一种流体管道泄漏源监测定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种流体管道泄漏源监测定位系统及方法，涉及管道监测技术领域，解决了现有技术中泄漏源定位结果不准确的问题。该系统包括主站单元和n个子站单元；其中，主站单元包括处理判断模块和定位计算模块，子站单元用于探测泄漏源声波信号，得到泄漏源声波数据；处理判断模块用于根据泄漏源声波数据计算得到当前管道时频域图像，并基于当前管道时频域图像和标准管道时频域图像判断当前管道是否发生泄漏；定位计算模块用于在当前管道发生泄漏时，对第一组泄漏源声波数据和第二组泄漏源声波数据进行互相关计算得到时间差平均值，并根据时间差平均值定位泄漏源位置。本发明专利技术提供的流体管道泄漏源监测定位系统用于管道泄漏源的检测和定位。

【技术实现步骤摘要】
一种流体管道泄漏源监测定位系统及方法
本专利技术涉及管道检测
，尤其涉及一种流体管道泄漏源监测定位系统及方法。
技术介绍
近年来，因油气管道泄漏导致的灾难性事故频发，管道的安全运行和维护受到了威胁和挑战。因此需要使用先进的科学手段建立管道安全预报警体系，通过有效的技术手段对管道内流体泄漏事故进行实时监测，准确发出泄漏报警并快速定位，以便于生产单位启动相应的应急预案，减少类似安全事故的发生。目前现有的管道泄漏监测技术主要有：压力点分析法、负压波法、流量差监测法、光缆监测法等，经过实践验证上述技术误报率高、定位精度差，参考意义有限。目前，基于次声波的监测技术已经初步应用于管道泄漏监测中，该方法的原理如下：当管道发生泄漏时，会在管道内部产生次声波信号，通过监测该次声波信号的能量密度值、能量密度比值、声波信号幅值等参数，并与管道未泄漏时的参数进行比较，当监测到信号的参数超过预先设定的阈值时，即可以判断管道发生泄漏。但是，在实际应用中，管道内由于本体噪声等因素的影响，会产生偶发性的次声波信号参数超过阈值现象，同时，现有监测技术直接对时域信号进行处理和识别，因此极易导致误报。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种流体管道泄漏源监测定位系统及方法，解决了现有技术中泄漏源定位结果不准确的问题。为了实现上述目的，本专利技术的一方面提供一种流体管道泄漏源监测定位系统，包括主站单元和n个子站单元，n个所述子站单元沿流体管道方向依次分布，各所述子站单元分别与所述流体管道连通，n≥2；其中，所述主站单元包括处理判断模块和定位计算模块，所述处理判断模块的输入端分别与各所述子站单元交互连接，所述处理判断模块的输出端与所述定位计算模块连接；所述子站单元用于探测泄漏源声波信号，得到泄漏源声波数据；所述处理判断模块用于根据所述泄漏源声波数据计算得到当前管道时频域图像，并基于当前所述管道时频域图像和标准管道时频域图像判断当前管道是否发生泄漏；所述定位计算模块用于在当前管道发生泄漏时，对第一组泄漏源声波数据和第二组泄漏源声波数据进行互相关计算得到时间差平均值，并根据所述时间差平均值定位泄漏源位置。优选的，所述子站单元包括高精度次声波传感器、GPS定位组件以及数字化仪，所述高精度次声波传感器通过传感器球阀与所述流体管道连通，所述高精度次声波传感器和所述GPS定位组件分别与所述数字化仪的一端连接，所述数字化仪的另一端与所述处理判断模块连接。进一步的，所述处理判断模块包括依次连接的滤波处理子模块、小波变换子模块和判断子模块，所述数字化仪与所述滤波处理子模块连接，所述判断子模块与所述定位计算模块连接；所述滤波处理子模块用于对所述泄漏源声波数据进行卡尔曼滤波处理，得到次声波一维数据；所述小波变换子模块用于对所述次声波一维数据进行连续小波变换处理，得到时频域图像；所述判断子模块采用梯度算子及区域分割算法在所述时频域图像中提取各时段对应区域的能量密度值Ei，并分别与标准状态能量密度值E比对，当任一时段对应区域的能量密度值Ei均大于标准状态能量密度值E，判断结果为当前管道发生泄漏，否则判断结果为当前管道未发生泄漏。优选的，所述定位计算模块包括依次连接的序列选取子模块、短时序列设置子模块、互相关运算子模块、序贯概率比检验子模块和定位子模块，所述序列选取子模块和所述判断子模块连接；所述序列选取子模块用于从第一组泄漏源声波数据中选取第1短时序列S1，以及从第二组泄漏源声波数据中选取的长时序列S2；所述短时序列设置子模块用于在第1短时序列S1和长时序列S2之间设置固定间隔时间ΔT，所述第i短时序列Si＝S(i-1)+ΔT，i≥2；所述互相关运算子模块用于分别对各短时序列与长时序列S2互相关运算，依次得到对应的互运算结果Δτ1……Δτi；所述序贯概率比检验子模块用于根据所述互运算结果Δτ1……Δτi，采用序贯概率比检验方法得到相关系数Di，确认当前管道是否发生泄漏；所述定位子模块用于在当前管道发生泄漏时，根据所述互运算结果Δτ1……Δτi得到时间差平均值，并根据所述时间差平均值定位泄漏源位置。与现有技术相比，本专利技术提供的流体管道泄漏源监测定位系统具有以下有益效果：本专利技术提供的流体管道泄漏源监测定位系统中，由主站单元和n个子站单元组成，主站单元包括处理判断模块和定位计算模块，处理判断模块分别与n个子站单元交互连接，且各子站单元沿流体管道方向依次分布；由于子站单元包括高精度次声波传感器，因此可用于探测微弱的泄漏源声波信号，以精准的得到包括次声波沿着管道内流体传输方向的速度V1、次声波逆着管道内流体传输方向的速度V2、泄漏源次声波参数等泄漏源声波数据，使得处理判断模块根据上述泄漏源声波数据计算得到当前管道时频域图像，并通过与标准管道时频域图像比对，初步判断当前管道是否发生泄漏；而为了精准定位泄漏源位置，定位计算模块在接收到初步判断结果为当前管道发生了泄漏时，调取与泄漏源最近处的两个子站单元发送的泄漏源声波数据，即第一组泄漏源声波数据和第二组泄漏源声波数据，然后采用序贯概率比检验法对泄漏源进行确认并发出泄漏警报，同时采用定位公式对泄漏源位置进行准确定位。可见，本专利技术通过处理判断模块和定位计算模块的设置，能够对泄漏源进行二次判断，以保证泄漏源监控结果的准确性；另外，在确认当前管道发生了泄漏时还能够及时的发出泄漏警报，并结合当前管道的实际工况对泄漏源位置进行准确定位，使得检修人员根据泄漏源定位及时的对当前管道进行检修。本专利技术的另一方面提供一种流体管道泄漏源监测定位方法，应用于权利要求1所述的流体管道泄漏源定位系统中，所述方法包括：步骤S1：探测泄漏源声波信号，得到泄漏源声波数据；步骤S2：根据所述泄漏源声波数据计算得到当前管道时频域图像，并基于当前所述管道时频域图像和标准管道时频域图像判断当前管道是否发生泄漏；步骤S3：在当前管道发生泄漏时，对第一组泄漏源声波数据和第二组泄漏源声波数据进行互相关计算得到时间差平均值，并根据所述时间差平均值定位泄漏源位置。优选的，所述步骤S2具体包括：步骤S21：对所述泄漏源声波数据进行卡尔曼滤波处理，得到次声波一维数据；步骤S22：对所述次声波一维数据进行连续小波变换处理，得到时频域图像；步骤S23：采用梯度算子及区域分割算法在所述时频域图像中提取各时段对应区域的能量密度值Ei，并分别与标准状态能量密度值E比对，当任一时段对应区域的能量密度值Ei均大于标准状态能量密度值E，判断结果为当前管道发生泄漏，否则判断结果为当前管道未发生泄漏。较佳的，时频域图像的计算公式为其中，所述X(t)为当前时刻的次声波一维数据；所述t为信号时间变量，所述a为信号采样频率，所述b为采样周期的倍数。进一步的，所述步骤S3具体包括：步骤S31：从第一组泄漏源声波数据中选取第1短时序列S1，以及从第二组泄漏源声波数据中选取的长时序列S2；步骤S32：在第1短时序列S1和长时序列S2之间设置固定间隔时间ΔT，所述第i短时序列Si＝S(i-1)+ΔT，i≥2；步骤S33：分别对各短时序列与长时序列S2互相关运算，依次得到对应的互运算结果Δτ1……Δτi；步骤S34：根据所述互运算结果Δτ1……Δτi计算得到相关系数Di，确认当前管道是否发生泄漏；步骤S35：在确认当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体管道泄漏源监测定位系统，其特征在于，包括主站单元和n个子站单元，n个所述子站单元沿流体管道方向依次分布，各所述子站单元分别与所述流体管道连通，n≥2；其中，所述主站单元包括处理判断模块和定位计算模块，所述处理判断模块的输入端分别与各所述子站单元交互连接，所述处理判断模块的输出端与所述定位计算模块连接；所述子站单元用于探测泄漏源声波信号，得到泄漏源声波数据；所述处理判断模块用于根据所述泄漏源声波数据计算得到当前管道时频域图像，并基于当前所述管道时频域图像和标准管道时频域图像判断当前管道是否发生泄漏；所述定位计算模块用于在当前管道发生泄漏时，对第一组泄漏源声波数据和第二组泄漏源声波数据进行互相关计算得到时间差平均值，并根据所述时间差平均值定位泄漏源位置。

【技术特征摘要】
2016.12.28 CN 20161123132601.一种流体管道泄漏源监测定位系统，其特征在于，包括主站单元和n个子站单元，n个所述子站单元沿流体管道方向依次分布，各所述子站单元分别与所述流体管道连通，n≥2；其中，所述主站单元包括处理判断模块和定位计算模块，所述处理判断模块的输入端分别与各所述子站单元交互连接，所述处理判断模块的输出端与所述定位计算模块连接；所述子站单元用于探测泄漏源声波信号，得到泄漏源声波数据；所述处理判断模块用于根据所述泄漏源声波数据计算得到当前管道时频域图像，并基于当前所述管道时频域图像和标准管道时频域图像判断当前管道是否发生泄漏；所述定位计算模块用于在当前管道发生泄漏时，对第一组泄漏源声波数据和第二组泄漏源声波数据进行互相关计算得到时间差平均值，并根据所述时间差平均值定位泄漏源位置。2.根据权利要求1所述的一种流体管道泄漏源监测定位系统，其特征在于，所述子站单元包括高精度次声波传感器、GPS定位组件以及数字化仪，所述高精度次声波传感器通过传感器球阀与所述流体管道连通，所述高精度次声波传感器和所述GPS定位组件分别与所述数字化仪的一端连接，所述数字化仪的另一端与所述处理判断模块连接。3.根据权利要求2所述的一种流体管道泄漏源监测定位系统，其特征在于，所述处理判断模块包括依次连接的滤波处理子模块、小波变换子模块和判断子模块，所述数字化仪与所述滤波处理子模块连接，所述判断子模块与所述定位计算模块连接；所述滤波处理子模块用于对所述泄漏源声波数据进行卡尔曼滤波处理，得到次声波一维数据；所述小波变换子模块用于对所述次声波一维数据进行连续小波变换处理，得到时频域图像；所述判断子模块采用梯度算子及区域分割算法在所述时频域图像中提取各时段对应区域的能量密度值Ei，并分别与标准状态能量密度值E比对，当任一时段对应区域的能量密度值Ei均大于标准状态能量密度值E，判断结果为当前管道发生泄漏，否则判断结果为当前管道未发生泄漏。4.根据权利要求1或3所述的一种流体管道泄漏源定位系统，其特征在于，所述定位计算模块包括依次连接的序列选取子模块、短时序列设置子模块、互相关运算子模块、序贯概率比检验子模块和定位子模块，所述序列选取子模块和所述判断子模块连接；所述序列选取子模块用于从第一组泄漏源声波数据中选取第1短时序列S1，以及从第二组泄漏源声波数据中选取的长时序列S2；所述短时序列设置子模块用于在第1短时序列S1和长时序列S2之间设置固定间隔时间ΔT，所述第i短时序列Si＝S(i-1)+ΔT，i≥2；所述互相关运算子模块用于分别对各短时序列与长时序列S2互相关运算，依次得到对应的互运算结果Δτ1……Δτi；所述序贯概率比检验子模块用于根据所述互运算结果Δτ1……Δτi，采用序贯概率比检验方法得到相关系数Di，确认当前管道是否发生泄漏；所述定位子模块用于在当前管道发生泄漏时，根据所述互运算结果Δτ1……Δτi得到时间差平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，
申请(专利权)人：吉林省百瑞生科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22