基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置，属于光纤传感领域，从振动瀑布图二值化后的图像中选取V字形左侧棱和右侧棱对应的左侧模板和右侧模板，分别使用左侧模板和右侧模板对二值化图像进行模板匹配得到左侧模板滤波矩阵及右侧模板滤波矩阵，并进行叠加，将左侧模板和右侧模板进行拼接，得到双侧模板，用双侧模板对叠加后的二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；对目标二值化图像中的各V字形状底部进行定位，获取清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。将分布式光纤传感系统的光纤监测距离与油气管线的实际地理位置进行对应。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置
本专利技术属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种基于分布式光纤传感系统的清管器行进状态监测方法及装置。
技术介绍
清管作业是油气管道运行中一项重要且必不可少的工作，作用包括提高生产效率，减少内部腐蚀，保障安全生产，延长管道寿命等。然而，清管也是一项高风险作业，因为一旦清管器卡在某个位置且不能及时定位，则会影响油气的正常输送甚至危及管道安全，因此，对清管器进行跟踪定位，监测清管器的行进状态是清管作业中一项极为重要的内容。传统的清管器追踪方法有放射性同位素法、机械法、声波法、压力法和磁场法等。尽管清管器跟踪定位技术在不断完善，但系统组成和使用方法并未发生根本性改变，仍然需要由操作人员携带接收器驾车在野外管道沿线各点监测清管器的通过情况。这种作业方式不仅耗费人力、物力、财力，而且只能实现定点跟踪，不能对清管器全程实时监测。基于光纤传感原理的清管器跟踪定位方法，利用管道同沟敷设的通信光缆作为传感器，采集清管器在管道中移动时与管壁发生摩擦、碰撞产生的振动，获得清管器的实时位置。其设备安装简单，可以大幅降低清管跟踪作业成本和人工劳动强度，并可以对清管器位置进行全过程实时在线跟踪，且不依赖除光纤以外的任何条件，是未来清管器跟踪定位技术的重要发展方向。现有基于光纤传感原理的清管器跟踪定位方法主要通过查找和筛选二维矩阵信号中的直线段，再判断直线交点的方法对清管器进行定位，但其定位信息只与光纤距离有关，没有和油气管线的实际地理位置进行对应。
技术实现思路
>针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置，以将分布式光纤传感系统的光纤监测距离与油气管线的实际地理位置进行对应。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法，包括：(1)截取目标时间段内的振动瀑布图，并对所述振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；(2)从所述第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，所述左侧模板和所述右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；(3)使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；(4)将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；(5)提取出所述目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。优选地，步骤(3)包括：使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵；使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到右侧模板滤波矩阵。优选地，步骤(4)包括：将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，将叠加值大于0的部分置1，得到第二二值化图像；将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到目标二值化图像。优选地，步骤(5)包括：(5.1)采用m×n的结构元素，对所述目标二值化图像进行膨胀i次得到膨胀后的二值化图像，其中，m、n及i为正数；(5.2)对所述膨胀后的二值化图像进行连通域标记，对于每个所述连通域，获取该连通域最左侧的列索引min_p_col和最右侧的列索引max_p_col，再获取该连通域最下方的行索引max_p_row，并提取max_p_row对应的所有列索引，记为数组bottom_col；(5.3)判断min_p_col或max_p_col是否包含于数组bottom_col，若min_p_col或max_p_col均不包含于数组bottom_col，并且max_p_row小于所述膨胀后的二值化图像的纵向长度，则表明该连通域的底部不处于所在区域的最左侧或最右侧，并且该连通域的底部不处于所述膨胀后的二值化图像的底部，则可判断该连通域为V字形状；(5.4)记录所有V字形状对应连通域的列索引数组bottom_col，统计其最小值和最大值，则所述最小值和所述最大值对应的光纤探测单元序号为所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号。优选地，所述方法还包括：每隔一段时间，进行一次清管器定位，获得清管器的位置和时刻信息；根据该时刻和上一时刻的位置信息，估算前一时间段的清管器行进速度。优选地，所述方法还包括：利用最近的t个时间段的速度估值，由Vt＝a1Vt-1+a2Vt-2+...+akVt-k对清管器当前的行进速度进行预测，其中，a1,a2...ak表示系数，Vt-1,Vt-2,...,Vt-k表示t个时间段的速度估值；使用Vt预测清管器到达最近的标识桩的时刻Tpredict；若检测到清管器应该到达某标识桩的时间已经超时Tdelay，即在Tpredict+Tdelay时刻，清管器仍没有到达最近的标识桩位置，则表示清管器阻塞，发出清管器阻塞警示信息。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测装置，包括：二值化单元，用于截取目标时间段内的振动瀑布图，并对所述振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；模板选择单元，用于从所述第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，所述左侧模板和所述右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；第一模板匹配单元，用于使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；第二模板匹配单元，用于将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；定位单元，用于提取出所述目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。优选地，所述第一模板匹配单元，用于使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵；使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法，其特征在于，包括：/n(1)截取目标时间段内的振动瀑布图，并对所述振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；/n(2)从所述第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，所述左侧模板和所述右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；/n(3)使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；/n(4)将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；/n(5)提取出所述目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法，其特征在于，包括：
(1)截取目标时间段内的振动瀑布图，并对所述振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；
(2)从所述第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，所述左侧模板和所述右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；
(3)使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；
(4)将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；
(5)提取出所述目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：
使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵；
使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到右侧模板滤波矩阵。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：
将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，将叠加值大于0的部分置1，得到第二二值化图像；
将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到目标二值化图像。


4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)包括：
(5.1)采用m×n的结构元素，对所述目标二值化图像进行膨胀i次得到膨胀后的二值化图像，其中，m、n及i为正数；
(5.2)对所述膨胀后的二值化图像进行连通域标记，对于每个所述连通域，获取该连通域最左侧的列索引min_p_col和最右侧的列索引max_p_col，再获取该连通域最下方的行索引max_p_row，并提取max_p_row对应的所有列索引，记为数组bottom_col；
(5.3)判断min_p_col或max_p_col是否包含于数组bottom_col，若min_p_col或max_p_col均不包含于数组bottom_col，并且max_p_row小于所述膨胀后的二值化图像的纵向长度，则表明该连通域的底部不处于所在区域的最左侧或最右侧，并且该连通域的底部不处于所述膨胀后的二值化图像的底部，则可判断该连通域为V字形状；
(5.4)记录所有V字形状对应连通域的列索引数组bottom_col，统计其最小值和最大值，则所述最小值和所述最大值对应的光纤探测单元序号为所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
每隔一段时间，进行一次清管器定位，获得清管器的位置和时刻信息；
根据该时刻和上一时刻的位置信息，估算前一时间段的清管器行进速度。


6.根据权利要求5所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玥，刘洪凯，杨刘阳，王颖，张轶虎，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42