一种基于声呐探测的管道泄露监测系统的制作方法

本发明属于管道泄露监测技术领域，特别是涉及一种基于声呐探测的管道泄露监测系统。

背景技术：

管道在长距离的油气资源运输中起到极为关键的作用，但是，水下油气资源泄漏事故的发生频率越来越高。但由于大部分管道铺设在恶劣环境中，容易受到损坏，一旦油气资源运输管道受到损坏而发生泄漏，需要及时进行管道的维修，以免带来额外的经济损失。因此，管道泄漏的快速检测具有极大的应用价值。

目前，针对油气资源运输管道中的管道泄漏的信号检测，大多数采用时频分析与信号处理手段从管道获取的混合信号中提取有关泄露信号的信息。然而，由于油气资源运输管道中信噪比较低，混合信号往往混有杂散的干扰信号及噪声，导致泄漏信号极其微弱，难以提取准确的泄漏信号，从而导致检测结果不可靠。另外，人们还大多利用水下遥控机器人进行定期人工巡检，或者通过油气资源产出流量的变化来阶段性的评估水下生产设备是否发生油气泄漏。但是，现有方法只能判断油气资源运输管道在一段时间内是否发生泄漏，并不能在油气资源运输管道发生油气泄漏时立刻发现，也不能检测油气泄露的具体位置，导致在油气资源运输管道已经发生较长时间的油气泄漏，或者由轻微泄漏在短时间内扩大至严重泄漏时，没有对油气资源运输管道及时进行维护操作，进而，当人们发现泄漏事故发生时，水下已经沉积了大量的泄漏油气，危害了油气田的生产安全，同时对周边海洋环境造成了严重污染。

且现有技术中多对管道泄露检测设备进行研究，如中国专利cn210035094u公开的一种基于scada系统的天然气自动检测泄漏装置，包括：管道泄露检测机构，其与所述天然气管道滑动连接；阀体泄露检测机构贯穿天然气管道另一侧；自动检测泄露装置主体位于管道泄露检测机构顶部，实现天然气泄露的自动、实时、高效检测，但仍缺乏精确的管道泄露监测系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于声呐探测的管道泄露监测系统，通过泄露初分单元根据管道流量信息对管道进行初步分析，获取疑漏值y，声呐控制单元根据管道划分结果驱动声呐探头移动，声呐探头采集声信号，解决了现有的管道泄露发现不及时、不能高效、准确的定位泄露位置的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于声呐探测的管道泄露监测系统，包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于采集流量传感器采集的管道流量信息，并将其上传至控制器；

泄露初分单元，其用于根据管道流量信息对管道进行初步分析，获取疑漏值y；

所述控制器在疑漏值y＝1时，产生需检信号，并将其传输至声呐控制单元；

管段划分单元，其用于对管道进行划分，划分为一级疑漏管道、二级疑漏管道；

声呐控制单元，其根据管道划分结果驱动声呐探头移动，声呐探头采集声信号；

泄露终分单元，其用于判断并标记管道的泄露位置。

进一步地，所述流量传感器为多个，分别设置于每节管道的中间位置处、管道入口处、管道出口处，尤其是设置在每节管道的中间位置处的流量传感器可为多个，提高检测的准确性。

进一步地，所述泄露初分单元根据管道流量信息对管道进行初步分析，获取疑漏值y的步骤为：

步骤ss01：每隔预设时间t获取一次至少三个流量传感器针对其所在管道位置采集的对应的管道流量信息，并将其标记为qij，qij表示流量传感器i第j次采集的所在管道位置对应的管道流量信息；根据使用需求，自主设定数据采集频率；

步骤ss02：任选一个流量传感器，将该流量传感器采集的管道流量信息形成一个流量集；

步骤ss03：对流量集进行分析，获取对应管道位置的流量稳定性wi，wi表示流量传感器i所在管道位置的流量稳定程度；

步骤ss04：判断流量传感器所在管道位置的流量稳定程度是否符合预设的泄露规律；

若wi≧x1，则流量传感器所在管道位置的流量稳定程度符合泄露规律，则所述流量传感器所在管道位置存在疑似泄露情况，将对应管道的疑漏值y标记为1；其中，x1为预设参考值；

否则，流量传感器所在管道位置的流量稳定程度不符合泄露规律，则确定所述流量传感器所在管道位置不存在泄露情况，将对应管道的疑漏值y标记为0。

进一步地，三个流量传感器中的两个分别为管道入口处、管道出口处的流量传感器；管道入口处、管道出口处的流量传感器分别对应为流量传感器1、流量传感器m；所述步骤ss03中对流量集进行分析，获取对应管道位置的流量稳定性wi的步骤为：

步骤ss31：针对流量传感器i，获取其对应的管道流量信息qij，其中，j＝1、2、3、…、n，n为正整数；

步骤ss32：计算管道流量拟准值ni；

其中，0.56、0.32、0.12为预设权值，q1j为管道入口处的流量传感器对应的管道流量信息、qmj为管道出口处的流量传感器对应的管道流量信息；

步骤ss33：获取流量传感器i对应管道位置的流量稳定性wi：

进一步地，所述管段划分单元对管道进行划分的步骤为：

步骤一：获取疑漏值y＝1对应的流量传感器所在的管道位置，并将该位置其标记为疑漏位置、将疑漏值y＝1对应的流量传感器标记为疑漏流量传感器；

步骤二：提取疑漏值y＝1对应的流量传感器的前一个流量传感器，并将其标记为拟参流量传感器，获取拟参流量传感器对应的管道流量信息，借助泄露初分单元计算拟参流量传感器对应的管道的疑漏值，并标记为拟参疑漏值yc；

步骤三：若拟参疑漏值yc＝1，则依次获取拟参流量传感器前一个流量传感器，并将其标记为续参流量传感器，借助泄露初分单元计算续参流量传感器对应的管道的疑漏值，并标记为续参疑漏值yx，直至对应的续参疑漏值yx＝0；将续参疑漏值yx＝0对应的续参流量传感器与管道入口处的流量传感器之间的管道，划分为一级疑漏管道；将续参疑漏值yx＝0对应的续参流量传感器与疑漏流量传感器之间的管道，划分为二级疑漏管道；

若拟参疑漏值yc＝0，则将拟参流量传感器与管道入口处的流量传感器之间的管道，划分为一级疑漏管道；将拟参流量传感器与疑漏流量传感器之间的管道，划分为二级疑漏管道；

其中，以疑漏位置朝向管道入口处的方向作为前向、以疑漏位置朝向管道出口处的方向作为后向，前一个流量传感器即沿前向、距疑漏流量传感器最近的流量传感器。

进一步地，所述声呐控制单元根据管道划分结果驱动声呐探头移动的方式为：

获取二级疑漏管道内流量传感器的个数，并将其标记为l2、获取一级疑漏管道内流量传感器的个数，并将其标记为l1；

若l2≧x2，则以速度v1驱动声呐探头在二级疑漏管道内移动、以速度v2驱动声呐探头在一级疑漏管道内移动；

若l2<x2，则以速度v2驱动声呐探头在一级疑漏管道、二级疑漏管道内移动；

其中，x2为预设值，s为二级疑漏管道的长度，t为预设探测时间。

进一步地，所述声呐控制单元还用于驱动控制声呐探头在每两个相邻流量传感器之间的管道1/2位置处、二级疑漏管道的x3等分位置处、一级疑漏管道的x4等分位置处、每两节管道相接处分别停留时间t2进行声信号的采集，t2＝s/sz，其中，sz为管道总长，将每一停留位置标记为探测位置；

其中，x3、x4为预设值。

进一步地，泄露终分单元判断并标记管道的泄露位置的方法为：

步骤y001：获取任意一探测位置的声信号变化趋势，若声信号变化趋势符合预定的声信号泄露特征，则将该探测位置标记为预泄露位置；

步骤y002：获取预泄露位置前一探测位置的声信号变化趋势，若声信号变化趋势符合预定的声信号泄露特征，则继续获取前一探测位置的声信号变化趋势，直至探测位置的声信号变化趋势不符合预定的声信号泄露特征，则将声信号变化趋势不符合预定的声信号泄露特征对应的探测位置至预泄露位置之间的管道标记为泄露管道；

步骤y003：设定泄露管道的再探位置；

步骤y004：按照步骤y001～y003的原理，获取泄露管道，直至泄露管道的长度≦sy，则该泄露管道所在位置发生管道泄露；

其中，sy为预设长度。

进一步地，所述再探位置为泄露管道中每两个相邻流量传感器之间的管道1/2位置处、二级疑漏管道的x3等分位置处、一级疑漏管道的x4等分位置处、每两节管道相接处。

进一步地，还包括客户端，所述客户端用于管道泄露位置的查看及预设值的设定、修改，便于用户及时得知管道泄露情况进行修补。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过数据采集单元采集流量传感器采集的管道流量信息，并将其上传至控制器；泄露初分单元根据管道流量信息对管道进行初步分析，获取疑漏值y；控制器在疑漏值y＝1时，产生需检信号，并将其传输至声呐控制单元；管段划分单元对管道进行划分，划分为一级疑漏管道、二级疑漏管道；声呐控制单元根据管道划分结果驱动声呐探头移动，声呐探头采集声信号；泄露终分单元判断并标记管道的泄露位置，实现对管道泄露位置的定位。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于声呐探测的管道泄露监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“下”、“中”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

请参阅图1所示，本发明为一种基于声呐探测的管道泄露监测系统，包括：数据采集单元用于采集流量传感器采集的管道流量信息，并将其上传至控制器；流量传感器至少为3个，分别设置在管道中间、管道入口处、管道出口处、管道泄露；初分单元，所述泄露初分单元用于根据管道流量信息对管道进行初步分析，获取疑漏值y；所述控制器在疑漏值y＝1时，产生需检信号，并将其传输至声呐控制单元；管段划分单元用于在控制器产生需检信号时对管道进行划分，划分为一级疑漏管道、二级疑漏管道；声呐控制单元，所述声呐控制单元根据管道划分结果驱动声呐探头移动，声呐探头采集声信号；泄露终分单元，其用于判断并标记管道的泄露位置，方便声呐探头规律性的进行声信号的采集。

作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述流量传感器为多个，分别设置于每节管道的中间位置处、管道入口处、管道出口处，尤其是设置在每节管道的中间位置处的流量传感器可为多个，提高检测的准确性，从而提高了该系统的智能性，适当降低系统的计算量。

作为本发明提供的一个实施例，优选的，泄露终分单元判断并标记管道的泄露位置的方法为：

步骤y001：获取任意一探测位置的声信号变化趋势，若声信号变化趋势符合预定的声信号泄露特征，则将该探测位置标记为预泄露位置；

步骤y002：获取预泄露位置前一探测位置的声信号变化趋势，若声信号变化趋势符合预定的声信号泄露特征，则继续获取前一探测位置的声信号变化趋势，直至探测位置的声信号变化趋势不符合预定的声信号泄露特征，则将声信号变化趋势不符合预定的声信号泄露特征对应的探测位置至预泄露位置之间的管道标记为泄露管道；

步骤y003：设定泄露管道的再探位置；

步骤y004：按照步骤y001～y003的原理，获取泄露管道，直至泄露管道的长度≦sy，则该泄露管道所在位置发生管道泄露；

其中，sy为预设长度。

作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述再探位置为泄露管道中每两个相邻流量传感器之间的管道1/2位置处、二级疑漏管道的x3等分位置处、一级疑漏管道的x4等分位置处、每两节管道相接处。

实施例二：

所述泄露初分单元根据管道流量信息对管道进行初步分析，获取疑漏值y的步骤为：

步骤ss01：每隔预设时间t获取一次至少三个流量传感器针对其所在管道位置采集的对应的管道流量信息，并将其标记为qij，qij表示流量传感器i第j次采集的所在管道位置对应的管道流量信息；根据使用需求，自主设定数据采集频率；

步骤ss02：任选一个流量传感器，将该流量传感器采集的管道流量信息形成一个流量集；

步骤ss03：对流量集进行分析，获取对应管道位置的流量稳定性wi，wi表示流量传感器i所在管道位置的流量稳定程度；作为本发明提供的一个实施例，优选的，三个流量传感器中的两个分别为管道入口处、管道出口处的流量传感器；管道入口处、管道出口处的流量传感器分别对应为流量传感器1、流量传感器m；所述步骤ss03中对流量集进行分析，获取对应管道位置的流量稳定性wi的步骤为：

步骤ss31：针对流量传感器i，获取其对应的管道流量信息qij，其中，j＝1、2、3、…、n，n为正整数；

步骤ss32：计算管道流量拟准值ni；

其中，0.56、0.32、0.12为预设权值，q1j为管道入口处的流量传感器对应的管道流量信息、qmj为管道出口处的流量传感器对应的管道流量信息；

步骤ss33：获取流量传感器i对应管道位置的流量稳定性wi：

步骤ss04：判断流量传感器所在管道位置的流量稳定程度是否符合预设的泄露规律；

若wi≧x1，则流量传感器所在管道位置的流量稳定程度符合泄露规律，则所述流量传感器所在管道位置存在疑似泄露情况，将对应管道的疑漏值y标记为1；其中，x1为预设参考值；

否则，流量传感器所在管道位置的流量稳定程度不符合泄露规律，则确定所述流量传感器所在管道位置不存在泄露情况，将对应管道的疑漏值y标记为0。

作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述管段划分单元对管道进行划分的步骤为：

步骤一：获取疑漏值y＝1对应的流量传感器所在的管道位置，并将该位置其标记为疑漏位置、将疑漏值y＝1对应的流量传感器标记为疑漏流量传感器；

步骤二：提取疑漏值y＝1对应的流量传感器的前一个流量传感器，并将其标记为拟参流量传感器，获取拟参流量传感器对应的管道流量信息，借助泄露初分单元计算拟参流量传感器对应的管道的疑漏值，并标记为拟参疑漏值yc；

步骤三：若拟参疑漏值yc＝1，则依次获取拟参流量传感器前一个流量传感器，并将其标记为续参流量传感器，借助泄露初分单元计算续参流量传感器对应的管道的疑漏值，并标记为续参疑漏值yx，直至对应的续参疑漏值yx＝0；将续参疑漏值yx＝0对应的续参流量传感器与管道入口处的流量传感器之间的管道，划分为一级疑漏管道；将续参疑漏值yx＝0对应的续参流量传感器与疑漏流量传感器之间的管道，划分为二级疑漏管道；

若拟参疑漏值yc＝0，则将拟参流量传感器与管道入口处的流量传感器之间的管道，划分为一级疑漏管道；将拟参流量传感器与疑漏流量传感器之间的管道，划分为二级疑漏管道；

其中，以疑漏位置朝向管道入口处的方向作为前向、以疑漏位置朝向管道出口处的方向作为后向，前一个流量传感器即沿前向、距疑漏流量传感器最近的流量传感器，可以确定存在小流量泄露的泄露区域。

实施例三：

所述声呐控制单元根据管道划分结果驱动声呐探头移动的方式为：

获取二级疑漏管道内流量传感器的个数，并将其标记为l2、获取一级疑漏管道内流量传感器的个数，并将其标记为l1；

若l2≧x2，则以速度v1驱动声呐探头在二级疑漏管道内移动、以速度v2驱动声呐探头在一级疑漏管道内移动；

若l2<x2，则以速度v2驱动声呐探头在一级疑漏管道、二级疑漏管道内移动；

其中，x2为预设值，s为二级疑漏管道的长度，t为预设探测时间。

作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述声呐控制单元还用于驱动控制声呐探头在每两个相邻流量传感器之间的管道1/2位置处、二级疑漏管道的x3等分位置处、一级疑漏管道的x4等分位置处、每两节管道相接处分别停留时间t2进行声信号的采集，t2＝s/sz，其中，sz为管道总长，将每一停留位置标记为探测位置，从而检测过程快速且泄露位置更为准确；

其中，x3、x4为预设值。

作为本发明提供的一个实施例，优选的，还包括客户端，所述客户端用于管道泄露位置的查看及预设值的设定、修改，便于用户及时得知管道泄露情况进行修补。

一种基于声呐探测的管道泄露监测系统，通过数据采集单元采集流量传感器采集的管道流量信息，并将其上传至控制器；泄露初分单元根据管道流量信息对管道进行初步分析，获取疑漏值y；控制器在疑漏值y＝1时，产生需检信号，并将其传输至声呐控制单元；管段划分单元对管道进行划分，划分为一级疑漏管道、二级疑漏管道；声呐控制单元根据管道划分结果驱动声呐探头移动，声呐探头采集声信号；泄露终分单元判断并标记管道的泄露位置，实现对管道泄露位置的定位。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。