次声波收发装置、管道卡堵定位系统、方法及装置与流程

本发明涉及管道卡堵定位技术领域，具体涉及一种次声波收发装置、一种管道卡堵定位系统、方法及装置。

背景技术

为了保障管道运行安全，以及提升输送效率，流体输送压力管道需要定期开展清管作业及采用漏磁监测器进行管道内检测作业。近年来，由于地势起伏、管道变形缩径、冰堵等原因造成的清管器或漏磁监测器在管道作业时发生卡堵的事故频发。由于流体输送压力管道的长度一般约为几公里至几十公里，发生卡堵后，如不能准确定位卡堵位置，就无法进行破拆作业，如不及时处理就会严重影响油气等输送甚至危及生产安全，因此，需要在流体输送压力管道发生卡堵后能够快速、准确地对卡堵的清管器或漏磁监测器进行定位。

发生卡堵时，需要及时确定其具体位置，并将其取出。如果长时间卡在管道中，使得流体不能正常运输，将会造成巨额的经济损失和环境的污染。

在过去的几十年里，解决管道卡堵最常用的传统方法有超声波检测法、磁力探测法，上述超声波检测法和磁力探测法需要人工携带探测仪沿管道进行探测，效率较低，且易受环境影响、误报率较高，并且有些架空管道及跨越河流的管道根本无法采用上述两种方法探测。

鉴于上述问题，需要提供一种效率较高且准确率较高的管道卡堵定位方案。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是通过提供一种次声波收发装置、一种管道卡堵定位系统、方法及装置，以提高管道卡堵物的定位效率和准确性。

本发明第一方面提供一种用于管道卡堵定位的次声波收发装置，包括：次声波发射器、次声波接收器和控制器；

所述次声波发射器和所述次声波接收器均与所述控制器电连接；

所述次声波发射器设于管道的第一位置，用于在所述控制器的控制下向所述管道内发射次声波；

所述次声波接收器设于所述管道的第二位置，用于采集所述管道内传播的次声波，并将采集到的次声波信息发送给所述控制器，其中，所述次声波信息包括所述次声波发射器发射的次声波被所述管道内卡堵物反射而形成的反射波的信息；

所述控制器还用于将所述次声波信息发送至数据处理装置，以供所述数据处理装置根据所述次声波信息确定所述卡堵物的位置。

本发明第一方面的一个变更实施方式中，所述次声波收发装置，还包括：设于所述管道上的第一关断阀，所述第一关断阀用于在关闭时截断所述管道内的流体。

本发明第一方面的另一个变更实施方式中，所述次声波收发装置，还包括：第二关断阀，所述第二关断阀设于所述次声波接收器与所述管道之间，用于将所述次声波接收器连接至所述管道上。

本发明第一方面的另一个变更实施方式中，所述第一位置与所述第二位置的距离为第一距离，以使所述数据处理装置根据所述第一距离和所述次声波经过所述第一距离的第一时长，确定所述次声波在所述管道中的传播速度。

本发明第一方面的再一个变更实施方式中，所述次声波收发装置，还包括：卫星定位模块，所述卫星定位模块与所述控制器连接，用于接收来自定位卫星的授时信息和定位信息，并将所述授时信息和定位信息发送给所述控制器。

本发明第一方面的又一个变更实施方式中，所述次声波收发装置，还包括：无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制器连接，用于通过无线通信网络将所述控制器与所述数据处理装置连接。

本发明第一方面的又一个变更实施方式中，所述次声波收发装置，还包括：至少一个第三关断阀，所述至少一个第三关断阀设于所述管道上并与所述第二位置共同将所述管道划分为多个闭合分段。

本发明第一方面的又一个变更实施方式中，所述次声波收发装置，还包括：设于所述管道上的压强传感器，所述压强传感器用于检测所述管道内流体的压强，并将检测到的压强信号发送给所述控制器。

本发明第一方面的又一个变更实施方式中，所述次声波收发装置，还包括：设于所述管道上的温度传感器，所述温度传感器用于检测所述管道内流体的温度，并将检测到的温度信号发送给所述控制器。

本发明第二方面提供一种管道卡堵定位系统，包括：至少一个本发明第一方面提供的所述次声波收发装置和数据处理装置；

所述至少一个次声波收发装置沿管道设置并均与所述数据处理装置通信连接，所述次声波收发装置向所述管道中发射次声波，以及采集所述管道内传播的次声波信息，并将所述次声波信息发送给所述数据处理装置，其中，所述次声波信息包括所述次声波发射器发射的次声波被所述管道内卡堵物反射而形成的反射波的信号；

所述数据处理装置用于根据所述次声波信息确定所述卡堵物的位置。

本发明第二方面的一个变更实施方式中，所述次声波收发装置的数量为两个，两个所述次声波收发装置在所述管道中相向设置；

所述数据处理装置用于根据两个所述次声波收发装置发送的次声波信息确定位于两个所述次声波收发装置之间的管道中的卡堵物的位置。

本发明第三方面提供一种基于第一方面提供的所述次声波收发装置的管道卡堵定位方法，包括：

确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度；

确定所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长；

根据所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长和所述传播速度，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离；

根据所述距离确定所述卡堵物的位置。

本发明第三方面的一个变更实施方式中，在确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度之前，还包括：

控制设于所述管道上的第一关断阀关闭，以截断所述管道内的流体。

本发明第三方面的另一个变更实施方式中，所述确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度，包括：

确定次声波发生器向管道中发射的次声波从所述管道的第一位置传输到所述管道的第二位置的第一时长；

根据所述第一位置与所述第二位置之间的第一距离，结合所述第一时长，确定所述次声波在所述管道中的传播速度。

本发明第三方面的再一个变更实施方式中，所述至少一个第三关断阀设于所述管道上并与所述第二位置共同将所述管道划分为多个闭合分段；

所述确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度，包括：

确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长；

根据各个所述闭合分段的长度和所述反射时长确定所述次声波在所述管道的各个所述闭合分段中的传播速度。

本发明第三方面的又一个变更实施方式中，所述确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长，包括：

在所述管道未卡堵之前，依次控制各个所述第三关断阀关闭；

在每关闭一个所述第三关断阀后，控制所述次声波发生器向所述管道内发射次声波，并采用所述次声波接收器接收关闭的所述第三关断阀针对所述次声波反射的反射波，以及根据发射所述次声波的时刻和接收所述反射波的时刻，确定所述次声波在所述第二位置与所述第三关断阀之间的反射时长；

根据次声波在所述第二位置与各个所述第三关断阀之间的反射时长，确定次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长。

本发明第三方面的又一个变更实施方式中，所述根据所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长和所述传播速度，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离，包括：

根据次声波在各个所述闭合分段中的反射时长和传播速度，以及所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离。

本发明第四方面提供一种管道卡堵定位装置，包括：

传播速度确定模块，用于确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度；

反射时长确定模块，用于确定所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长；

距离计算模块，用于根据所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长和所述传播速度，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离；

位置确定模块，用于根据所述距离确定所述卡堵物的位置。

本发明第四方面的一个变更实施方式中，所述管道卡堵定位装置，还包括：

第一关断阀控制模块，用于控制设于所述管道上的第一关断阀关闭，以截断所述管道内的流体。

本发明第四方面的另一个变更实施方式中，所述传播速度确定模块，包括：

第一时长确定单元，用于确定次声波发生器向管道中发射的次声波从所述管道的第一位置传输到所述管道的第二位置的第一时长；

第一速度确定单元，用于根据所述第一位置与所述第二位置之间的第一距离，结合所述第一时长，确定所述次声波在所述管道中的传播速度。

本发明第四方面的再一个变更实施方式中，所述至少一个第三关断阀设于所述管道上并与所述第二位置共同将所述管道划分为多个闭合分段；

所述传播速度确定模块，包括：

分段时长确定单元，用于确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长；

分段速度确定单元，用于根据各个所述闭合分段的长度和所述反射时长确定所述次声波在所述管道的各个所述闭合分段中的传播速度。

本发明第四方面的又一个变更实施方式中，所述分段时长确定单元，包括：

第三关断阀控制子单元，用于在所述管道未卡堵之前，依次控制各个所述第三关断阀关闭；

关断阀时长确定子单元，用于在每关闭一个所述第三关断阀后，控制所述次声波发生器向所述管道内发射次声波，并采用所述次声波接收器接收关闭的所述第三关断阀针对所述次声波反射的反射波，以及根据发射所述次声波的时刻和接收所述反射波的时刻，确定所述次声波在所述第二位置与所述第三关断阀之间的反射时长；

分段时长确定子单元，用于根据次声波在所述第二位置与各个所述第三关断阀之间的反射时长，确定次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长。

本发明第四方面的又一个变更实施方式中，所述距离计算模块，包括：

距离计算单元，用于根据次声波在各个所述闭合分段中的反射时长和传播速度，以及所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离。

本发明第一方面提供的用于管道卡堵定位的次声波收发装置，包括：次声波发射器、次声波接收器和控制器；所述次声波发射器和所述次声波接收器均与所述控制器电连接；所述次声波发射器设于管道的第一位置，用于在所述控制器的控制下向所述管道内发射次声波；所述次声波接收器设于所述管道的第二位置，用于采集所述管道内传播的次声波，并将采集到的次声波信息发送给所述控制器，其中，所述次声波信息包括所述次声波发射器发射的次声波被所述管道内卡堵物反射而形成的反射波的信息；所述控制器还用于将所述次声波信息发送至数据处理装置，以供所述数据处理装置根据所述次声波信息确定所述卡堵物的位置。相较于现有技术，本发明提供的次声波收发装置通过在管道内收发次声波，即可采集到包含卡堵物反射的反射波的次声波信息，由于次声波在管道中衰减较小，可以传播到很远的距离，从而可以为远程定位管道内卡堵物的位置提供数据支持，使得不需要沿管道进行探测即可实现管道内卡堵物的定位，进而提高管道卡堵物的定位效率和准确性，此外，由于采用次声波进行卡堵定位，相较于现有技术，具有不受周围环境(磁场、电场等)干扰、不需要巡线查找、实施方便快捷等优点。

本发明第二方面提供的管道卡堵定位系统、第三方面提供的管道卡堵定位方法以及第四方面提供的管道卡堵定位装置，与上述第一方面提供的次声波收发装置出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施方式所提供的一种次声波收发装置的示意图；

图2示出了本发明实施方式所提供的一种次声波收发装置的设置示意图；

图3示出了本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位系统的示意图；

图4示出了本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位系统的具体实施例的示意图；

图5示出了本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位方法的流程图；

图6示出了本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位装置的示意图。

图中，

1表示次声波收发装置，2表示数据处理装置，3表示管道，4表示卡堵物；

101表示次声波发射器，102表示次声波接收器，103表示第二关断阀，104表示第一关断阀，105表示电源，106表示卫星定位模块，107表示无线通信模块，108表示控制器，109表示接收器数据线，110表示发射器数据线，111表示第三关断阀；

20表示管道卡堵定位装置，201表示传播速度确定模块，202表示反射时长确定模块，203表示距离计算模块，204表示位置确定模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

另外，术语“第一”和“第二”是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接(包括电路连接、电线连接、电缆连接等各种通过电介质进行连接的方式)；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明中基于所述次声波收发装置的管道卡堵定位系统、方法和装置的基本工作原理是：从管道一端发射次声波，由于管道的波导作用，次声波将在管道中以平面波的形式传播。次声波衰减小传输距离远，可以传播到几十公里甚至上百公里之外。当次声波遭遇到管道卡堵物(由于冰培、沉积等原因引起的卡堵物，如清管器、漏磁监测器等)时，部分次声波将被卡堵物反射，并沿着管道返回发射端。通过检测次声波的发射波和反射波，可以利用回音定位、声波测距等技术精确定位管道内卡堵物的位置。

本发明实施方式提供了一种次声波收发装置、一种管道卡堵定位系统、方法及装置。下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

请参考图1，其示出了本发明实施方式所提供的一种次声波收发装置的示意图，所述次声波收发装置1可以包括：次声波发射器101、次声波接收器102和控制器108；

所述次声波发射器101和所述次声波接收器102均与所述控制器108电连接；

所述次声波发射器101设于管道3的第一位置，用于在所述控制器108的控制下向所述管道3内发射次声波；

所述次声波接收器102设于所述管道3的第二位置，用于采集所述管道3内传播的次声波，并将采集到的次声波信息发送给所述控制器108，其中，所述次声波信息包括所述次声波发射器101发射的次声波被所述管道3内卡堵物4反射而形成的反射波的信息；

所述控制器108还用于将所述次声波信息发送至数据处理装置2，以供所述数据处理装置2根据所述次声波信息确定所述卡堵物4的位置。

其中，所述次声波是指频率低于20hz的声波，由于次声波频率低、波长较长，在所述管道3内传播时衰减较低、且传输距离远，一般可以传播到几十公里甚至上百公里之外，因此，本发明实施例利用次声波对管道内的卡堵物进行定位，具有较高的可靠性和稳定性，且可以真正实现对卡堵物的长距离的远程探测。

所述管道3可以运输流体的管道，例如油气运输管道，其可以是用来输送石油等油类物质的管道，也可以是用来输送天然气等气体物质的管道，本发明实施例不做具体限定。

所述卡堵物4可以是堵塞所述管道3的任何物质，例如，可以是清管器、漏磁监测器等管道维护、检测设备，也可以是其他的堵塞物，本发明实施例不做具体限定。

所述次声波发射器101可以采用现有技术中提供的任意可以发射次声波的声波发射器实现；所述次声波接收器102可以采用现有技术中提供的任意可以采集次声波的声波传感器实现；所述控制器108可以采用现有技术中提供的任意具有信号控制功能的器件如微处理器、单片机、可编程逻辑控制器、数字化仪等实现，可以起到对所述次声波发射器101和所述次声波接收器102的开关控制、功率控制以及信号传输等基础的信号处理功能，本领域技术人员可以根据本发明实施例的说明、在不需要付出创造性劳动的情况下实现；本发明实施例对所述次声波发射器101、次声波接收器102和所述控制器108的具体型号、规格和实现方式不做具体限定。

所述次声波接收器102采集到的次声波信息可以包括次声波的频率、波长及其对应的采集时间等信息，本发明实施例中的数据处理装置2可以根据所述次声波信息确定次声波在所述管道3内的传播时间(包括反射前后的传播时间)，并结合所述次声波在所述管道3内流体中的传播速度，通过声波测距、回声定位等方法实现对卡堵物4的定位。

本发明实施例提供的上述次声波收发装置1通过在管道3内收发次声波，即可采集到包含卡堵物4反射的反射波的次声波信息，由于次声波在管道3中衰减较小，可以传播到很远的距离，从而可以为远程定位管道3内卡堵物4的位置提供数据支持，使得不需要沿管道3进行探测即可实现管道3内卡堵物4的定位，进而提高管道3内卡堵物4的定位效率和准确性，此外，由于采用次声波进行卡堵定位，相较于现有技术，具有不受周围环境(磁场、电场等)干扰、不需要巡线查找、实施方便快捷等优点。

需要说明的是，声波在不同物质中的传播速度不同，且可能受物质的密度、温度等因素影响而不同，为了对卡堵物4进行定位，需要确定所述次声波在所述管道3内流体中的传播速度，在一些实施方式中，可以根据流体的性质等确定所述传播速度，例如，可以采用以下公式确定所述传播速度：

式中，v表示次声波在流体中传播速度，k表示体积弹性模量，不同物质的体积弹性模量不同，现有技术中有大量的经验值，可以通过查询现有经验值确定，ρ表示流体的密度。

考虑到流体的密度还受到温度、压强等因素的影响，为了准确确定所述次声波在所述流体中的传播速度，在一些实施方式中，所述次声波收发装置1，还可以包括：设于所述管道3上的压强传感器，所述压强传感器用于检测所述管道3内流体的压强，并将检测到的压强信号发送给所述控制器108。在另一些实施方式中，所述次声波收发装置1，还可以包括：设于所述管道3上的温度传感器，所述温度传感器用于检测所述管道3内流体的温度，并将检测到的温度信号发送给所述控制器108。

通过上述实施方式，可以根据所管道3内流体的温度、压强进一步确定所述流体的密度，进而准确的计算出次声波在所述流体内的传播速度，从而提高卡堵物定位的准确度。

考虑到，通过上述方式计算次声波的传播速度，需要采集大量的数据进行计算、且计算过程较为复杂，由于部分参数是经验值，可能会影响最终计算结果的准确性，因此，在本发明实施例所提供的另一些实施方式中，所述第一位置与所述第二位置的距离为第一距离，以使所述数据处理装置2根据所述第一距离和所述次声波经过所述第一距离的第一时长，确定所述次声波在所述管道3中的传播速度。

上述实施方式，由于所述第一距离是确定的，只要确定次声波从所述次声波发射器101所在的第一位置传播到所述次声波接收器102所在的第二位置的第一时长，即所述次声波经过所述第一距离的第一时长，即可利用以下公式计算得到所述次声波在所述管道3内的传播速度：

v＝d/t

式中，v表示次声波的传播速度，d表示第一距离，t表示第一时长。

其中，所述第一时长，可以根据所述次声波接收器102接收到所述次声波的第二时刻，减去所述次声波发射器101发射所述次声波的第一时刻确定。

考虑到不同器件、设备的时钟可能存在差异，在一些实施方式中，所述次声波收发装置1，还可以包括：卫星定位模块106，所述卫星定位模块106与所述控制器108连接，用于接收来自定位卫星的授时信息和定位信息，并将所述授时信息和定位信息发送给所述控制器108。其中，所述卫星定位模块106，可以是gps全球卫星定位模块，也可是北斗卫星定位模块等，本发明实施例不做具体限定。通过本实施方式，可以保证所述次声波收发装置1的内部元器件之间、所述次声波收发装置1与其他次声波收发装置1、数据处理装置2等系统之间的时钟一致，提高确定所述次声波的传播速度的准确性，进而提高对卡堵物4定位的准确性。此外，通过获取定位信息，可以实时、准确地确定所述次声波收发装置1的位置信息，进而可以根据该位置信息，以及卡堵物4与所述次声波收发装置1的距离信息，较为准确的确定所述卡堵物4的位置。

考虑到管道3内流体的流动、对管壁或卡堵物4的摩擦等也有可能产生次声波，从而形成噪音，影响定位准确性，因此，在一些实施方式中，所述控制器108可以控制所述次声波发射器101发射具有特定特征(如特定频率)的次声波，这样，所述次声波接收器102只需要从接收到的次声波中通过滤波等信号处理方式确定出具有上述特定特征的次声波，即可有效避免噪音干扰，提高进一步定位的准确性。

为了进一步降低管道3内流体流动产生噪声等影响定位的准确性，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述次声波收发装置1，还可以包括：设于所述管道3上的第一关断阀104，所述第一关断阀104与所述控制器108电连接，所述第一关断阀104用于在所述控制器108的控制下关闭以截断所述管道3内的流体。其中，所述第一关断阀104的数量可以是多个，在具体实施时，所述第一关断阀104可以采用截止阀等实现。通过本实施方式，可以在发生卡堵之后，先关闭所述关断阀，从而截断所述管道3内的流体流动，然后再控制所述次声波发射器101向所述管道3内发射次声波以进行卡堵物的定位，避免由于卡堵物4的卡堵导致管道3内流体产生压力波及其他噪声而影响次声波信号的收发，避免噪音干扰，进一步提高卡堵物4定位的准确性。

考虑到卡堵问题的发生频率一般较低，为了实现所述次声波接收器102的按需使用，在一些实施方式中，所述次声波收发装置1，还可以包括：第二关断阀103，所述第二关断阀103设于所述次声波接收器102与所述管道3之间，用于将所述次声波接收器102连接至所述管道3上，所述第二关断阀103可以采用球阀等实现。在日常应用中，可以关闭所述第二关断阀103，而在发生卡堵事故后，再打开所述第二关断阀103，以对管道3内的次声波进行采集，实现按需使用。

所述控制器108可以通过有线方式与所述数据处理装置2通信连接，也可以采用无线通信方式与所述数据处理装置2连接。由于油气运输管道长度较长，沿管道3安装的次声波收发装置1之间的距离一般会比较远，例如几公里至几十公里，而同一个数据处理装置2一般会连接多个次声波收发装置1，以实现统一监控、调度，若采用有线方式连接所述次声波收发装置1和所述数据处理装置2，则需要布置大量的线缆，施工麻烦且成本较高，因此，在一些实施方式中，所述的次声波收发装置1，还可以包括：无线通信模块107，所述无线通信模块107与所述控制器108连接，用于通过无线通信网络将所述控制器108与所述数据处理装置2连接。具体的，所述无线通信模块107可以采用gprs通信模块、gsm通信模块、2g通信模块、3g通信模块、4g通信模块、5g通信模块、wifi通信模块等现有技术中提供的任意无线通信模块107实现，本发明实施例不做具体限定。通过本实施方式，可以避免采用无线连接所述次声波收发装置1和所述数据处理装置2带来的，需要布置大量的线缆、施工麻烦且成本较高的问题，可以有效提高施工效率、降低成本。

考虑到油气管道3的布线较为复杂，往往需要穿越平原、河流、山地等各种地形，地势复杂，管道3可能存在较大的起伏，部分位置可能产生高达几十米的落差，而管道3在河流中、土壤中、或者其他地质中的环境温度也会产生差异，相应的，受压强、温度的影响，次声波在所述管道3中流体中的传播速度在不同位置可能会存在差异，因此，根据第一距离和所述次声波经过所述第一距离的第一时长，确定的所述次声波在所述管道3中的传播速度，并不能反映次声波在较长管道3中传播速度的真实情况，从而影响对卡堵物4定位的准确性。

鉴于上述问题，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述次声波收发装置1，还可以包括：至少一个第三关断阀111，所述至少一个第三关断阀111设于所述管道3上并与所述第二位置共同将所述管道3划分为多个闭合分段。其中，所述第三关断阀111可以设于所述管道3随地势发生起伏变化的始末位置，这样划分出来的各个闭合分段内的流体的温度、压强等相差不大，可以更好的确定次声波在各个闭合分段内的传播速度。

请参考图2，其示出了本发明实施方式所提供的一种次声波收发装置的设置示意图，如图所示，所述管道3存在高低起伏，因此，可以在管道3发生起伏的始末位置等设置多个第三关断阀111，图中3个第三关断阀111与所述次声波接收器102共同将管道3划分成3个闭合分段：分段01、分段02和分段03。

基于上述实施方式，可以在所述管道3未卡堵之前，依次控制各个所述第三关断阀111关闭；并在每关闭一个所述第三关断阀111后，控制所述次声波发生器向所述管道3内发射次声波，并采用所述次声波接收器102接收关闭的所述第三关断阀111针对所述次声波反射的反射波，以及根据发射所述次声波的时刻和接收所述反射波的时刻，确定所述次声波在所述第二位置与所述第三关断阀111之间的反射时长；然后，根据次声波在所述第二位置与各个所述第三关断阀111之间的反射时长，确定次声波在该管道3的各个闭合分段的反射时长；最后，根据各个所述闭合分段的长度和所述反射时长确定所述次声波在所述管道3的各个所述闭合分段中的传播速度。其中，所述次声波在所述第二位置与所述第三关断阀111之间的反射时长，包括所述次声波在发射后首次经过所述第二位置，直至所述次声波被所述第三关断阀111反射后形成的反射波经过所述第二位置所经历的时长。

例如，如图2所示，可以按距所述次声波接收器102由近至远的顺序依次关闭各个所述第三关断阀111，当关闭第一个第三关断阀111后，控制所述次声波发生器向所述管道3内发射次声波，并采用所述次声波接收器102接收关闭的所述第一个第三关断阀111针对所述次声波反射的反射波，以及根据发射所述次声波的时刻和接收所述反射波的时刻，确定所述次声波在所述第二位置与第一个第三关断阀111之间的反射时长，然后根据该反射时长，确定次声波在第一个第三关断阀111对应的闭合分段(分段01)的反射时长，由于所述第一个第三关断阀111的位置是在安装时已确定的，即分段01的长度已知，即可根据该分段01的长度和上述反射时长，计算得到该分段01中次声波的传播速度。

然后，打开第一个第三关断阀111，再关闭第二个第三关断阀111，再次发射次声波并检测反射波，参考上述说明，根据发射所述次声波的时刻和接收所述反射波的时刻，确定所述次声波在所述第二位置与第二个第三关断阀111之间的反射时长，该反射时长是分段01和分段02的反射时长之和，将其减去分段01反射时长，即可得到分段02的反射时长，再根据分段02的长度，即可计算得到该分段02中次声波的传播速度。

参考上述方式，可以继续得到分段03的反射时长及对应的次声波传播速度。

基于上述说明，当发生卡堵后，可以确定所述次声波在所述第二位置与管道3内卡堵物4所处位置之间的反射时长，将该反射时长与各个闭合分段的反射时长进行比较，即可确定所述卡堵物4位于哪个闭合分段，将该反射时长减去该闭合分段之前的闭合分段的反射时长，再乘以该闭合分段对应的次声波的传播速度，即可确定卡堵物4距离该闭合分段之前的第三关断阀111的距离，从而可以确定所述卡堵物4的位置。

例如，假设分段01、02、03分别对应的反射时长为10s、20s和12s，对应的次声波的传播速度分别为1000m/s、1300m/s和1100m/s，对应的长度分别为5000m、13000m和6600m，在发生卡堵之后，若次声波在所述第二位置与管道3内卡堵物4所处位置之间的反射时长为36s，通过时长匹配((10+20)<36<(10+20+12))，可以确定卡堵物4位于分段03内，将该反射时长36s减去前两个分段01、02的反射时长，得到针对卡堵物4的次声波在分段03内的反射时长6s，将得到的反射时长6s除以2(反射时长为来回双向传播的时长，因此需要除以2)再乘以分段03对应的的传播速度1100m/s，即可得到卡堵物4距离第二个第三关断阀111的距离3300m，还可以确定卡堵物4距离所述次声波接收器102的距离为5000+13000+3300＝21300m，根据上述计算得到的距离，即可确定所述卡堵物4的位置。

通过上述实施方式，可以根据管道3的起伏、落差等因素确定不同分段的次声波的传播速度，从而可以更加精确地对卡堵物4的位置进行定位。

其中，所述各闭合分段的反射时长和次声波传播速度的确定过程，可以与管道3的试压过程同步进行，从而提高效率。所述第三关断阀111的安装位置，可以根据分段试压的标准和规范(例如《给水排水管道工程施工及验收规范》(gb50268-2008)中关于试压的分段位置的标准)确定，从而将所述第三关断阀111也可以作为分段试压的关断阀，实现一阀两用，进一步节约成本。

本发明实施例还提供一种管道卡堵定位系统，请参考图3，其示出了本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位系统的示意图；如图所示，所述管道卡堵定位系统，包括：至少一个本发明实施例所提供的次声波收发装置1和数据处理装置2；

所述至少一个次声波收发装置1沿管道3设置并均与所述数据处理装置2通信连接，所述次声波收发装置1向所述管道3中发射次声波，以及采集所述管道3内传播的次声波信息，并将所述次声波信息发送给所述数据处理装置2，其中，所述次声波信息包括所述次声波发射器101发射的次声波被所述管道3内卡堵物4反射而形成的反射波的信号；

所述数据处理装置2用于根据所述次声波信息确定所述卡堵物4的位置。

其中，所述数据处理装置2根据所述次声波信息确定所述卡堵物4的位置的实施方式，可以参照前述针对次声波收发装置的实施例中的相关说明实施，也可以参照以下针对管道卡堵定位方法的实施例说明实施，此处不再赘述。

其中，所述数据处理装置2可以采用服务器、服务器集群、台式计算机、笔记本计算机等任意具有数据处理、运算功能的计算设备实现，本发明实施例不做具体限定。

在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述次声波收发装置1的数量为两个，两个所述次声波收发装置1在所述管道3中相向设置(如图3所示)；所述数据处理装置2用于根据两个所述次声波收发装置1发送的次声波信息确定位于两个所述次声波收发装置1之间的管道3中的卡堵物4的位置。通过本实施方式，可以利用卡堵物4上下游两侧的两个次声波收发装置1提供的次声波信息进行卡堵物4位置的计算，可以避免单一次声波收发装置1可能存在的误差，具有更高的准确性和可靠性。

在本发明实施例所提供的一个具体实施例中，请参考图4，其示出了本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位系统的具体实施例的示意图，所述管道卡堵定位系统包括：主站系统、首站系统和末站系统；

主站系统包括数据处理装置2，具体可以是服务器，其上安装有系统软件。

假设管道3内的流体自左向右流，首战系统可以包括图4中左侧的次声波收发装置1，末站系统可以包括图4中右侧的次声波收发装置1，所述首站系统和末站系统相向设置，首站系统和末站系统配置相同(具体参数可以不同)，此处以首站系统为例进行说明，所述次声波收发装置1包括：次声波发射器101、次声波接收器102、第二关断阀103、第一关断阀104、电源105、卫星定位模块106、无线通信模块107、控制器108、接收器数据线109和发射器数据线110；

次声波接收器102与控制器108之间通过接收器数据线109相连，次声波发射器101通过管路与管道3相接，次声波接收器102通过管路与第二关断阀103相连，第二关断阀103通过管路与管道3相连，第一关断阀104与管道3相连，电源105与控制器108相连，卫星定位模块106、无线通信模块107分别与控制器108直接连接，次声波发射器101通过发射器数据线110与控制器108相连；

主站系统的数据处理装置2用于接收控制器108的数据，并向次声波发射器101发送特征信号发生注入指令(即发射特定特征的次声波的指令)，次声波接收器102用来获取管道3中的次声波信号，次声波发射器101用于向管道3内主动注入固定特征的次声波信号，第一关断阀104用于切断与外部管道3连接，电源105为所在控制器108提供电能，卫星定位模块106接收gps授时信号及gps定位坐标，无线通信模块107用于接收4g/3g/2g数据通讯信号，控制器108用于次声波接收器102的数据采集和次声波发射器101的控制，次声波接收器102数据线用于传输数据和供电，发射器数据线110用与次声波发射器101的控制和供电，第二关断阀103作用是将次声波接收器102与管道3进行物理连接。

本发明实施例提供的管道卡堵定位系统，与上述本发明实施例提供的次声波收发装置1出于相同的发明构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种基于本发明实施例所提供的次声波收发装置1的管道卡堵定位方法，请参考图5，其示出了本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位方法的流程图，由于部分内容已在前述次声波收发装置的实施例中进行了较为详细的说明，因此，本实施例仅作简要说明，相关之处请参见前述次声波收发装置的实施例的部分说明即可。本发明实施例所提供的管道卡堵定位方法包括以下步骤：

步骤s101：确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度。

本步骤有多种实施方式，例如，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度，可以包括：

确定次声波发生器向管道中发射的次声波从所述管道的第一位置传输到所述管道的第二位置的第一时长；

根据所述第一位置与所述第二位置之间的第一距离，结合所述第一时长，确定所述次声波在所述管道中的传播速度。

在本发明实施例提供的另一种实施方式中，所述至少一个第三关断阀111设于所述管道上并与所述第二位置共同将所述管道划分为多个闭合分段；

所述确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度，可以包括：

确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长；

根据各个所述闭合分段的长度和所述反射时长确定所述次声波在所述管道的各个所述闭合分段中的传播速度。

其中，所述确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长，可以包括：

在所述管道未卡堵之前，依次控制各个所述第三关断阀111关闭；

在每关闭一个所述第三关断阀111后，控制所述次声波发生器向所述管道内发射次声波，并采用所述次声波接收器102接收关闭的所述第三关断阀111针对所述次声波反射的反射波，以及根据发射所述次声波的时刻和接收所述反射波的时刻，确定所述次声波在所述第二位置与所述第三关断阀111之间的反射时长；

根据次声波在所述第二位置与各个所述第三关断阀111之间的反射时长，确定次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长。

其中，所述在所述管道未卡堵之前，依次控制各个所述第三关断阀111关闭，可以包括：在对所述管道进行分段试压时，依次控制各个所述第三关断阀111关闭。

考虑到，若所述管道内的流体处于流动状态，可能会产生噪声、压力波等，影响次声波的收发，因此，在本发明实施例所提供的一种实施方式中，在步骤s101之前，还可以包括：

控制设于所述管道上的第一关断阀104关闭，以截断所述管道内的流体。

具体的，可以是在控制所述次声波发射器101向所述管道内发射次声波之前，控制设于所述管道上的第一关断阀104关闭，以截断所述管道内的流体。通过本实施方式，可以避免管道内流体流动造成噪声、压力波的干扰，提高定位准确度。

步骤s102：确定所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长。

在一些实施方式中，本步骤s102可以包括：

确定所述次声波接收器102接收到所述次声波发射器101发射的次声波的第二时刻；

确定所述次声波接收器102接收到所述次声波被管道内卡堵物反射后形成的反射波的第三时刻；

将所述第三时刻与所述第二时刻的差，确定为所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长。

步骤s103：根据所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长和所述传播速度，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离。

在一些实施方式中，所述根据所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长和所述传播速度，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离，包括：

根据次声波在各个所述闭合分段中的反射时长和传播速度，以及所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离。

具体的，上述步骤可以包括：

通过时长匹配，确定所述卡堵物所处的闭合区段；

将所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长，减去上述确定出的闭合区段之前的闭合区段对应的反射时长，得到反射时长差；

将所述反射时长差除以2，再乘以上述确定出的闭合区段对应的次声波的传播速度，得到所述卡堵物与所述确定出的闭合区段前端的第三关断阀111之间的距离；

将上述确定出的闭合区段之前的闭合区段的长度与所述距离求和，得到所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离。

例如，请参考图2，假设分段01、02、03分别对应的反射时长为10s、20s和12s，对应的次声波的传播速度分别为1000m/s、1300m/s和1100m/s，对应的长度分别为5000m、13000m和6600m，在发生卡堵之后，若次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长为36s，通过时长匹配((10+20)<36<(10+20+12))，可以确定卡堵物位于分段03内，将该反射时长36s减去前两个分段01、02的反射时长，得到针对卡堵物的次声波在分段03内的反射时长6s，将得到的反射时长6s除以2(反射时长为来回双向传播的时长，因此需要除以2)再乘以分段03对应的的传播速度1100m/s，即可得到卡堵物距离第二个第三关断阀111的距离3300m，还可以确定卡堵物距离所述次声波接收器102的距离为5000+13000+3300＝21300m，根据上述计算得到的距离，即可确定所述卡堵物的位置。

步骤s104：根据所述距离确定所述卡堵物的位置。

本步骤，可以是根据所述距离，结合所述管道的布线图，以及所述次声波接收器102的位置，确定所述卡堵物的位置。

例如，可以以所述次声波接收器102的位置为起点，沿所述管道的布线图，通过测量确定出距所述次声波接收器102的位置为所述距离的位置，将确定出的该位置确定为所述卡堵物的位置。

在本发明实施例所提供的一个具体实施例中，请参考图4及其对应的管道卡堵定位系统的实施例说明，基于图4所述的管道卡堵定位系统，所述管道卡堵定位方法，可以包括：

关闭管道两侧的两个第一关断阀104，确保管线压力大于0.1mpa。

对于首站系统：通过主站系统控制首站系统中的控制器108在t0时控制次声波发射器101进行特征注入(即发射特定特征的次声波)，注入后次声波接收器102将第一次采集到的注入特征信号通过控制器108发送给主站系统，主站系统记录该次声波特征信号的接收时间为t1；当次声波沿管道传播，碰到卡堵物反射回来的特征信号，回到次声波接收器102，将次声波接收器102采集到的次声波特征信号通过控制器108发送给主站系统，主站系统记录该次声波信号的接收时间为t2，次声波发射器101和次声波接收器102的距离为l1。

对于末站系统：通过主站系统控制末站系统中的控制器108在t3时控制次声波发射器101进行特征注入，注入后次声波接收器102将第一次采集到的注入特征信号通过控制器108发送给主站系统，主站系统记录该次声波特征信号的接收时间为t4；当次声波沿管道传播，碰到卡堵物反射回来的特征信号，回到次声波接收器102，将次声波接收器102采集到的次声波特征信号通过控制器108发送给主站系统，主站系统记录该次声波信号的接收时间为t5，次声波发射器101和次声波接收器102的距离为l2。

通过以下公式进行计算

式中v1表示首站系统附近的管道声速，v2表示末站系统附近的管道声速，δl1表示首站系统中次声波接收器102到卡堵物的距离，δl2表示末站系统中次声波接收器102到卡堵物的距离。

通过上述计算即可得到δl1和δl2，根据δl1和δl2，以及所述首站系统中次声波接收器102的位置和末站系统中次声波接收器102的位置，即可确定所述卡堵物的位置。

以上，为本发明实施例所提供的管道卡堵定位方法的实施例说明，本发明实施例提供的管道卡堵定位方法，与上述本发明实施例提供的次声波收发装置1出于相同的发明构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。

在上述的实施例中，提供了一种管道卡堵定位方法，与之相对应的，本发明还提供一种管道卡堵定位装置。请参考图6，其为本发明实施方式所提供的一种管道卡堵定位装置的示意图。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。

如图6所示，本发明实施例提供的一种管道卡堵定位装置20，包括：

传播速度确定模块201，用于确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道中的传播速度；

反射时长确定模块202，用于确定所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长；

距离计算模块203，用于根据所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长和所述传播速度，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离；

位置确定模块204，用于根据所述距离确定所述卡堵物的位置。

在本发明实施例所提供的一个变更实施方式中，所述管道卡堵定位装置20，还包括：

第一关断阀控制模块，用于控制设于所述管道上的第一关断阀关闭，以截断所述管道内的流体。

在本发明实施例所提供的另一个变更实施方式中，所述传播速度确定模块201，包括：

第一时长确定单元，用于确定次声波发生器向管道中发射的次声波从所述管道的第一位置传输到所述管道的第二位置的第一时长；

第一速度确定单元，用于根据所述第一位置与所述第二位置之间的第一距离，结合所述第一时长，确定所述次声波在所述管道中的传播速度。

在本发明实施例所提供的再一个变更实施方式中，所述至少一个第三关断阀设于所述管道上并与所述第二位置共同将所述管道划分为多个闭合分段；

所述传播速度确定模块201，包括：

分段时长确定单元，用于确定次声波发生器向管道中发射的次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长；

分段速度确定单元，用于根据各个所述闭合分段的长度和所述反射时长确定所述次声波在所述管道的各个所述闭合分段中的传播速度。

在本发明实施例所提供的又一个变更实施方式中，所述分段时长确定单元，包括：

第三关断阀控制子单元，用于在所述管道未卡堵之前，依次控制各个所述第三关断阀关闭；

关断阀时长确定子单元，用于在每关闭一个所述第三关断阀后，控制所述次声波发生器向所述管道内发射次声波，并采用所述次声波接收器接收关闭的所述第三关断阀针对所述次声波反射的反射波，以及根据发射所述次声波的时刻和接收所述反射波的时刻，确定所述次声波在所述第二位置与所述第三关断阀之间的反射时长；

分段时长确定子单元，用于根据次声波在所述第二位置与各个所述第三关断阀之间的反射时长，确定次声波在该管道的各个闭合分段的反射时长。

在本发明实施例所提供的又一个变更实施方式中，所述距离计算模块203，包括：

距离计算单元，用于根据次声波在各个所述闭合分段中的反射时长和传播速度，以及所述次声波在所述第二位置与管道内卡堵物所处位置之间的反射时长，确定所述第二位置与所述卡堵物所处位置之间的距离。

本发明实施例提供的管道卡堵定位装置20，与本发明前述实施例提供的管道卡堵定位方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。