Page 82 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第6期

1104 武 汉 大 学 学 报 （信 息 科 学 版） 2025 年 6 月

型预警、结构损伤识别模型预警 ［28］ 和关联分析模 在压力、流量、声音和振动等信号方面反映出来。
型预警等。在此基础上，国外进一步发展了适用 爆管定位 ［37-38］ 及辅助影响分析首先基于管网监测
于处理桥梁长期监测数据的更复杂的深度学习 信号物理特征，通过分析各监测点压力、流量的
模型，如基于长短期记忆网络的预测模型能够有 波动特性，根据数据波动找出异常发生的区域；
效捕捉时间序列数据中的长期依赖性 ［29］ ；通过卷 然后在计量分区内根据空间距离将管网监测点
积神经网络模型提取监测数据中的空间特征，应 进行聚类分组，根据最大压降所在分组内的各监
用于结构损伤识别和分类任务 ［30］ ，以提升桥梁健 测点的异常个数，判定爆管事件并确定所处的爆
康监测的智能化水平，为养护决策提供更为科学 管区域；最后基于定位算法求解出爆管点坐标实
的依据，最终延长桥梁的使用寿命并确保使用功 现 定 位 。 针 对 供 水 管 网 爆 管 、维 修 和 施 工 等 场
能安全 ［31］ 。 景，通过应用图论传递闭包理论计算识别管网子
3）综合实验预警技术 区和多余阀门，对相应管线上游、下游的有效边
当 历 史 监 测 数 据 不 足 、难 以 支 撑 辅 助 分 析 界阀门进行快速搜索和识别，提出适用单事故点
时，可采用综合实验预警技术，即通过有限元模 和多事故点工况的供水管网全网关阀预案一次、
型或实验桥梁复现部分难遇或罕遇的突发事件 二 次 生 成 算 法 ，给 出 受 爆 管 等 事 件 影 响 区 域 范
场景，对数值模拟结果或实验结果进行分析，以 围。近年来，随着机器学习技术的兴起，学者们
期 评 估 实 际 运 行 桥 梁 在 此 类 场 景 下 的 抗 灾 能 着力于模型算法上的突破，利用数学模型和机器
力 ［32-33］ 。清华大学合肥公共安全研究院建设有全 学习的方法 ［39-40］ 模拟供水管网的运行工况，实时
国体量最大的桥梁结构实体模型，具有 140 余个 预测供水管网是否发生泄漏，并进行精准定位。
结构类、环境类及荷载类传感器，可以对桥墩沉 2.4 排水安全风险监测预警技术
降、单板受力、拉索断裂、主梁倾覆等 20 余种桥梁 排水安全风险监测预警代表性技术主要包
典型风险场景进行模拟复现，用于综合分析预警 括排水管网病害监测诊断技术和城市积水内涝
研究。 风险预警技术。
2.3 供水安全风险监测预警技术 1）排水管网病害监测诊断技术
供水安全风险监测预警代表性技术主要包 排 水 管 网 的 主 要 病 害 有 管 网 淤 堵 、错 接 混
括供水管网泄漏监测预警技术、供水管网爆管定 接、入流入渗 ［41-42］ 。排水管道淤积会导致上下游
位及辅助影响分析技术等。 管网的水力学工况发生变化，可对排水管网淤积
1）供水管网泄漏监测预警技术 的特征规律进行分析和总结；排水管网雨污混接
城市供水管网泄漏是引发城市路面塌陷的 可通过水质、水量、液位监测数据，结合排水管网
一个重要诱因。传统的人工检测法和区域流量 拓扑关系进行系统性诊断；雨水入流入渗监测诊
平衡等方法无法及时有效地探测到供水管网泄 断技术以整体、分区诊断为思路，采用水质水量
漏。城市生命线安全工程主要应用瞬态流量压 平衡分析法，以污水处理厂、泵站、管道分级，通
力分析 ［34］ 和漏失声波监测 ［35］ 的方式，实现对城市 过排水管网拓扑关系，逐级识别入流入渗重点区
供水管网全天候实时监测。瞬态流量压力分析 域，最终追踪问题源至管道级别。国内外都非常
主要利用动态阈值算法识别瞬变压力和流量，通 重 视 城 市 排 水 问 题 ，积 极 研 发 GIS 系 统 ，德 国
过模型判断及与历史监测数据比对，触发供水泄 GeoGrat 公 司 在 20 世 纪 90 年 代 研 发 城 市 排 水
漏报警。漏失声波监测是拾取供水管道泄漏时， GIS 系统，即 GEOGIS 系统，对城市地下管网进
水从管道破损处溢出产生的声音信号，进一步通 行综合治理，并在欧洲 200 多个城市得到应用；日
过信号处理确定漏点。此外，一些发达国家的知 本大部分城市都建立了基于 GIS 的管网信息系
名机构协会很早就开始供水泄漏定位技术的研 统，对城市排水设施进行科学监测管理；中国北
究，如美国用水工程协会、英国水研究中心和日 京、武汉、南京等城市也基于 GIS 技术开发了城
本水道协会等，如美国菲力尔公司研发的红外热 市地下管网或排水管理信息系统，实现对排水设
成像法 ［36］ 可以捕捉管道表面泄漏点附近热分布 施的信息化管理 ［43］ 。
差异来检测泄漏并定位。 2）城市积水内涝风险预警技术
2）供水管网爆管定位及辅助影响分析技术 城市积水内涝预警主要分为雨前的模型预
当管网供水发生异常事件时，一定程度上会 测技术和雨中的监测预警技术 ［44］ 。雨前的模型