一种天然气管道安全监控方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种天然气管道监控的技术领域，公开了一种天然气管道安全监控方法，包括：将声波传感器部署到天然气管道，利用声波传感器采集天然气管道的声波信号；利用声波信号放大器对采集到的声波信号进行放大处理，并对放大后的声波信号进行采样，得到采样信号；对采样信号进行预加重和加窗的预处理，得到预处理完成的采样信号；利用异常信号检测算法检测采样信号中存在的异常信号；根据异常信号，利用结合信号分解的天然气管道泄漏位置定位算法定位到天然气管道的泄漏位置，并将泄漏位置发送给天然气管道安全监控人员。本发明专利技术还提供了一种天然气管道安全监控系统。本发明专利技术实现了天然气管道监控。然气管道监控。然气管道监控。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气管道安全监控方法及系统


[0001]本专利技术涉及天然气管道监控的
，尤其涉及一种天然气管道安全监控方法及系统。

技术介绍

[0002]天然气管道作为天然气输气管道系统的重要组成部分，担任着输气管道系统的枢纽和心脏作用，其结构和敷设条件复杂，特别是地理位置常设置于人口密集区域。一旦发生管道泄漏、爆炸事故，将造成严重的经济、环境损失和社会危害。
[0003]传统天然气管道监控技术是利用管道机器人搭载无损检测设备、信号采集、信号处理系统，以管道内输送介质为前进动力，对管道和特殊部件的腐蚀、裂纹、凹坑、孔洞和变形等缺陷进行在线安全检测。通过数据后处理，能够准确判断出缺陷的尺寸和位置；但管道机器人制作成本高昂，无法实现大规模天然气管道安全监控。
[0004]鉴于此，如何更为方便地进行天然气管道安全监控，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种天然气管道安全监控方法，通过利用声波传感器采集天然气管道中的声波信号，并对采集到的声波信号进行放大处理，同时利用异常信号检测算法检测到所采集到的异常信号，并利用结合信号分解的天然气管道泄漏位置定位算法定位到天然气管道的泄漏位置。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的一种天然气管道安全监控方法，包括：
[0007]将声波传感器部署到天然气管道，利用声波传感器采集天然气管道的声波信号；
[0008]利用声波信号放大器对采集到的声波信号进行放大处理，并对放大后的声波信号进行采样，得到采样信号；
[0009]对采样信号进行预加重和加窗的预处理，得到预处理完成的采样信号；
[0010]利用异常信号检测算法检测采样信号中存在的异常信号；
[0011]根据异常信号，利用结合信号分解的天然气管道泄漏位置定位算法定位到天然气管道的泄漏位置，并将泄漏位置发送给天然气管道安全监控人员。
[0012]可选地，所述利用声波传感器采集天然气管道的声波信号，包括：
[0013]将n个声波传感器均匀部署在天然气管道中，每个声波传感器之间的距离为N/n，其中N为天然气管道的长度；
[0014]所述第i个声波传感器所采集到的声波信号为x
i
(t)，它是由J个未知信号源s
j
(t)卷积混合而成的含噪声波信号，所述卷积混合公式为：
[0015][0016]其中：
[0017]a(t)为冲激响应；
[0018]s
j
(t)表示第j个未知信号源；
[0019]J为未知信号源的个数；
[0020]b
i
(t)为噪声信号；
[0021]x
i
(t)为第i个声波传感器所采集到的声波信号；
[0022]t表示传感器离散采集时间。
[0023]在本专利技术一个具体实施例中，所述声波传感器为过零点的线性模型S：
[0024][0025]其中：
[0026]P为声波传感器所接收的声波压力信号；
[0027]Q为声波传感器输出的电荷信号，将声波传感器输出的电荷信号作为声波信号；
[0028]a
s
表示声波传感器的灵敏度。
[0029]可选地，所述利用声波信号放大器对采集到的声波信号进行放大处理，包括：
[0030]利用声波信号放大器对采集到的声波信号进行放大处理，所述对声波信号进行放大处理的公式为：
[0031][0032]其中：
[0033]a
s
表示声波传感器的灵敏度；
[0034]R
C
表示声波信号放大器的反馈电阻；
[0035]β表示放大系数，将其设置为1.3；
[0036]ε表示声波信号x(t)的持续时间；
[0037]x
′
(t)表示放大后的声波信号；
[0038]对放大后的声波信号进行采样处理，设置声波信号的采样周期为T，则采样得到的采样信号为：
[0039][0040]其中：
[0041]x
′
(nT)；
[0042]t表示信号的接收时间；
[0043]w表示采样频率的1/2，
[0044]在本专利技术一个具体实施例中，根据放大后声波信号x
′
(t)的极值点，本专利技术将放大后的声波信号划分为信号上升和信号下降两个区域，其中每个区域i的起始点坐标为u(i)，结束点坐标为v(i)，则对声波信号进行采样的频率范围为：
[0045][0046]其中：
[0047]ε表示声波信号x(t)的持续时间。
[0048]可选地，所述对采样信号进行预加重和加窗的预处理，包括：
[0049]1)所述预加重的函数为：
[0050]H(x
′
(nT))＝1
‑
ax
′
(nT)
‑1[0051]其中：
[0052]x
′
(nT)为采样信号；
[0053]a为预加重系数，本专利技术将其设为0.912；
[0054]2)利用汉明窗对采样信号进行加窗处理，所述汉明窗的时域表达式为：
[0055][0056]其中：
[0057]n为采样信号的帧数；
[0058]N为采样信号的总长度。
[0059]可选地，所述利用异常信号检测算法检测采样信号，包括：
[0060]1)对于采样信号x
′
(nT)＝[x
′
(T),x
′
(2T),
…
,x
′
(NT)]，其中N表示采样信号长度；若x
′
(iT)与x
′
((i+1)T)极性相同，则x
′
(iT)与x
′
((i+1)T)属于同一个子信号x
′
sub
(i)；否则x
′
(iT)与x
′
((i+1)T)分别为子信号x
′
sub
(i
‑
1)的结束点和子信号x
′
sub
(i+1)的起始点；
[0061]2)将采样信号分解为M个子信号x
′
sub
(i)，且子信号x
′
sub
(i)的峰值为A(i)；
[0062]3)将子信号按峰值的绝对值从大到小进行排序，将有序峰值序列中前m个峰值所对应的子信号作为异常信号。
[0063]可选地，所述利用结合信号分解的天然气管道泄漏位置定位算法定位到天然气管道的泄漏位置，包括：
[0064]1)对任意两组不同传感器所采集的异常信号x
i
(t)，x
j
(t)进行互谱分析，得到异常信号的特征频带w
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气管道安全监控方法，其特征在于，所述方法包括：将声波传感器部署到天然气管道，利用声波传感器采集天然气管道的声波信号；利用声波信号放大器对采集到的声波信号进行放大处理，并对放大后的声波信号进行采样，得到采样信号；对采样信号进行预加重和加窗的预处理，得到预处理完成的采样信号；利用异常信号检测算法检测采样信号中存在的异常信号；根据异常信号，利用结合信号分解的天然气管道泄漏位置定位算法定位到天然气管道的泄漏位置，并将泄漏位置发送给天然气管道安全监控人员。2.如权利要求1所述的一种天然气管道安全监控方法，其特征在于，所述利用声波传感器采集天然气管道的声波信号，包括：将n个声波传感器均匀部署在天然气管道中，每个声波传感器之间的距离为N/n，其中N为天然气管道的长度；所述第i个声波传感器所采集到的声波信号为x
i
(t)，它是由J个未知信号源s
j
(t)卷积混合而成的含噪声波信号，所述卷积混合公式为：其中：a(t)为冲激响应；s
j
(t)表示第j个未知信号源；J为未知信号源的个数；b
i
(t)为噪声信号；x
i
(t)为第i个声波传感器所采集到的声波信号；t表示传感器离散采集时间。3.如权利要求2所述的一种天然气管道安全监控方法，其特征在于，所述利用声波信号放大器对采集到的声波信号进行放大处理，包括：利用声波信号放大器对采集到的声波信号进行放大处理，所述对声波信号进行放大处理的公式为：其中：a
s
表示声波传感器的灵敏度；R
C
表示声波信号放大器的反馈电阻；β表示放大系数，将其设置为1.3；ε表示声波信号x(t)的持续时间；x
′
(t)表示放大后的声波信号；对放大后的声波信号进行采样处理，设置声波信号的采样周期为T，则采样得到的采样信号为：
其中：x
′
(nT)；t表示信号的接收时间；w表示采样频率的1/2，4.如权利要求3所述的一种天然气管道安全监控方法，其特征在于，所述对采样信号进行预加重和加窗的预处理，包括：1)所述预加重的函数为：H(x
′
(nT))＝1
‑
ax
′
(nT)
‑1其中：x
′
(nT)为采样信号；a为预加重系数，本发明将其设为0.912；2)利用汉明窗对采样信号进行加窗处理，所述汉明窗的时域表达式为：其中：n为采样信号的帧数；N为采样信号的总长度。5.如权利要求4所述的一种天然气管道安全监控方法，其特征在于，所述利用异常信号检测算法检测采样信号，包括：1)对于采样信号x
′
(nT)＝[x
′
(T),x
′
(2T),
…
,x
′
(NT)]，其中N表示采样信号长度；若x
′
(iT)与x
′
((i+1)T)极性相同，则x
′
(iT)与x
′
((i+1)T)属于同一个子信号x
′
sub
(i)；否则x
′
(iT)与x
′
((i+1)T)分别为子信号x
′
sub
(i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正雄，葛亮，郝文炳，贺明星，杨玉桐，吴山泉，
申请(专利权)人：上海迎飞能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：