一.有壓-無壓聯(lián)合管道輸調(diào)水系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境建設(shè)

1.有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)基礎(chǔ)物理模型平臺

本實(shí)驗(yàn)臺參考滇中引水工程，實(shí)驗(yàn)平臺長約為50m，寬度約7m，占地350m2。物理模型平臺包含有壓、無壓兩部分，通過高位水池連接。

有壓輸調(diào)水系統(tǒng)基礎(chǔ)物理模型平臺含低位水池、并聯(lián)泵組、閥門、有壓輸調(diào)水管道、高位水池等。針對實(shí)訓(xùn)大廳的建設(shè)面積進(jìn)行工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，按照工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有壓輸調(diào)水系統(tǒng)的施工建設(shè)，能夠展示水從取水設(shè)施、輸水設(shè)施進(jìn)行聯(lián)合取水、輸水、配水等調(diào)水過程的演示。能夠?yàn)?/span>有壓管道水錘實(shí)驗(yàn)、泵裝置性能反演分析實(shí)驗(yàn)、閥門過流特性實(shí)驗(yàn)、管道局部阻塞實(shí)驗(yàn)、管道滲漏實(shí)驗(yàn)、管道爆管實(shí)驗(yàn)、長距離有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)物理模型平臺。

無壓輸調(diào)水系統(tǒng)基礎(chǔ)物理模型平臺含高位水池、閥門、典型無壓調(diào)水管道（包括：隧洞、暗涵、倒虹吸、渡槽）、分水口、溢流堰、低位水池等。針對實(shí)訓(xùn)大廳的建設(shè)面積進(jìn)行工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，按照工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行無壓輸調(diào)水系統(tǒng)的施工建設(shè)，能夠展示水從取水設(shè)施、輸水設(shè)施進(jìn)行聯(lián)合取水、輸水、配水等調(diào)水過程的演示。能夠?yàn)闊o壓非恒定流實(shí)驗(yàn)、倒虹吸實(shí)驗(yàn)、長距離有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)物理模型平臺。

2.有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量及采集系統(tǒng)

（1）流量傳感器

用途：各級管道各布置一個，測量關(guān)鍵性的流量數(shù)值。

（2）壓力傳感器

用途：布置在管道節(jié)點(diǎn)處，測量關(guān)鍵性的流量數(shù)值。

（3）電子閥

用途：控制閥門啟閉

3.有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng)

自動水循環(huán)系統(tǒng)：包括上下游水箱、水管、三通、活接等組件，平臺用水可重復(fù)循環(huán)利用，節(jié)約用水。配有下水箱的的水位顯示器一套，包含溢流裝置、穩(wěn)流裝置和排水裝置等。實(shí)時顯示水箱水位數(shù)值，避免水箱中的水溢出或缺水等情況的發(fā)生。

4.有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)

有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)由配電柜、電源模塊、空氣開關(guān)、交流接觸器、可編程序控制器、中間繼電器、接線端子、電源線及線標(biāo)等內(nèi)容組成。所有模塊由電纜連接到電控柜，通過可編程控制器對各電路進(jìn)行控制。采用PLC控制設(shè)備將給有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)的流量傳感器與壓力傳感器進(jìn)行信號管理，為數(shù)字孿生系統(tǒng)實(shí)時、準(zhǔn)確、自動地提供及時、有效、真實(shí)的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)管理層與執(zhí)行層信息的交流和協(xié)同工作，滿足實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)、管理所需的數(shù)據(jù)與管理需求，有效提高數(shù)字孿生系統(tǒng)的管理能力，并為學(xué)生實(shí)驗(yàn)提供有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（1）各測點(diǎn)傳感器：根據(jù)有壓輸調(diào)水系統(tǒng)現(xiàn)場情況對已有的設(shè)備進(jìn)行連通調(diào)試，對沒有的硬件設(shè)備進(jìn)行采購安裝；

（2）綜合控制柜：綜合接入數(shù)據(jù)，并且是信號傳輸?shù)幕A(chǔ)硬件；

（3）數(shù)據(jù)通信光端機(jī)：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為光信號進(jìn)行傳輸；

（4）PCI擴(kuò)展卡：用于電腦和服務(wù)器的PCI接口擴(kuò)展，使其具有專有數(shù)據(jù)的接入能力；

連接有壓輸調(diào)水系統(tǒng)平臺各用電元器件、線槽等按電路系統(tǒng)圖或者電路表進(jìn)行規(guī)范化布線連線，并做好規(guī)范的電路標(biāo)識。

5.有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)控制系統(tǒng)

（1）可不限于使用Python、Java、C、C++、JavaScript、C#、Ruby、PHP以及Objective-C等編程語言中的一種或多種來進(jìn)行控制系統(tǒng)的開發(fā)；

（2）控制程序軟件UI界面進(jìn)行個性化定制設(shè)計(jì)，按鈕功能簡潔明了，控制分區(qū)邏輯布局清晰合理。

6.有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)配套設(shè)施

本系統(tǒng)能夠服務(wù)于有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能應(yīng)用。主要硬件設(shè)備如下：

（1）顯示屏：采用約8平方的壁掛式LED顯示屏作為展示大屏，可用于有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)平臺的實(shí)時設(shè)備遠(yuǎn)程控制及智慧運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)展示載體。

（2）高性能電腦：配置高性能臺式電腦，作為虛擬仿真軟件系統(tǒng)及智控系統(tǒng)的運(yùn)行載體，滿足日常教學(xué)活動及監(jiān)控指揮決策所需。

（3）多媒體講臺：規(guī)格尺寸約長1000mm×寬700mm×高1000mm，冷軋鋼板+高密度板，為可拆裝結(jié)構(gòu)。

（4）音響系統(tǒng)：配置音響系統(tǒng)，用于語音講解的輸出。

二.配套數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)

1.DY-SL001-11 調(diào)水工程數(shù)字孿生子系統(tǒng)

2.DY-SL001-12 有壓管道水錘虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

3.DY-SL001-13 泵裝置性能反演分析虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

4.DY-SL001-14 閥門過流特性虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

5.DY-SL001-15 管道局部阻塞虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

6.DY-SL001-16 管道滲漏虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

7.DY-SL001-17 管道爆管虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

8.DY-SL001-18 無壓非恒定流虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

9.DY-SL001-19 倒虹吸特性虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

10.DY-SL001-20 長距離有壓-無壓聯(lián)合輸調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

三.長距離有壓輸水系統(tǒng)高精度爆管滲漏監(jiān)測實(shí)驗(yàn)平臺

在過去的幾十年，出現(xiàn)了很多爆管滲漏檢測的相關(guān)技術(shù)，如聲學(xué)技術(shù)、探地雷達(dá)、氣體示蹤、電磁技術(shù)和光纖傳感等。傳統(tǒng)的爆管、滲漏定位技術(shù)普遍存在成本高、效率低、精度差、檢測范圍小等缺陷。與許多商業(yè)化的爆管滲漏檢測技術(shù)相比，基于瞬態(tài)的檢測方法具有響應(yīng)速度快、可在線監(jiān)測、操作范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因此，該平臺的建設(shè)可為實(shí)際輸水管線爆管和滲漏的監(jiān)測提供前沿解決方案，助力教學(xué)、科研和實(shí)際工程應(yīng)用。

建設(shè)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)有壓輸水系統(tǒng)爆管滲漏相關(guān)的系列智能實(shí)驗(yàn)，支撐對有壓管道爆管滲漏相關(guān)理論與技術(shù)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)開展。

本實(shí)驗(yàn)平臺包含硬件和軟件兩部分。硬件規(guī)格配置包括：在有壓輸調(diào)水系統(tǒng)基礎(chǔ)物理模型平臺、管道滲漏虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和管道爆管虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)：爆管滲漏實(shí)驗(yàn)智能監(jiān)測系統(tǒng)（高頻壓力傳感器和高精度水聽器）、爆管滲漏實(shí)驗(yàn)智能采集傳輸系統(tǒng)（遠(yuǎn)程終端裝置RTU）、高性能計(jì)算服務(wù)器。

1.爆管滲漏虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)功能：

（1）管道壓力實(shí)時監(jiān)測和展示

內(nèi)置高精度數(shù)據(jù)清洗和濾波算法引擎，基于不同關(guān)鍵位置的多個高頻壓力傳感器，實(shí)時監(jiān)測和展示壓力瞬變信號。

（2）爆管風(fēng)險評估

基于設(shè)定的壓力閾值參數(shù)、歷時數(shù)據(jù)和流場重構(gòu)技術(shù)，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)各區(qū)域異常壓力瞬變事件發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間，利用算法進(jìn)行有效性評估，并在軟件平臺界面中展示并標(biāo)記有爆管風(fēng)險的區(qū)域。

（3）爆管診斷與定位

通過流場重構(gòu)和特征匹配技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)爆管的精準(zhǔn)診斷，通過壓力溯源技術(shù)實(shí)現(xiàn)爆管的精準(zhǔn)定位。功能指標(biāo)要求：針對實(shí)際工程，爆管報(bào)警時間在爆管發(fā)生后2min以內(nèi)；報(bào)警準(zhǔn)確度不低于90%；爆管定位精度優(yōu)于±5m（此指標(biāo)對感知設(shè)備精度、布置有要求，需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況研究給定）；爆管分析全過程展示。

（4）異常壓力瞬變源分析

通過壓力溯源技術(shù)，尋找非爆管引起的異常瞬變源，快速展示和標(biāo)記，并分析產(chǎn)生的原因。

（5）壓力、音頻和音頻轉(zhuǎn)化后的聲壓監(jiān)測數(shù)據(jù)展示

（6）基于聲波聯(lián)合技術(shù)的滲漏診斷

基于壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)和噪聲數(shù)據(jù)，進(jìn)行頻譜分析和特征參數(shù)計(jì)算，據(jù)此判定是否發(fā)生滲漏。

（7）基于聲波聯(lián)合技術(shù)的滲漏定位

基于壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)和噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行波速精準(zhǔn)率定，通過壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)和噪聲數(shù)據(jù)的互相關(guān)分析，確定滲漏位置。功能指標(biāo)要求：定位精度優(yōu)于±2m（此指標(biāo)對感知設(shè)備精度、布置有要求，需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況研究給定）；滲漏分析全過程展示。

2.技術(shù)要求

（1）爆管滲漏實(shí)驗(yàn)仿真單元和瞬態(tài)波擊發(fā)裝置

A. 規(guī)格：含爆管滲漏仿真基礎(chǔ)物理模塊3套，瞬態(tài)波擊發(fā)裝置1套。

B. 配置：針對基礎(chǔ)物理平臺實(shí)際布置情況，選擇相應(yīng)的爆管滲漏發(fā)生位置，并配有爆管模擬閥和排水管段；瞬態(tài)激發(fā)裝置包瞬態(tài)激發(fā)側(cè)閥和排水管段。

C. 主要功能指標(biāo)：為整個有爆管滲漏實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供爆管物理仿真模塊，可單獨(dú)控制每個爆管滲漏的大??；瞬態(tài)擊發(fā)裝置要求能夠快速向系統(tǒng)發(fā)射水錘波，可產(chǎn)生較高頻率響應(yīng)。

D. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能能夠滿足實(shí)驗(yàn)相關(guān)需求。

（2）爆管滲漏實(shí)驗(yàn)智能監(jiān)測系統(tǒng)

A. 規(guī)格：含高精度感知單元1套。

B. 配置：高精度感知單元具體包括：高頻壓力傳感器、高精度水聽器、高精度流量計(jì)

C. 主要功能指標(biāo)：為整個爆管滲漏實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供主支管道流量、爆管流量、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)壓力控制調(diào)節(jié)等實(shí)驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

D. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能能夠滿足實(shí)驗(yàn)相關(guān)需求。

（3）爆管滲漏實(shí)驗(yàn)智能采集傳輸系統(tǒng)

A. 規(guī)格：包含智能采集板卡1套、數(shù)據(jù)清洗系統(tǒng)1套、智能采集系統(tǒng)1套、采集線纜等。

B. 配置：采集線纜，要求能夠滿足實(shí)驗(yàn)采集線纜要求，衰減??；智能采集板卡1套，接口數(shù)量能夠滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集要求，電流接口；數(shù)據(jù)清洗系統(tǒng)1套，滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清洗要求，嵌入實(shí)驗(yàn)智能控制系統(tǒng)；智能采集系統(tǒng)1套，滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動采集，并嵌入實(shí)驗(yàn)智能控制系統(tǒng)。

C. 主要功能指標(biāo)：為有壓管道爆管滲漏實(shí)驗(yàn)智能分析控制系統(tǒng)提供各水力要素參數(shù)的信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

D. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能能夠滿足實(shí)驗(yàn)相關(guān)需求。

（4）高性能計(jì)算服務(wù)器