所述管线段的每个子段的状况。
说明书
优先权文件
本申请要求2015年7月17日提交的标题为“METHOD AND SYSTEM FOR PIPELINECONDITION ANALYSIS”的澳大利亚临时专利申请No.2015902846的优先权，该申请的内容特此整个地通过引用并入。
通过引用的并入
以下出版物在本申请中被提到，并且它们的内容特此整个地通过引用并入：
以Adelaide Research&Innovation Pty Ltd的名义提交的、标题为“METHOD ANDSYSTEM FOR ASSESSMENT OF PIPELINE CONDITION”的国际专利申请No.PCT/AU2009/001051(WO/2010/017599)；
Gong J、Simpson AR、Lambert MF等人,“Detection of distributeddeterioration in single pipes using transient reflections”,J Pipeline SystEng Pract,2013；4:32–40；以及
Gong J、Lambert MF、Simpson AR和Zecchin AC.“Distributed deteriorationdetection in single pipes using the impulse response function”,14thInternational Conference on Water Distribution Systems Analysis(WDSA 2012),Adelaide,South Australia:Engineers Australia,2012；702-719。
技术领域
本公开涉及评估管线系统的状况。以具体的形式，本公开涉及利用在被管线系统运送的流体中产生的压力波来评估管线段。
背景技术
输配水管线是用于现代城市的关键基础设施。由于网络的绝对规模以及大部分管线被埋入地下的事实，该基础设施的健康监视和维护是个挑战。类似地，管道和管线系统可以用于输送从石油产品到天然气的范围内的任何数量的类型的流体。尽管若干技术已经被开发用于管线状况评估，包括目视检查(例如，闭路电视(CCTV)检查)、电磁法(例如，漏磁通法和探地雷达)、声学法和超声法(例如，导波超声检查)，但是它们在许多情况下具有侵入性、成本太高和/或对于大型网络来说效率低下。
已经被采用来对管线系统状况进行非侵入性评估的一种技术是使用压力波或流体瞬态(比如水锤波)。流体瞬态是在流体中沿着管线传播的压力波。用于检测管线系统中的故障的一个示例压力波是通过在稳态流动状况已经被建立之后突然地关闭侧排放阀而产生的阶跃压力波。管壁中的物理变化(比如由于腐蚀而导致的泄漏或壁变薄)然后可以引入来自原始压力波与管线系统中的物理变化相互作用的压力波反射。反射波然后朝向初始压力波的源(例如，侧排放阀)传播，在该源处，它可以被安装在管线系统上的现存的可接入点上的压力换能器(比如空气阀或消防栓接入点)测量。波反射的到达时间然后可以在理论上被用来用反射的幅度确定缺陷的位置，反射的幅度指示引起反射的物理变化的严重性。
在我们早期的标题为“METHOD AND SYSTEM FOR ASSESSMENT OF PIPELINECONDITION”的PCT专利申请No.PCT/AU2009/001051(WO/2010/017599)中，申请人在这里公开了一种用于基于逆瞬态分析(ITA)来确定管线状况中的多个变化的位置和广度的方法和系统，逆瞬态分析(ITA)采用迭代方法来基于优化技术确定管线的全部状况评估。虽然该方法已经非常成功，但是对于复杂的管线系统，它可能变得计算极其密集。在不需要非常详细的状况评估的情况下，还有在关于管线中的现存缺陷可能存在一些先验了解的情况下，需要计算不是如此密集的替代方法。
发明内容
在第一方面，本公开提供了一种用于评估管线系统中的管线的状况的方法，该方法包括：
在沿着管线系统的产生位置处、在正被沿着管线系统运送的流体中产生压力波；
在沿着管线系统的第一测量位置处检测第一压力波相互作用信号，所述第一压力波相互作用信号是由压力波与管线中的局部变化的相互作用得到的；
在沿着管线系统的第二测量位置处同步地检测第二压力波相互作用信号，所述第二压力波相互作用信号是由压力波与管线中的局部变化的相互作用得到的；
比较第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号以相对于产生位置来确定第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的单个的特征的位置，所述单个的特征对应于来自管线中的局部变化的压力波反射；以及
表征所述单个的特征以评估管线的状况。
在另一形式中，比较第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号包括通过时间平移来比较第一压力波相互作用信号和/或第二压力波相互作用信号以确定单个的特征的位置。
在另一形式中，通过时间平移来比较第一压力波相互作用信号和/或第二压力波相互作用信号以确定单个的特征的位置包括确定局部变化位于产生位置的哪一侧。
在另一形式中，确定局部变化位于产生位置的哪一侧包括：
选择一个测量位置作为参考测量位置，参考测量位置不位于产生位置处；
对于每个剩余的测量位置，确定每个剩余的测量位置：
是位于产生位置的与参考测量位置相同的一侧；
还是位于产生位置的与参考测量位置相比的相对侧；还是
位于产生位置处；
对位于产生位置的与参考测量位置相同的一侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用负的时间平移(在时间上向后)，所述负的时间平移对应于压力波从产生位置行进到相应的测量位置所花费的时间间隔；
对位于产生位置的与参考测量位置相比的另一侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用正的时间平移(在时间上向前)，所述正的时间平移对应于压力波从产生位置行进到相应的对置的测量位置所花费的时间间隔；
对位于产生位置处的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号不应用时间平移；以及
识别时间平移后的压力波相互作用信号中的共同特征，所述共同特征对应于位于产生位置的与参考测量位置相比的另一侧的局部变化的子集。
在另一形式中，所述方法包括：
对位于产生位置的与参考测量位置相同的一侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用正的时间平移，所述正的时间平移对应于压力波从产生位置行进到相应的测量位置所花费的时间间隔；
对位于产生位置的与参考测量位置相比的另一侧的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号应用负的时间平移，所述负的时间平移对应于压力波从产生位置行进到相应的对置的测量位置所花费的时间间隔；
对位于产生位置处的那些测量位置的相应的压力波相互作用信号不应用时间平移；以及
识别时间平移后的压力波相互作用信号中的共同特征，所述共同特征对应于位于产生位置的与参考测量位置相比的同一侧的局部变化的子集。
在另一形式中，所述方法包括将参考测量位置变到位于产生位置的另一侧的测量位置。
在另一形式中，参考测量位置对应于假想测量位置。
在另一形式中，表征单个的特征以评估管线的状况包括对第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的与来自管线中的局部变化的压力波反射相对应的单个的特征应用阈值标准以确定局部变化是否是管线系统的液压特征和/或组件。
在另一形式中，确定局部变化是否是管线系统的液压特征和/或组件包括将压力波反射分类为对应于液压特征和/或组件的类型。
在另一形式中，液压特征的类型包括以下中的一个或多个：
管材料的变化；
管直径的变化；
管衬的变化；
管壁厚度的变化；或
管类的变化。
在另一形式中，液压组件的类型包括以下中的一个或多个：
阀；
从管线延伸的闭合的或敞开的分支管线段；
排出管；
蓄水池；或
水槽。
在另一形式中，液压组件的阀类型包括以下阀子类型中的一个或多个：
单向阀(被部分地或完全地关闭)；
冲刷阀；
在分支管线的入口上的阀(被部分地或完全地关闭)；或
空气阀。
在另一形式中，确定局部变化是否是管线系统的液压特征和/或组件包括将局部变化与关于管线系统的先验信息相关连以确定液压特征和/或组件是已登记的、还是未登记的。
在另一形式中，表征单个的特征以评估管线的状况包括应用阈值标准来识别第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的主要压力波反射。
在另一形式中，所述方法包括基于造成主要压力波反射的局部变化的位置来将管线划分为子段。
在另一形式中，所述方法包括确定每个子段的特性。
在另一形式中，所述特性是每个子段的波速。
在另一形式中，所述特性是每个子段的阻抗。
在另一形式中，所述特性是每个子段的位置和广度。
在另一形式中，所述特性是每个子段的等同壁厚度。
在另一种形式中，表征单个的特征以评估管线的状况包括应用阈值标准来识别第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的与管线中的局部缺陷相对应的显著压力波反射。
在另一种形式中，将显著压力波反射分类为对应于局部缺陷的类型。
在另一种形式中，局部缺陷的类型包括以下中的一个或多个：
管线中具有显著壁劣化的短距离；
泄漏；
堵塞；或
气陷。
在另一种形式中，所述方法包括确定管线中的局部缺陷的位置。
在第二方面，本公开提供了一种用于评估管线系统中的管线的状况的系统，该系统包括：
压力波产生器，用于在沿着管线系统的产生位置处、在正被沿着管线系统运送的流体中产生压力波；
第一压力检测器，用于在沿着管线系统的第一测量位置处检测第一压力波相互作用信号，所述第一压力波相互作用信号是由压力波与管线中的局部变化的相互作用得到的；
第二压力检测器，用于在沿着管线系统的第二测量位置处同步地检测第二压力波相互作用信号，所述第二压力波相互作用信号是由压力波与管线中的局部变化的相互作用得到的；以及
数据处理器，用于：
比较第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号以相对于产生位置来确定第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的单个的特征的位置，所述单个的特征对应于来自管线中的局部变化的压力波反射；以及
表征所述单个的特征以评估管线的状况。
在一种形式中，比较第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号包括通过时间平移来比较第一压力波相互作用信号和/或第二压力波相互作用信号以确定单个的特征的位置。
在第三方面，本公开提供了一种用于评估管线系统中的管线段的状况的方法，该方法包括：
在正被沿着管线系统运送的流体中产生第一压力波，所述第一压力波是在管线段的上游或下游的位置处产生的；
在沿着管线系统的第一组一个或多个测量位置处检测第一压力波响应信号；
在正被沿着管线系统运送的流体中产生第二压力波，如果第一压力波是在管线段的上游产生的，则第二压力波是在管线段的下游的位置处产生的，或者可替代地，如果第一压力波是在管线段的下游产生的，则第二压力波是在管线段的上游的位置处产生的；
在沿着管线的第二组一个或多个测量位置处检测第二压力波响应信号；
通过时间平移来比较在第一组测量位置和第二组测量位置处测得的第一压力波响应信号和第二压力波响应信号以识别在第一压力波响应信号和第二压力波响应信号中测得的压力波反射的源位置和方向；
根据压力波反射的源位置的选择来将管线段划分为两个或更多个子段；以及
基于管线段的每个子段的局部表征来评估管线段的每个子段的状况。
附图说明
将参照附图来讨论本公开的实施例，其中：
图1是根据替代实施例的用于评估管线系统中的管线的状况的方法的流程图；
图2是描绘根据替代实施例的压力波产生器和相关联的测量位置的一个布置的示例管线系统；
图3是根据替代实施例的用于相对于产生位置来确定压力波相互作用信号中的单个的特征的位置的方法的流程图；
图4a是对于图1所示的示例管线系统检测到的压力波相互作用信号的绘图；
图4b是图4a所示的压力波相互作用信号被时间平移后的绘图，该压力波相互作用信号被用来确定与来自如所描绘的产生器的左手侧的反射相对应的单个的特征的位置；
图4c是图4a所示的压力波相互作用信号被时间平移后的绘图，该压力波相互作用信号被用来确定与来自如所描绘的产生器的右手侧的反射相对应的单个的特征的位置；
图5是描绘根据替代实施例的压力波产生器和相关联的测量位置的替代布置的示例管线系统；
图6a是对于图5所示的示例管线系统检测到的压力波相互作用信号的绘图；
图6b是图6a所示的压力波相互作用信号被时间平移后的绘图，该压力波相互作用信号被用来确定与来自如所描绘的产生器的左手侧的反射相对应的单个的特征的位置；
图6c是图6a所示的压力波相互作用信号被时间平移后的绘图，该压力波相互作用信号被用来确定与来自如所描绘的产生器的右手侧的反射相对应的单个的特征的位置；
图7是描绘根据替代实施例的压力波产生器和相关联的测量位置的一个布置的示例管线系统；
图8a是对于图7所示的示例管线系统检测到的压力波相互作用信号的绘图；
图8b是图8a所示的压力波相互作用信号被时间平移后的绘图，该压力波相互作用信号被用来确定与来自如所描绘的产生器的右手侧的反射相对应的单个的特征的位置；
图8c是图8a所示的压力波相互作用信号被时间平移后的绘图，该压力波相互作用信号被用来确定与来自如所描绘的产生器的左手侧的反射相对应的单个的特征的位置；
图9是根据替代实施例的用于表征压力波相互作用信号的单个的特征的方法的流程图；
图10是用于将管线划分为子段并且确定每个段中的波速的方法的流程图；
图11是根据替代实施例的用于评估管线的子段的示例管线系统测试构造；
图12a是用于图11所示的示例管线测试构造的压力波相互作用信号的绘图；
图12b是用于图11所示的示例管线测试构造的压力波相互作用信号的另一绘图；
图13是根据替代实施例的用于确定管线中的局部缺陷的方法的流程图；
图14是根据替代实施例的用于评估管线的感兴趣段的示例管线系统测试构造；
图15是根据另一替代实施例的用于评估管线的感兴趣段的示例管线系统测试构造；
图16是根据又一替代实施例的用于评估管线的感兴趣段的示例管线系统测试构造；
图17是根据进一步的实施例的用于评估管线的感兴趣段的示例管线系统测试构造；
图18是根据替代实施例的用于评估管线的感兴趣段的示例管线系统测试构造；
图19是根据替代实施例的位于澳大利亚维多利亚的被评估的石棉水泥(AC)管线的感兴趣段的布局图；
图20是图19所示的不同类的AC管线的理论波速的绘图，该理论波速是壁厚度的函数；
图21是无量纲头部扰动的变化的绘图，该变化是根据图19所示的不同类的AC管线的壁厚度的各种相对变化；
图22是用于图19所示的感兴趣段的时间平移后的压力波相互作用信号的绘图；
图23是时间平移后的压力波相互作用信号的绘图，该图描绘显著压力波反射；
图24是根据替代实施例的用于评估软钢水泥砂浆衬里(MSCL)管线的示例管线系统测试构造；
图25是完整的MSCL管线的截面图；
图26(a)-(d)是MSCL管线的四个段的纵视图，这些图指示壁厚度变化的不同情形；
图27是图26(a)和(b)所示的管线段S1和S2的无量纲头部扰动的绘图，该无量纲头部扰动是等同钢厚度的相对变化的函数；
图28是图26(c)所示的管线段S3的无量纲头部扰动的绘图，该无量纲头部扰动是等同钢厚度的相对变化的函数；
图29是图26(d)所示的管线段S4的无量纲头部扰动的绘图，该无量纲头部扰动是等同钢厚度的相对变化的函数；
图30是对于图26所示的管线段S1至S4计算的无量纲头部扰动的绘图；
图31是位于南澳大利亚摩根的MSCL管线(即，摩根传输管线)的示例管线系统测试构造；以及
图32是在图31上指示的测量位置AV43处测得的指示压力波反射R1至R7的压力波相互作用信号的绘图。
在以下描述中，相似的标号在附图中始终指定相似的或对应的部分。
具体实施方式
现在参照图1，示出了根据替代实施例的用于评估管线系统中的管线的状况的方法中的步骤100。还参照图2，示出了将帮助描述用于评估图1所示的管线的方法的示例管线系统200。管线系统200包括由管线200中的若干个局部变化组成的管线210，由于来自这些局部变化的任何压力波反射，这些局部变化将引起压力波相互作用信号。这些示例局部变化中的第一个是从管线210延伸的闭合短分支220。如将意识到的是，这些短分支由连接液压组件(比如阀或消防栓)的管线段组成。能够引起反射形式的压力波相互作用信号的第二局部变化是管线系统200的直径缩小段240。直径缩小段可以是设计的特征，或者是由于堵塞扩大而导致的。
在步骤110，在沿着管线系统的产生位置处、在正被沿着管线系统运送的流体中产生压力波。如图2所示，描绘了位于产生位置250处的压力波产生装置G。在该例子中，压力波产生装置还包括测量管线210中的压力的测量能力M1，因此也对应于第一测量位置260A。该例子中的管线系统200还包括在第二测量位置260B处的附加的压力测量位置M2以及位于第三测量位置260C处的进一步的压力测量位置M3，在第二测量位置260B处，安置有专用的压力测量装置。在该例子中，管线系统200、附加的压力测量位置M2和M3位于产生位置250的任一侧。
在一个说明性实施例中，压力波产生器G是连接到管线系统210的现有接入点225(比如空气阀或冲刷阀)的定制排放阀。可以通过首先打开排放阀、释放一流量、直到达到稳态状况(或接近于稳态状况)来引入受控的阶跃压力波(通常幅值为5-10m)。作为例子，对于直径在600至1000mm范围内的管道，对于稳态流动，排放量通常将在20-40L/s的范围内。一旦稳态流动已经被实现，然后就快速地关闭排放阀，通常在10ms内。这具有逐步地停止由于先前打开排放阀而被建立的沿着管道的流体流动的效果。产生的压力波然后从压力波产生器G在左222和右224两个方向上沿着管线210传播。产生压力波的其他手段包括但不限于内联阀关闭装置和活塞室，它们将一定量的流体抽取到包含活塞的室中，该活塞然后被操作。
在步骤120，通过组合的压力产生和测量装置G/M1来在沿着管线系统200的第一测量位置260A处检测第一压力波相互作用信号，第一压力波相互作用信号是由压力波与管线210中的局部变化的相互作用得到的。压力测量装置通常包括压力换能器和对应的数据获取系统，该数据获取系统一般由放大器、模数(A/D)转换器和计算机组成。
在步骤130，在沿着管线系统200的第二测量位置260B处同时地或同步地检测第二压力波相互作用信号，第二压力波相互作用信号是由压力波与管线中的局部变化的相互作用得到的。如将意识到的是，本方法不限于两个测量位置，所以在该例子中，再次与第一测量位置处的检测同时地或同步地还在第三测量位置260C处检测第三压力波相互作用信号。在压力波产生器G不另外包括压力测量能力的例子中，第二测量位置可以对应于测量位置260C。
在步骤140，比较已经同时测得的第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号以相对于产生位置G来确定第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号中的单个的特征的位置，其中所述单个的特征对应于来源于管线中的局部变化的压力波反射。
在一个说明性实施例中，该步骤包括如下面将描述的那样通过时间平移来比较第一压力波相互作用信号和/或第二压力波相互作用信号以确定单个的特征的位置并且首先确定局部变化位于产生位置的哪一侧，其中这样的方法300的一个例子在图3中例示说明。将参照图4a、4b和4c来描述方法300。
确定产生位置的哪一侧必定运送的问题是“侧”的限定。比如左手222或右手224侧的术语采取观察者的特定方位。类似地，可以使用如图2所描绘的产生位置250的下游(对应于左侧222)或下游(对应于右侧224)，但是这依赖于分别地限定正被表征的任何管线系统中的流体流动215的方向。在本方法中，相对于产生位置的位置是相对于参考测量位置限定的。以这种方式，其他测量位置必定落到以下三个类别中的一个类别中：在产生位置的与参考测量位置相同的一侧，或在产生位置的另一侧，或最后如图2中所描绘的G/M1的情况那样位于产生位置处。
因此，方法300中的310处的第一步是选择一个测量位置作为参考位置，确保参考测量位置本身不对应于产生位置。在一个例子中，如图2中的R所指示的，参考位置M2被选为参考测量位置。
现在参照图4a，存在在图2所示的管线系统200的G/M1和M2处检测到的随着时间而变化的第一压力波相互作用信号和第二压力波相互作用信号(H)(即，压力头部)的绘图，该图例示说明了这两个压力波相互作用信号是如何被同时地或基于相同的时间检测到的。压力波相互作用信号中的与闭合短分支220和直径缩小段240相对应的单个的特征分别在与G/M1和M2相对应的每个压力波相互作用信号中指示。另外，用于M3的压力波相互作用信号也被示出。
时间tG对应于图4a中所指示的在G/M1处产生压力波的时间。来源于G/M1的压力波到达M2的第一到达时间如所指示的被表示为tM2。压力波从G到达M2所花费的时间如图4a上所指示的于是为tM2-tG。类似地，来源于G/M1的压力波达到M3的第一到达时间如所指示的被表示为tM3，压力波从G到达M3所花费的时间也如图4a上所指示的于是为tM3-tG。
考虑G/M1测得的压力波响应信号，通过检查可以看出，来自闭合短分支220的压力波反射到达G/M1将早于M2，甚至早于M3。类似地，来自直径缩小段240的压力波反射将被预计到达M2早于它到达G/M1，最后到达M3。为了基于在G/M1、M2和M3记录的所述两个压力波相互作用信号来识别反射特征，执行压力波相互作用信号的适当的时间平移。
在步骤320，确定剩余的测量位置是位于产生位置的与参考测量位置相同的一侧，还是位于产生位置的与参考测量位置相比的相对侧，还是位于产生位置处。在图3中的示例构造中，对于位于M2处的参考测量位置，M3位于产生位置的相对侧，G/M1位于产生位置处。
参照图4b，在步骤330，压力波相互作用信号中的每个具有根据以下标准应用的时间平移以便识别管线210中的位于产生位置的与参考测量位置相对的另一侧(即，产生位置G/M1的左手侧222或下游侧)的局部变化。
对于产生位置G/M1的与参考测量位置M2相同的一侧的那些测量位置，对相应的压力波相互作用信号应用与压力波从产生位置行进到测量位置所花费的时间间隔相对应的负的时间平移330A。负的时间平移意指将相应的压力波在时间上向后平移(即，平移到更早的时间)。在图2构造中，M2是满足该标准的唯一测量位置，所以使负的时间平移被应用。对于位于产生位置的另一侧的那些测量位置，应用与压力波从产生位置行进到该测量位置所花费的时间间隔相对应的正的时间平移330B。正的时间平移意指将相应的压力波在时间上向前平移(即，平移到更晚的时间)。在这种情况下，M3满足该标准。
对于位于产生位置处的那些测量位置，比如G/M1，不应用时间平移330C。
在步骤340，然后从时间平移后的压力波相互作用信号识别共同的特征。如图4b所示，共同的特征是反射异常，该反射异常是由闭合短分支220的形式的将所述三个压力波相互作用信号中的每个互相关的局部变化引起的以及由如图2所描绘的压力波反射从左移到右引起的。以这种方式，闭合短分支220的位置被确定在产生位置G/M1的与M2相对的另一侧。
现在参照图4c，采用类似的过程来识别管线210中的位于产生位置G/M1的与参考测量位置M2相同的一侧的局部变化。这在图3所示的方法300的步骤350和360中示出。在步骤350A，对来自与参考测量位置相同的一侧的测量位置的压力波相互作用信号应用正的时间平移，而在步骤350B，对来自产生位置的相对侧的测量位置的压力波相互作用信号应用负的时间平移，而对位于产生位置处的任何测量位置不应用时间平移350C。
在步骤360，然后在时间平移后的压力波相互作用信号中识别共同的特征。如图4c所示，共同的特征是由直径缩小段240的形式的将所述三个压力波相互作用信号中的每个互相关的局部变化引起的反射异常以及由如图2所描绘的压力波反射从左移到右引起的反射异常。以这种方式，闭合短分支240的位置被确定在产生位置G/M1的与M2相同的一侧。
在另一个实施例中，可以通过选择G/M1的左手222或下游侧的参考测量位置并且重复如上所述的步骤310至340来实现右手224或上游侧的局部变化的识别。
如将意识到的，为了简化分析，可以首先使压力波相互作用信号作为基线或平移以使得产生压力波的时间被设置为零，即，t＝t-tG。如将进一步意识到的，虽然需要与不同的测量位置相对应的至少两个压力波相互作用信号，但是本方法可以根据需要被应用于多个测量位置。可以通过对每个位置进行多次测量来改进进一步的测量统计。
以这种方式，来自多个站点(每个测量相应的压力波相互作用信号)的数据可以被组合以帮助识别管线中的引起压力波反射特征的局部变化的存在和位置以及作为推论、来源于这些局部变化的压力波反射相对于压力波产生器的方向。
现在参照图5，示出了具有产生和测量位置的另一构造的管线系统200。与图2相比，图5所示的构造涉及在短分支220的下游(或左边)被传送短距离的测量位置。图6a描绘了在每个测量位置测得的压力相互作用信号。在该例子中，在M3测得的压力相互作用信号不包括与闭合短分支220相对应的压力波反射，因为如图5上所描绘的，该局部变化比M3更接近于G/M1(即，在G/M1和M3之间)，并且来自短分支220的任何反射将朝向产生G/M1行进。再一次，M2在参考测量位置R处被选择，并且图6b和6c描绘了根据图3所示的方法300的相应的时间平移。
现在参照图7，示出了具有产生和测量位置的又一构造的管线系统200。与图2相比，图7所示的构造涉及位于产生位置G/M1的下游(或左边)的两个测量位置M2和M3。再一次，M2在参考测量位置R处被选择，但是在这种情况下，M2位于G/M1的左手侧或下游。图8a描绘了在每个测量位置处测得的压力波相互作用信号。
接着方法300，为了识别G/M1的相对侧(即，上游侧)的局部变化，对与M2和M3相对应的压力波相互作用信号应用负的时间平移，因为这些测量位置在与M2相同的一侧，而对与G/M1相对应的压力波相互作用信号不应用时间平移。这在图8b中示出，并且识别直径缩小段240。为了然后识别在G/M1的同一侧的局部变化，对M2和M3应用正的时间偏移，而对G/M1信号不应用时间平移。这在图8c中示出，图8c识别与闭合短分支220相对应的组合的压力波相互作用信号中的关连特征。
在另一个例子中，并且参照图7，参考测量R可以被选为在位于G/M1的上游侧的假想位置处。在该例子中，方法300将被采用，除了要注意的是，在与纯粹仅用作位置分析的参考点的假想位置相同的一侧不存在实际的测量位置。
在所述分析的该阶段，已经从时间平移后的压力波相互作用信号识别了单个的特征相对于产生位置、并且还相对于彼此的位置。
再次参照图1，在步骤150，表征所述的单个的特征以评估管线的状况。
现在参照图9，示出了根据替代实施例的用于表征压力波相互作用信号的单个的特征的方法900。
在步骤910，对其位置已经在上面的时间平移分析中被识别的单个的特征应用阈值。在一个实施例中，与最小和最大头部压力之间的差值相对应的特征的大小必须高于最小压力变化或阈值压力变化。可以通过与特定程度的壁劣化相对应的压力波反射的大小的理论分析来确定用于给定管线系统的阈值压力变化。可以被应用于水泥砂浆衬里管线的示例阈值压力变化是将由全部的或大量的水泥砂浆衬里厚度损失造成的反射的大小。
在另一个实施例中，特征的持续时间必须高于最小时间间隔。反射的时间间隔与导致反射的特征的长度有关。对于劣化的管段，对应的反射的时间间隔是压力波两次行进劣化段的长度所需的时间。可以通过使用估计的波速和要考虑的限定的最小长度的理论分析来确定将被考虑的最小时间间隔或阈值时间段。在另一个实施例中，应用这两个阈值标准。
在步骤920，然后将所述单个的特征归类为两个类别。在步骤930A，执行将管线系统归类为由液压组件和/或特征组成的第一类别的归类。如将意识到的，液压组件/特征可以要么是已登记的、要么是未登记的。液压组件包括但不限于，各种类型的阀，比如内联阀(被部分地或完全地关闭)、冲刷阀和阀、以及分支管线上的阀(被部分地或完全地关闭)；从管线延伸的关闭的和敞开的分支管线段；排出管；蓄水池；以及水槽(例如，缓冲槽或空气罐或室)。液压特征包括但不限于，管线材料、直径、衬里、壁厚或类的变化。
在步骤940A，将与液压组件/特征相对应的单个的特征与管线系统的先验信息相关连，管线系统的先验信息比如在地理信息系统(GIS)图和在该领域中收集的信息中找到。该先验信息描述了各种已知的液压组件/特征的位置，并且可以与在时间平移后的关连的压力波相互作用信号中识别的单个的特征相关连，这些压力波相互作用信号相对于产生位置和相对于彼此的位置是已知的。
在步骤950A，将将时间平移后的压力波相互作用信号中的被归类为由液压组件/特征引起的、但是不能与先验信息相关连的那些单个的特征识别为未登记的。未登记的液压组件的一个例子是管线中的分支或排出管。在这种情况下，时间平移后的压力波相互作用信号的单个的特征将使压力波的部分转道、传输波的大小于是缩小。分支/排出管中的特征/组件也可以引入反射。
在步骤930B，执行将管线系统中的缺陷归类为第二类别的缺陷的标识。这些是由反射的特性识别的。反射是不能确信地与液压组件/特征(要么是已登记的，要么是未登记的)相关连的那些，并且可以对应于比如壁劣化(例如，壁厚度缩小)或其他缺陷(例如，泄漏、气陷)的缺陷。在步骤940B，识别缺陷的类型。
在所述分析的该阶段，时间平移后的压力波相互作用信号的单个的特征将已经被归类为与管线系统的已知的/已登记的特征/组件或管线系统的未知的/未登记的特征/组件或管线系统中的缺陷有关。在所述单个的特征与管线的已知的已登记的特征/组件相关连的情况下，那么它们的绝对位置将是精确地知道的。就时间平移后的压力波相互作用信号中的与未登记的特征/组件或缺陷相对应的其他单个的特征而言，可以执行进一步的分析来确定它们的绝对位置。
如上面已经讨论的，当产生的压力波遇到管线中的物理变化时，压力波反射发生。在一个例子中，该物理变化可以是液压特征，比如管线的具有壁厚度缩小的一部分。压力波反射然后朝向压力波产生器向回传播，形成在管线系统上的一个或多个测量位置处检测到的压力波相互作用信号的一部分。
进一步的重要的考虑是，当压力波沿着管线行进时，管线的壁厚度或直径的变化将引起压力波的波速变化。为了确定在时间平移后的压力波相互作用信号中识别的未登记的液压组件/特征或缺陷的实际位置，有必要确定当压力波沿着管线传播时压力波遇到的波速变化。
现在参照图10，示出了用于将管线划分为子段并且确定每个子段中的波速和/或其他特性的方法1000。在步骤1010，在时间平移后的压力波相互作用信号中识别主要压力波反射。在该例子中，主要压力波反射是通过压力波反射的大小和持续时间这二者确定的。在一个例子中，最小大小是与无衬里的金属管线中的壁厚度损失的10％相对应的反射的理论大小，反射的最大持续时间是200毫秒，对于1000m/s的估计波速来说，200毫秒对应于大约100m的子段长度。在另一个实施例中，将被满足的进一步的标准是，压力波反射是相对稳定的，并且任何波动的持续时间都很短。在一个例子中，波动应小于20毫秒，这对应于子段内的长度小于10m(估计波速小于1000m/s)的局部缺陷。
因此，典型的主要压力波反射可以具有根据对特定劣化程度预计的反射的理论大小的最小压力头部差值、大约数百毫秒到数百秒的持续时间，该持续时间具有信号中的数十毫秒或更短的时间标度上的任何波动。在步骤1020，将管线划分为两个或更多个子段以用于根据时间平移后的压力波相互作用信号中的主要压力波反射进行分析，主要压力波反射是根据步骤1010确定的。
现在参照图11，示出了根据替代实施例的用于评估管线1110的在测量位置M2和M3之间的子段的管线测试构造1100。在该说明性例子中，已知的是，管线段1120外部的管线材料是相同的，并且具有1000m.s
现在参照图12a，示出了分别对M2和M3测得的压力波相互作用信号的绘图。在该例子中，主要压力波反射在R1和R2处的M2压力波相互作用信号上被指示。因此，如图11所示，测量位置M2和M3之间的管线段1120可以被划分为子段S1、S2、S3。
从压力波到达M2和M3的达到时间之间的差值，管线段1120的分段波速aS于是可以被确定。在该例子中，M2和M3之间的段的分段波速由以下公式给出：
该分段波速小于1000m.s
回头参照图10，在步骤1030，确定每个子段的波速。它可以是与特征R1和R2相对应的压力波反射位于已知位置处的情况。作为例子，R1和R2可以指示由可能易于腐蚀或劣化的不同材料组成的管线段的边界。该情形在图11中示出，其中S2已知在离M2200m和离M3300m之间，因此具有100m的长度。
在这种情况下，可以直接如下计算每个子段的波速：
Subsection 1
Subsection 2
Subsection 3
其中子段1和3对应于S2外部的已知波速。
在其他情况下，R1和R2的绝对位置可能是未知的。现在有用的是审查管线的壁厚度的变化的效果以及这继而如何引入阻抗变化。管线的阻抗被定义为：
其中B是管线的阻抗，a是产生的压力波的波速，g是重力加速度，A是管道的截面面积。
可以使用如下的理论波速公式来确定波速a：
其中K是流体的体积弹性模量，ρ是流体的密度，E是管壁材料的杨氏模量，D是管线的内径，e是壁厚度，c是取决于管线的约束方法的因子。
已经证明，来自劣化管段的压力波反射的大小与该劣化管段的管线阻抗的任何变化有关(参见例如Gong J、Simpson AR、Lambert MF等人,“Detection of distributeddeterioration in single pipes using transient reflections”,J Pipeline SystEng Pract,2013；4:32–40，该文献整个地通过引用并入)。
可以使用以下方程来确定无量纲头部扰动：
其中 是第一反射压力波的无量纲头部扰动，Br是劣化管段的阻抗与完整段的阻抗的比率。无量纲头部扰动 也可以如下从入射的和反射的瞬态波定义：
其中Hj1是反射压力波的头部，Hi是入射瞬态压力波的头部，H0是在产生瞬态入射压力波之前测量点处的稳态头部，在该时间期间，基于侧排放阀的压力波产生器是敞开的(还参见Gong J、Lambert MF、Simpson AR和Zecchin AC.“Distributed deteriorationdetection in single pipes using the impulse response function”,14thInternational Conference on Water Distribution Systems Analysis(WDSA 2012),Adelaide,South Australia:Engineers Australia,2012；702-719中的讨论，该文献的全部内容整个地通过引用并入)。
如将意识到的，Hj1、Hi和H0的值是可通过压力测量装置(比如压力换能器)测量的。注意，尽管H0出现在方程4中，但是无量纲头部扰动 与H0无关。另外， 仅与反射的大小(Hj1-Hi，注意这可以是负的)和入射波的大小(Hi-H0)有关。阻抗比Br使用以下方程给出：
其中下标“0”和“1”分别表示完整的管段和具有阻抗变化的管段(劣化管段)。
现在参照图12b，示出了图12a所示的压力波相互作用信号的绘图，并且进一步包括用于G/M1的压力波相互作用信号。因为波速是从G/M1知道的，并且进一步因为用于G/M1的压力波相互作用信号没有显示出特征，所以可以假定直到特征R的波速为as1＝1000m.s
然后基于压力头部的变化ΔH来确定S2中的波速，并且从波速，可以确定S2的长度，所以子段S2的边界。下面关于不同类型的管线来讨论该过程的进一步的例子。
子段行进时间与子段波速和子段的长度有关。从上面可以看出，子段波速与子段阻抗密切相关，子段阻抗影响波反射的大小。分段行进时间等于所有子段中的行进时间的总和，该总和对如上面提到的子段波速计算提供有用的交叉检查。
存在用于确定子段波速的替代方法，该方法不依赖于关于造成主要压力波反射的局部管线性质变化的任何先验信息。基于主要反射的数量，假定在感兴趣管段中存在N个子段。第一子段用作参考，并且基于压力头部的变化和方程3来确定每一个子段与第一子段的阻抗比。然后确定波速比rai(i＝1,2,3…N)，因为阻抗与波速密切相关。结果，感兴趣管段中的任何子段的子段波速用第一子段的分段波速as1乘以已知的比率或缩放因子rai来描述，其中对于第一子段，因子rai＝1。使用每个子段中的行进时间(ti-ti-1)和感兴趣段的总长L，可以如下建立方程6：
从方程6，可以确定第一子段中的子段波速。然后可以通过乘以波速比来计算用于任何其他子段的子段波速。
回头参照图11，接着子段波速分析1030之后在步骤1040进行时间平移后的压力波相互作用信号中的主要压力波反射的大小和持续时间的系统分析以确定管线特性，比如每个子段的阻抗和长度。子段波速和子段阻抗指示子段的状况。可以与方程1和方程2组合使用这些结果来估计每个子段的等同剩余壁厚度。如将意识到的，子段分析使得管线的特性可以在不必执行整个逆瞬态分析的情况下被评估。
现在参照图13，示出了根据替代实施例的用于确定管线中的局部缺陷的方法1300。
在步骤1310，在时间平移后的压力波相互作用信号中识别显著压力波反射。显著压力波反射用压力头部中的显著的、但是持续时间相对较短的差异来表征。该步骤集中于大小显著、但是持续时间短的反射的分析。
在步骤1320，根据管线中的哪种类型的局部缺陷是压力波反射的起源来对显著压力波反射进行分类。局部缺陷的一些类型包括但不限于，管线中的具有显著壁劣化、泄漏、堵塞或气陷的短距离。对于具有显著壁劣化的短距离，可以从压力波反射的大小确定该距离的阻抗。该距离的波速和壁厚度然后也可以被确定。对于其他局部缺陷，比如泄漏、堵塞或气陷，可以使用反射的大小来估计严重性(例如，多大的敞开区域仍被堵塞)。
在步骤1330，通过时域反射计(TDR)分析来使用子段波速确定局部缺陷的位置。首先，使用从步骤1030获得的子段长度的结果来计算产生位置和局部缺陷所在的子段之间的所有子段的总长。通过将对应的子段波速乘以缺陷诱导的反射的到达时间和边界诱导的反射的到达时间之间的时间差、然后将结果除以2来计算局部缺陷和局部缺陷所在的子段的边界(更靠近产生位置的边界)之间的距离。然后通过将其间所有的子段和到局部缺陷所在的子段的边界的距离相加来确定局部缺陷相对于产生位置的位置。
现在参照图14至18，示出了若干个示例管线系统测试构造，包括管线系统1410和管线系统1410中将被评估的感兴趣段1420。在这些示例管线系统中，重点是适当的测试构造，这些测试构造可以被用来表征管线段以获得可以根据上述各种方法处理和分析的压力波相互作用信号。
在图14所示的示例测试构造中，如箭头1415所指示的，流体正从右流到左。相对于感兴趣段1420，限定了如箭头1422所指示的左侧区域和如箭头1424所指示的右侧区域。相对于流体流动方向1424，左侧区域1422是下游区域，右侧区域1424是上游区域。管线系统1410进一步包括P1、P2、P3、P4、P5和P6指示的一系列接入点1425。在该说明性实施例中，感兴趣段1420是管线系统的由接入点P3和P4限定或界定的段。
第一压力波是由压力波产生器G 1430在管线段1420的左手侧1422的将被调查和评估的位置处、在正被沿着管线系统1410运送的流体中产生的。在图14所示的示例构造中，第一压力波是在接入点P2处产生的，但是同样地第一压力波可能已经在感兴趣段1420左侧的任何位置(包括接入点P1和P3)处产生。
然后压力测量装置在沿着管线系统1410的第一组一个或多个测量位置处测量多个压力波相互作用信号。在该例子中，第一组测量位置包括位于接入点P1和P3处的M1和M2。
第二压力波是由相同的或不同的压力波产生器G 1430在管线段1420的上游1424的将被调查和评估的位置处、在正被沿着管线系统1410运送的流体中产生的。在如图14所示的示例构造中，第二压力波是在接入点P5处产生的，但是同样地第一压力波可能已经在感兴趣段1420上游的任何位置(包括接入点P4和P6)处产生。
再次然后压力测量装置在沿着管线系统1410的第二组一个或多个测量位置处测量多个压力波相互作用信号。在该例子中，第二组测量位置包括分别位于接入点P4和P6处的M1和M2。
如将意识到的，可以根据需要改变图14所示的示例构造。如图15所示，并且如前面已经讨论的，压力波产生器G 1430还可以包括测量能力，所以也对应于用于测量压力波相互作用信号的进一步的测量位置。另外，如图16所示，可以在管线段1420的右手侧1424产生第一压力波，然后在管线段1420的左手侧1422产生第二压力波。
在如图17所示的其他例子中，测量位置中的一个或多个可以位于管线段1420的与产生压力波的地方相对的相对侧。要理解的是，可以根据要求在感兴趣段1420的任一侧产生附加压力波。该情形在图18中示出，其中在感兴趣段1420的每侧执行两组压力波产生和对应的测量。类似地，可以对压力产生器和压力测量装置设置的每个构造执行多组压力波产生和对应的测量。
一旦已经对每个测量位置和测试构造获取了压力波相互作用信号，就可以对它们进行处理以然后确定单个的特征相对于每个设置中的产生器位置的位置，然后表征。
申请人已经针对不同类型的管线系统、根据上述方法进行了若干个试验。下面对这些进行讨论。
石棉水泥管线系统
石棉水泥(AC)管线在世界上的许多国家(包括澳大利亚)构成便携式废水系统的重要部分。发展中国家中的大部分AC管道是在1980年之前安装的，并且许多公用事业正在观察到堵塞率随着管道的老化而增大。AC管道已知主要由三个过程劣化：石灰浸出、硫酸盐侵蚀和生物降解。
游离石灰(氢氧化钙)浸出到随着时间的过去通过扩散被AC管道或围绕AC管道输送的水中，导致水化硅酸盐分解、孔隙率增大并且材料强度损失，尽管通常没有明显的壁厚度缩小被观察到。具有低离子含量的软水(比如纯蒸馏水)可以引起石灰浸出和壁劣化，而酸性可以增强所述过程。水中的硫酸盐和围绕AC管道的土壤可以与氢氧化钙发生反应以形成硫酸钙，硫酸钙继而与水化铝酸钙发生反应以形成硫铝酸钙。这些反应的产物可以包括AC管道的胶结基质的膨胀和破坏。
最近的研究表明，AC管道的表面上的生物膜生长也可以促使劣化。研究已经在已经服务35年的破裂的AC管道的内壁上的铜绿层中发现一系列细菌，这些细菌可以被各种各样地归类为异养细菌、粘泥形成细菌和产酸细菌。进一步的研究表明，这些组细菌可以生成厌氧的酸性局部环境，从而使水化水泥基质中的游离石灰和含钙矿物质的浸出加速，并且导致AC管道的有效壁厚度(保持军事强度的壁部分)缩小。
申请人已经进行了现场案例研究来评估产生的压力波的使用可行性以及压力波相互作用信号的相关联的分析以用于AC管线的状况评估。现场研究中所涉及的AC管道段具有已知的类变化。该研究的目的包括从测得的压力波相互作用信号找出类变化并且使用管线的子段分析来对具有不同类的管道子段确定有效壁厚度。另外，分析也已经被执行以通过压力波相互作用信号中的显著压力波反射的分析来确定显著局部缺陷。
对于金属管道，壁劣化通常是由于腐蚀而导致的内壁或外壁变薄。然而，对于AC管道，壁劣化通常是由于含钙矿物质的损失而导致的有效AC厚度缩小，而如将用尺子测得的壁的物理厚度没有变化。结果，假定可以用有效壁厚度的缩小(即，从内侧、外侧或两侧从原始壁厚度e0减小到其他的有效壁厚度eeff)来对AC管道的壁劣化进行建模。壁厚度的相对变化被定义为erc，并且通过使用以下方程来表示：
如早先所提到的，有效壁厚度的缩小导致波速和阻抗减小。使用方程2和7，可以如下推导具有有效壁厚度eeff的劣化AC段中的波速：
其中a0是具有壁厚度e0的完整AC管线的波速。劣化AC管段和完整管段之间的阻抗比是波速之间的比率，因为截面面积没有变化。结果，Br可以被写为：
将方程9代入方程3中导致无量纲反射头部扰动的以下表达式：
方程10示出了由劣化AC段诱导的波反射的无量纲头部扰动 与有效壁厚度的相对变化(erc)和完整段的波速(a0)有关。方程10可以用于检测AC管道中的局部缺陷，前提条件是入射的压力波是以已知的波速在AC段上产生的(要么通过计算，要么通过测量)。
然后可以使用方程10从压力波相互作用信号中指示的对应的压力波反射的大小确定劣化AC段中的有效壁厚度的相对变化，并且可以使用TDR从反射的到达时间计算劣化的位置。如果压力测量位置在产生的压力波的源处，则压力波反射的到达时间(相对于入射波的起始时间)是波两次行进测量位置和劣化之间的距离的时间。
根据上述时间平移方法，可以使用在同一测试内在多个测量位置处测得的压力波相互作用信号的比较来确定局部变化的方向信息，这些局部变化是任何压力波反射的源。
子段分析也可以被执行以提供每个子段的有效评估，结果，管线段的一般状况被测试。如上所述，两个测量点之间的管线段被划分为两个或更多个子段以用于根据压力波反射的大小和特性来进行分析。每个子段的波速、长度和壁状况然后可以被确定。
在该研究中，实验现场工作是在澳大利亚维多利亚、在标称直径(DN)为300mm的地区性AC传输干线上进行的。AC传输主干线的总长为7.6km。它是在二十世纪90年代构造的，并且被埋入地下。AC管道的上游端被连接到球墨铸铁管道，球墨铸铁管道然后被连接到上游远处的储水槽。AC管道的下游端在测试期间是关闭的。主要排出管在测试期间也是关闭的。
现在参照图19，受测试的AC管线的感兴趣段的布局被示为由参考设计图限定。如所描绘的，白色段表示类B管线部分(标称壁厚度17.3mm)，灰色段是类C部分(标称壁厚度25.4mm)。根据维多利亚供水公用设施(东部吉普斯兰供水)提供的设计图，该AC管段由类B和类C DN300AC段组成。管类的频繁变化是考虑到由于沿着管线的高度变化而导致的压差。关于类变化的链程信息以及用于压力波测试的连接点的位置也在图19中示出。
DN300AC管道的物理性质总结在表1中。AC管道的尺寸是取自用于石棉水泥压力管道的澳大利亚标准1711-1975的。如从AC管道样本用实验方法确定的，完整AC的杨氏弹性模量为32GPa。AC的泊松比假定为0.2。如波速公式方程2中使用的约束因子c是针对对纵向移动具有约束的厚壁管道计算得到的。完整类B和类C段的理论波速是使用方程2计算得到的。
表1
类B和类C DN300AC管道在25℃的水温下的物理性质。
测试过程由压力波的产生和管线的压力响应的测量组成。三个连接点或测量位置(P23、PB和P28)是在不进行挖掘的情况下提供进入主要管道的通路的消防栓或空气阀。定制的基于侧排放阀的瞬态压力波产生器被安装在产生位置P23处以用于进行用于子段分析的主要测试，然后被移位到PB和P28以用于更详细的缺陷分析。
在该实验现场研究中，压力波产生器为侧排放阀的形式，侧排放阀被打开几分钟，直到主要管道中的流动相对稳定。然后，突然关闭侧排放阀(在10ms内)以产生阶跃压力波。压力换能器被安装在所述三个点中的每个处以在测试期间以2kHz的采样频率测量压力波相互作用信号。
波速对于AC管道是特别感兴趣的，因为壁劣化通常改变波速，但是不改变截面面积。有效壁厚度的变化(由于壁劣化或类变化而导致)将根据方程2诱导波速变化。具有不同程度的壁劣化(即，变化的有效AC壁厚度)的AC管段的理论波速被确定以促进状况评估。
现在参照图20，示出了具有变化的有效AC壁厚度的DN300AC管线(类B和C)的理论波速，其中每个线的右端表示最初的完整状况。
给定测得的波反射，可以使用方程3从无量纲头部扰动 确定阻抗比Br，然后可以计算波速比。然而，对于该特定的实验现场研究，存在具有变化的截面面积的已知类变化。结果，当对由管类变化诱导的反射进行分析时，必须考虑截面面积的变化。方程3的将来自方程4的阻抗项合并到阻抗比Br中的数学运算得到：
其中ar是波速比(接收入射压力波的段的波速与波从其离开的段的波速)，Ar是截面面积的对应比率。如果截面面积没有变化，例如，受测试的管线在类中是一致的，则Ar的值是单位一。对于该案例研究，并且考虑波从类B段传播到类C段，通过使用表1中给出的直径信息，Ar的值被计算为0.969。
分析也被进行以确定由不同程度的相对壁厚度变化诱导的无量纲头部扰动的理论大小。使用方程10和表1中给出的管线信息，由来自管线中的与壁厚度的各种相对变化(erc)相对应的局部变化的压力波反射造成的无量纲头部扰动 的预期变化是针对类B和类C两类AC管道计算得到的，并且结果在图21中绘制。
从图21可以看出，有效壁厚度的大约20％的缩小(erc＝-0.2，对
用于管线状况分析的方法和系统专利购买费用说明
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