降低管道泄漏监测误报率的方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低管道泄漏监测误报率的方法。该方法包括以下步骤：通过设置在管道首站的第一声波监测仪和管道末站的第二声波监测仪分别实时、连续地监测管道内部的首站声波信号和末站声波信号；当监测到首末站同时存在异常信号时，分别计算出首站声波信号中的异常信号峰值和末站声波信号中的异常信号峰值；判断首站异常信号峰值和末站异常信号峰值之间的峰值比是否在预设范围内，若是，则首末站异常信号为同源信号，发出泄漏报警；若否，则首末站异常信号为非同源信号，不发出泄漏报警。其能够在判断出不是同源信号时阻止系统发出错误报警，能够有效降低现有管道泄漏监测的误报率，提高泄漏监测的可靠性，且此方法具有较好的鲁棒性。
【专利说明】降低管道泄漏监测误报率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及管道泄漏监测领域，尤其涉及一种降低管道泄漏监测误报率的方法。
【背景技术】
[0002] 在油气、危险化学品等管道输送中，管道铺设距离长、线路复杂，常发生由于腐蚀 老化、工程施工、人为破坏等造成的管道泄漏，造成易燃物泄漏爆炸、环境污染、人员伤亡等 重大损失。
[0003] 目前，针对管道泄漏监测的主要监测方法有：声波法、光纤法、负压波法等。其中基 于声波的管道泄漏监测方法成本较低，容易实现，具有较高的泄漏监测灵敏度和定位精度， 近年来受到很多的关注。声波法使用的传感器类型包括：声波传感器、加速度传感器、拾音 器和压电式压力传感器等。但是，无论选择何种传感器实施管道泄漏监测，由于声波传感器 灵敏度较高不可避免地会造成误报警，尤其当上下游监测站点如果分别监测到不同的干扰 信号时，则不可避免造成误报。
[0004] 因此，探索一种可靠的依据声波信号传播衰减模型的异常信号同源性识别方法， 对降低误报率、提高泄漏监测系统的可靠性有重大意义。
【发明内容】
[0005] 基于此，为实现本发明目的提供的一种降低管道泄漏监测误报率的方法，包括以 下步骤：
[0006] 通过设置在管道首站的第一声波监测仪和管道末站的第二声波监测仪分别实时、 连续地监测管道内部的首站声波信号和末站声波信号；
[0007] 当监测到首站和末站同时存在异常信号时，分别计算出首站声波信号中的首站异 常信号峰值和末站声波信号中的末站异常信号峰值；
[0008] 判断所述首站异常信号峰值和末站异常信号峰值之间的峰值比是否在预设范围 内，若是，则所述管道发生泄漏；若否，则所述管道未发生泄漏。
[0009] 作为一种降低管道泄漏监测误报率的方法的可实施方式，所述通过设置在管道首 站的第一声波监测仪和管道末站的第二声波监测仪分别实时、连续地监测管道内部的首站 声波信号和末站声波信号，包括以下步骤：
[0010] 以采样周期T分别采样所述第一声波监测仪和所述第二声波监测仪输出的所述 首站声波信号和所述末站声波信号两路信号，在整分钟时刻对采集的两路信号分别打上时 间标签；
[0011] 分别提取连续两分钟所述首站声波信号和所述末站声波信号，其中前一分钟信号 为历史数据，后一分钟信号为实时数据，所述历史数据和所述实时数据构成一帧完整的待 处理的首站声波信号和末站声波信号；
[0012] 其中，T为大于0的正数。
[0013] 作为一种降低管道泄漏监测误报率的方法的可实施方式，还包括确定所述首站异 常信号峰值和末站异常信号峰值之间的比值的预设范围的步骤，该步骤具体包括以下步 骤：
[0014] 获取多组首站声波信号和末站声波信号并进行滤波、去噪及去均值处理，得到去 噪后的信号；
[0015] 对去噪后的信号通过相关计算得到首站异常信号和末站异常信号的相关系数的 峰值位置，记作CorrPos，并根据公式：
【权利要求】
1. 一种降低管道泄漏监测误报率的方法，其特征在于，包括以下步骤： 通过设置在管道首站的第一声波监测仪和管道末站的第二声波监测仪分别实时、连续 地监测管道内部的首站声波信号和末站声波信号； 当监测到首站和末站同时存在异常信号时，分别计算出首站声波信号中的首站异常信 号峰值和末站声波信号中的末站异常信号峰值； 判断所述首站异常信号峰值和末站异常信号峰值之间的峰值比是否在预设范围内，若 是，则所述管道发生泄漏；若否，则所述管道未发生泄漏。
2. 根据权利要求1所述的降低管道泄漏监测误报率的方法，其特征在于，所述通过设 置在管道首站的第一声波监测仪和管道末站的第二声波监测仪分别实时、连续地监测管道 内部的首站声波信号和末站声波信号，包括以下步骤： 以采样周期T分别采样所述第一声波监测仪和所述第二声波监测仪输出的所述首站 声波信号和所述末站声波信号两路信号，在整分钟时刻对采集的两路信号分别打上时间标 签； 分别提取连续两分钟所述首站声波信号和所述末站声波信号，其中前一分钟信号为历 史数据，后一分钟信号为实时数据，所述历史数据和所述实时数据构成一帧完整的待处理 的首站声波信号和末站声波信号； 其中，T为大于O的正数。
3. 根据权利要求2所述的降低管道泄漏监测误报率的方法，其特征在于，还包括确定 所述首站异常信号峰值和末站异常信号峰值之间的比值的预设范围的步骤，该步骤具体包 括以下步骤： 获取多组首站声波信号和末站声波信号并进行滤波、去噪及去均值处理，得到去噪后 的信号； 对去噪后的信号通过相关计算得到首站异常信号和末站异常信号的相关系数的峰值 位置，记作CorrPos，并根据公式：
确定异常信号发生位置距首站的距离，其中，1为异常信号发生位置距首站的距离，L 为管道总长度，Vdn与Vup分别为从首站到末站和从末站到首站的声波信号传播速度； 经过预设时间的监测后，获取定位位置为首站的首站异常信号和同源的末站异常信 号，以及定位位置为末站的首站异常信号和同源的末站异常信号，并获取第一预设数量的 首站正常信号和末站正常信号； 对所述去噪后的信号进行离散傅里叶变换，得到去噪后的信号的频谱； 比对正常信号和异常信号的频谱，截取所述异常信号的频谱； 对截取后的所述异常信号的频谱进行傅里叶反变换，得到所述异常信号的时域重构后 的信号； 根据时域重构后的信号的幅值确定首站异常信号的峰值与同源的末站异常信号的峰 值的峰值比； 根据声波沿管道的传播衰减公式：
其中，Peaktl为异常声波发生点声波信号的初始幅值，Peak为传播衰减后的信号幅值， 1为异常信号发生位置距首站的距离，L为管道总长度，α为声波传播衰减系数，首站产生 的声波信号顺流传播到末站，和末站产生声波信号逆流传播到首站时，其分别满足：
Peakup为首站采集到的异常信号幅值，Peakdn为末站采集到的同源的异常信号幅值，a s 与〇"分别为顺流与逆流传播时的传播衰减系数； 进一步计算可得声波信号顺流传播衰减系数a s和逆流传播衰减系数α n为：
根据所述首站异常信号与末站同源的异常信号的峰值比得到〇3和αη的值； 结合第二预设数量的成对首站异常信号和同源的末站异常信号的峰值比确定声波信 号顺流传播衰减系数as和逆流传播衰减系数〇"的范围为： aSmin^ aS^ aSmax Q ?in ^ Q n ^ Q ?ax ； 对于发生在距首站1距离的泄漏声波信号，其首站异常信号和同源的末站异常信号的 峰值比r满足以下关系：
将声波传播衰减系数组成四组[α smin，a J111Jin]，[ smin，Ct 咖狀]，[Q smax，Q 咖化]，[Q smax，Q η max]，得到四个r值，并将最大值记为rmax，最小值记为rmin，则首站异常信号和同源的末站异 常信号的峰值比的取值范围为：
4.根据权利要求3所述的降低管道泄漏监测误报率的方法，其特征在于，判断所述首 站异常信号峰值和末站异常信号峰值之间的峰值比是否在预设范围内，若是，则所述管道 发生泄漏；若否，则所述管道未发生泄漏，包括以下步骤： 计算所述首站异常信号峰值和所述末站异常信号峰值之间的峰值比； 根据公式
丨及a s与α n的值计算所述峰值比的预设范围； 判断所述峰值比是否在所计算出的所述预设范围内； 若是，则首末站异常信号为同源信号，发出泄漏报警； 若否，则首末站异常信号为非同源信号，不发出泄漏报警。
5. 根据权利要求3所述的降低管道泄漏监测误报率的方法，其特征在于，所述根据时 域重构后的信号的幅值确定首站异常信号的峰值与末站异常信号的峰值的峰值比，包括以 下步骤： 根据所述幅值的极性划分正负区间，并且求出各个区间的峰值记为Peak[i]，正区间取 最大值，负区间取最小值，其中，I < i < NPeak，Npeak为一帧完整的待处理的首站声波信号或 末站声波信号中的区间总数； 计算正峰值与负峰值的均值，分别记为meanVP和meanVN，并将正信号峰值中大于 meanVP的峰值根据如下公式计算归一化峰值突出程度指标Lp,且当正峰值小于meanVP时 令L p为0，
将负峰值中幅值大于meanVN的峰值根据如下公式计算归一化峰值突出程度指#LN，且 当负峰值大于meanVN时令Ln为0，
将所述归一化峰值突出程度指标低于预设阈值的信号区间的信号清为〇,确定所述归 一化峰值突出程度指标高于预设阈值的峰值所在区间及发生时刻LeakPos ; 当存在有多个异常信号时，依次计算首站一异常信号与末站各异常信号的LeakPos的 差： DT = LeakPosup (i)-LeakPosdn (j) 当差值DT与所述CoirPos最接近时，确定此组信号分别为首站异常信号和对应的末站 异常信号，此时区间序号分别记为Rangeup与Rangedn ; 进而得到首站异常信号的峰值Peak(Rangeup)和末站异常信号的峰值Peak(Rangedn)， 并进一步得到所述首站异常信号的峰值与所述末站异常信号的峰值比。
6. 根据权利要求2所述的降低管道泄漏监测误报率的方法，其特征在于，使用管道首 站的第一声波监测仪和管道末站的第二声波监测仪监测管道内部的首站声波信号和末站 声波信号时，利用全球定位系统进行精确授时。
【文档编号】F17D5/06GK104373820SQ201410484122
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】林伟国, 王晓东, 吴海燕, 王奋伟 申请人:北京化工大学, 长沙图灵科技发展有限公司, 中国人民解放军63960部队