使用多点分析在人口稠密地区中进行气体泄漏检测和定位的方法
【专利说明】使用多点分析在人口稠密地区中进行气体泄漏检测和定位 的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及气体泄漏检测。
【背景技术】
[0002] 气体泄漏检测是重要的实际问题。在许多情况下，需要在大区域上迅速地搜索气 体泄漏。已经考虑过的用于此类应用的一种方法是在移动的车辆上安装气体泄漏检测仪 器，例如在US3, 107, 517、US3, 444, 721和US4, 164, 138中已考虑的那样。然而，用于移动 气体泄漏检测的常规方法存在严重不足。典型地，这些不足包括以下的一项或多项：1)难 以将泄漏与背景进行区分；2)难以将被测气体的泄漏与其它可能的来源进行区分；以及3) 缺乏至泄漏源的估计距离。
[0003] 因此，克服这些困难将会是本领域的进步。
【发明内容】
[0004] 本方法以如下方式减轻了这些困难。可执行自动水平空间尺度分析以将被测气体 的泄漏与背景水平区分开。通过使用同位素比和/或化学示踪剂来将被测气体的气体泄漏 与其它来源区分开，可提供源标识。多点测量与多点测量结果的空间分析的结合可提供泄 漏源距离估计。可以单独地或以任何组合来实施这些方法。
【附图说明】
[0005] 图la-b示意性地示出根据本发明的诸个实施例的水平分析。
[0006] 图2示意性地示出适用于本发明的诸个实施例的示例性光学吸收仪器。
[0007] 图3a_b示出来自本发明的实施例同位素分析结果。
[0008] 图4示出适合关于同位素比测量而使用的气体处理方法。
[0009] 图5a-c示意性地示出根据本发明的诸个实施例的多点测量。
[0010] 图6a-c示意性地示出适用于多点测量的一些气体处理方法。
[0011] 图7示出关于本发明的诸个实施例的示例性用户界面显示。
【具体实施方式】
[0012] 将气体泄漏定义为在环境中存在高于背景浓度的气体的任何情形是方便的。所定 义的气体泄漏包括但不限于：来自气体管道或输送系统的泄漏（例如天然气泄漏）、来自气 体处理或操作设施的泄漏、以及从气体源向环境中的排放（例如污染、来自垃圾填埋地的 气体排放、等等）。
[0013] 气体烟羽模型是将气体浓度与空间中的位置相关联的任何数学模型。
[0014] A)水平分析
[0015] A1)原理
[0016] 图la-b示出根据本发明的诸个实施例的水平空间尺度分析的示例。移动平台102 沿着至少一个平台轨道106前进。平台102可以是任何车辆，诸如小汽车、卡车、厢型车或自 行车。平台102还可以是能够运输气体测量仪器的任何其它移动实体，诸如人、驮畜等等。 平台轨道106设置在一个或多个可能的气体泄漏位置（例如108a、108b)附近。为简单起 见，平台轨道被示为单个直线段，但实际上平台轨道可以是曲线和直线段的任何组合。在本 示例中，位置108a处的泄漏排放气体烟羽110,该气体烟羽与平台轨道106相交。气体测 量仪器104设置在该平台上。本发明的实施并非必须依赖于仪器104的气体入口的诸个细 节。一种实现是将该入口放置于平台的前方并按实际情况尽量接近地平面，其中该入口具 有横跨平台宽度的一个或多个分立的入口端口（或散布型入口）。利用仪器104执行一个 或多个主要气体浓度测量。
[0017] 典型地，将这些主要气体浓度测量原始地记录为相对于时间的浓度。将相对于时 间的平台位置数据（例如利用全球定位系统（GPS))与相对于时间的浓度数据组合，以提供 图lb上示意性示出的相对于位置的浓度数据。在此示出了峰112和背景水平114。
[0018] 相对于位置的浓度数据的可获得性使自动水平空间尺度分析得以实现，自动水平 空间尺度分析可用于将气体泄漏与背景气体水平区分开。一般地，水平空间尺度分析包括 利用相对于平台位置的浓度数据进行气体泄漏检测的任何分析方法。以下给出详细示例。 应注意，简单的阈值操作（即，如果测得浓度大于X则报告泄漏，且如果测得浓度小于X则 不报告泄漏，其中X是一些预定的阈值）不是水平空间尺度分析的示例，因为它没有利用相 对于位置的浓度数据。可将自动水平空间尺度分析的诸个结果报告给最终用户。以下描述 此类报告的各种方法。一种可能是提供是否存在泄漏的二选一的是/否指示。
[0019] 水平空间尺度分析依赖于如下事实：当平台移动时，由于排放烟羽的较大空间范 围，附近点的来源随着变化的位置迅速变化，而远处的来源缓慢地变化。换言之，所产生的 浓度中的仅仅几米宽的狭窄尖峰非常接近平台。在泄漏标识过程中，该狭窄空间范围被用 于偏置附近的来源。存在用于执行水平空间尺度分析的若干可能的算法，包括但不限于：
[0020] 寻峰和宽度分析一一可利用标准峰定位方法来分析该数据，然后可接着（利用线 性或非线性优化）拟合每个标识出的峰以查明中心和宽度。用于该拟合步骤的函数形式可 以是高斯脉冲（高斯函数是由穿过大气传播的烟羽呈现的预期函数形式），或高斯函数与 系统响应的卷积（典型地是与指数尾部进行卷积的窄高斯函数）。
[0021] 空间峰小波分析一一该算法使用特殊模型基函数（与整个点一源系统响应函数的 离散二阶导数相关），该函数通过其宽度或空间范围来参数化。将该基函数集合与测量数据 进行卷积。输出小波分析既给出水平位置又给出有效宽度，水平位置和有效宽度可经由气 体烟羽模型与从测量到排放源的距离相关联。优选地，自动水平空间尺度分析响应于从约 lm到约50m的检测范围中的气体浓度峰半宽，并且基本不响应于该检测范围之外的气体浓 度峰半宽。该空间选择性有助于将气体泄漏与背景气体浓度的变化区分开。例如，气体背 景浓度可以显著变化（例如相差2倍或更多倍），但该变化倾向于在比上述检测范围大许多 的空间长度尺度上出现。还应注意，背景浓度中的这种大变化严重干扰用于寻找气体泄漏 的简单阈值操作。
[0022] 优选地，主气体浓度测量被迅速地执行（例如以0. 2Hz或更高的速率，更优选以 1Hz或更高的速率）。这可实现如下概念：以正常的地面道路速度（例如每小时35英里） 驾驶车载平台，同时积累有用的相对于位置的浓度数据。如果气体浓度测量太慢，则将不尽 人意地降低该数据的空间分辨率。优选地，至少与主气体浓度测量一样迅速地执行平台位 置测量。
[0023] 主浓度测量的其它重要属性包括：
[0024] 1)对于该方法所针对的所有泄漏，主气体测量分析物应当存在显著量。
[0025] 2)进行这些测量的环境（例如市区）中的该分析物的典型背景水平应当充分低， 使得来自目标泄漏的浓度改变能与10-300米处的局部背景信号清楚地区分开。
[0026] 3)对于天然气，甲烷是最富含的组分，但对于主浓度测量而言，其它碳氢化合物或 其它品类（硫化氢或其它着嗅剂）是可行的分析物。
[0027] 本发明不是必须依赖于所采用的气体检测技术。可将任何能够提供迅速跟踪气体 浓度测量的气体检测方法用于主气体浓度测量。图2上示意性地示出了一种合适的气体检 测方法。在此，主气体浓度测量是在移动平台中的仪器中设置的光学谐振腔中进行的光吸 收测量。更具体地，图2示出了能够保持气体样本以供分析的吸收池202。吸收池202包括 由镜204、206和208限定的光学腔。该示例示出环形腔，该腔具有单向腔模208,该单向腔 模208围绕该腔顺时钟传播。可采用任何其它的谐振腔几何结构。通过将输出光212与输 入光210作比较，可测量腔吸收。替代地，通过测量从该腔排放的光辐射的衰减率（即腔衰 荡