基于管道振动信号的泄漏定位方法及系统和应用与流程

本发明涉及管道泄漏排查技术、监测，尤其涉及基于管道振动信号的泄漏定位方法及系统和应用。

背景技术：

1、管道作为供水、供气、供油等介质供应输送不可或缺的载体，其由于为带压输送介质，因此在使用时，会因为腐蚀、受外力作用破损而造成内部输送介质加速泄漏的问题，当前对管道泄漏的排查大多是依靠人工携带拾音设备进行逐段摸排，这种方式效率较为低下，难以快速确定管道泄漏的小幅区间位置，另外，人工排查的方式对于架空布设的管道或者布设在排水管道等具有声音干扰源的管道附近，容易因为操作环境或外部声音干扰而造成排查难度增大的问题，目前一些文献提出了采用光纤或主动产生超声波的设备进行监测，但是这些方式容易受到外界干扰，大多难以定位到泄漏点所处的小幅区间位置，即定位精度欠佳，由于管道泄漏过程中会产生一定的振动，且管道泄漏的开口位置在一定时间内会维持相对稳定的状态，因此，若是能够利用管道泄漏产生的振动信号进行快速定位到泄漏点的小幅位置区间，那么对管道的检修效率提升上，将会有积极现实的意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、定位效率高且定位精度佳的基于管道振动信号的泄漏定位方法及系统和应用。

2、为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于管道振动信号的泄漏定位方法，所述管道上间隔布设有多个用于感应管道振动信号的振动采集单元，所述泄漏定位方法包括：

4、s01、实时采集管道的振动信号，生成管道振动监测数据，其中，多个振动采集单元均对应生成有与其对应的管道振动监测数据；

5、s02、获取管道振动监测数据，对其进行特征信号定位、标记和提取，获得特征数据且将其与管道振动检测数据和对应的振动采集单元进行关联；

6、s03、按预设条件从多个具有特征信号的管道振动监测数据中获取至少两个指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据，其中，该管道振动监测数据中具有指向管道疑似泄漏的特征数据；

7、s04、从至少两个指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据中获取两个相关度符合预设要求的特征数据，将其设为一组泄漏排查数据，并同步获取管道振动监测数据对应的振动采集单元的位置信息，获得至少一组泄漏排查数据；

8、s05、对一组泄漏排查数据中对应的两个管道振动监测数据进行特征数据相关性关联，然后获取指向管道疑似泄漏的特征信号在两个管道振动监测数据中的时间差△t，同时，还相应获取两个管道振动监测数据对应的两个振动采集单元的间距信息d，以及该两个振动采集单元之间的振动信号传播速度v，然后根据时间差△t、间距信息d和振动信号传播速度v，确定管道泄漏位置信息；

9、s06、根据至少一组泄漏排查数据对应的管道泄漏位置信息，按预设条件对其进行数据拟合后，获取泄漏位置定位结果。

10、作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述管道在其直管段上每隔5～20米布设有一个振动采集单元。

11、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述管道上的振动采集单元还均标识有唯一id和布设信息，该布设信息至少包括振动采集单元对应的位置信息、管道信息和与其相邻振动采集单元的id。

12、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述位置信息至少包括振动采集单元的gps定位信息和其在管道上的相对位置信息，当相邻振动采集单元之间还具有分叉支路时，其具有多个相邻振动采集单元。

13、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述管道信息包括：振动采集单元对应管道的材质信息和规格信息。

14、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案s02包括：

15、s021、获取管道振动监测数据，按预设条件对其进行去噪处理；

16、s022、将振幅大于预设值的振动数据设为特征信号，对其进行定位、标记和提取该特征信号前后预设时长区间的振动监测数据作为特征数据；

17、s023、将特征数据与其对应的管道振动检测数据和振动采集单元进行关联。

18、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案s03包括：

19、s031、将具有特征信号的多个管道振动监测数据和该管道振动监测数据对应的管道信息作为输入项输入到经训练的检测神经网络中进行检测，由检测神经网络输出检测结果；

20、s032、根据检测结果获取至少两个指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据，其中，该管道振动监测数据中具有指向管道疑似泄漏的特征数据。

21、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案s031中，所述经训练的检测神经网络的训练方法为：

22、a01、构建管道布设模型，该管道布设模型中具有直管段、弯管段，其中，直管段上按预设要求间隔布设多个振动信号采集单元，弯管段为采用弯曲管件进行连接直管段管道的部分，同时，记录各振动信号采集单元在管道布设模型上的位置信息；

23、a02、记录管道材质信息、管道规格信息和其内部流体的输送压力以及未发生泄漏时的管道振动监测数据，然后在管道布设模型的直管段或直管段与弯曲管件的连接部制造不同单位时间泄漏量的管道泄漏；

24、a03、记录管道发生泄漏时，振动信号采集单元所采集的管道振动监测数据；

25、a04、根据未发生泄漏时的管道振动监测数据，对管道发生泄漏时管道振动监测数据进行泄漏特征数据标记，生成标记泄漏信息，同时还对未发生泄漏时的管道振动监测数据进行标记正常信息；

26、a05、更换管道材质或规格，重复a02～a04，直至所获得的数据量达到预设要求，然后进入a06；

27、a06、将标记正常信息和标记泄漏信息的管道振动监测数据进行分别归纳为一组训练数据，同时还将管道振动监测数据对应的管道材质信息、管道规格信息关联到训练数据中，然后训练数据汇集生成训练数据集；

28、a07、从训练数据集中分别提取预设量的不同数据作为训练组数据和验证组，然后将训练组数据导入到神经网络中训练，其中，训练组数据中，以管道振动监测数据作为输入项，标记信息作为结果项；

29、a08、将验证组数据中的管道振动监测数据作为输入项输入到经训练的检测神经网络中，标记信息作为核验项对检测神经网络输出的检测结果进行核验，当正确率符合预设要求时，模型收敛，否则，将训练组重新导入到经训练的检测神经网络中继续训练预设次数，直至模型收敛。

30、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案s04包括：

31、s041、对指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据中的特征数据进行波形数据获取，然后定位出指向管道疑似泄漏的特征峰；

32、s042、根据特征峰从至少两个指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据中获取两个相关度符合预设要求的特征数据，将其设为一组泄漏排查数据，且使泄漏点位于一组泄露排查数据对应振动采集单元之间；

33、s043、获取泄漏排查数据中管道振动监测数据对应的振动采集单元的位置信息并将其关联，获得至少一组泄漏排查数据。

34、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案s05包括：

35、s051、对一组泄漏排查数据中对应的两个管道振动监测数据进行特征数据相关性关联，使两个管道振动监测数据位于同一时间线下；

36、s052、根据两个管道振动监测数据对应指向管道疑似泄漏的特征峰的时间信息，然后获取指向管道疑似泄漏的特征信号在两个管道振动监测数据中的时间差△t；

37、s053、获取两个管道振动监测数据对应的两个振动采集单元的间距信息d，以及根据管道信息获取该两个振动采集单元之间的振动信号传播速度v；

38、s054、根据时间差△t、间距信息d和振动信号传播速度v，联立如下公式确定管道泄漏位置信息：

39、d＝d1+d2

40、d1＝vt1

41、d2＝vt2

42、△t＝t1-t2

43、d＝vt1+vt2＝v(△t+t2)+vt2＝v△t+2vt2＝v△t+2d2

44、d2＝(d-v△t)/2

45、其中，d为两个管道振动监测数据对应的两个振动采集单元的间距信息，d1为其中一振动采集单元距离泄漏点的间距，t1为泄漏点振动信号到达其中一振动采集单元的时长，d2为另一振动采集单元距离泄漏点的间距，t2为泄漏点振动信号到达另一振动采集单元的时长；△t为泄漏点振动信号到达两振动采集单元的时间差，v为泄漏点产生振动信号在管道上的传播速度。

46、作为一种较优的实施选择，优选的，本方案s06包括：

47、s061、获取管道泄漏位置信息，

48、当其为一组时，根据管道泄漏位置信息中泄漏点与振动采集单元的位置关系，以及振动采集单元对应的gps定位信息和其在管道上的相对位置信息，确定泄漏点的gps定位信息和其在管道上的相对位置信息，生成泄漏点位置估计信息；然后再沿管道布设长度方向分别对gps定位信息和泄漏点在管道上的相对位置信息进行误差计算，形成区间位置信息，生成泄漏点位置区间信息，然后将泄漏点位置估计信息和泄漏点位置区间信息作为泄漏位置定位结果输出；

49、当为多组时，根据多个管道泄漏位置信息中泄漏点与振动采集单元的位置关系，以及振动采集单元对应的gps定位信息和其在管道上的相对位置信息，获得泄漏点的多个gps定位信息和其在管道上的相对位置信息，然后将其拟合成区间位置，生成泄漏点位置区间信息作为泄漏位置定位结果输出。

50、基于上述，本发明还提供一种基于管道振动信号的泄漏定位系统，其包括：

51、振动采集单元，为多个且间隔布设在管道上，其用于实时采集管道的振动信号，生成管道振动监测数据，其中，多个振动采集单元均对应生成有与其对应的管道振动监测数据；

52、信号处理单元，用于获取管道振动监测数据，对其进行特征信号定位、标记和提取，获得特征数据且将其与管道振动检测数据和对应的振动采集单元进行关联；

53、信号判断单元，用于按预设条件从多个具有特征信号的管道振动监测数据中获取至少两个指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据，其中，该管道振动监测数据中具有指向管道疑似泄漏的特征数据；

54、信号匹配单元，用于从至少两个指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据中获取两个相关度符合预设要求的特征数据，将其设为一组泄漏排查数据，并同步获取管道振动监测数据对应的振动采集单元的位置信息，获得至少一组泄漏排查数据；

55、数据处理单元，用于对一组泄漏排查数据中对应的两个管道振动监测数据进行特征数据相关性关联，然后获取指向管道疑似泄漏的特征信号在两个管道振动监测数据中的时间差△t，同时，还相应获取两个管道振动监测数据对应的两个振动采集单元的间距信息d，以及该两个振动采集单元之间的振动信号传播速度v，然后根据时间差△t、间距信息d和振动信号传播速度v，确定管道泄漏位置信息；

56、数据拟合单元，用于根据至少一组泄漏排查数据对应的管道泄漏位置信息，按预设条件对其进行数据拟合后，获取泄漏位置定位结果。

57、基于上述，本发明还提供一种压力管道泄漏排查方法，其包括权利要求1至8之一所述的基于管道振动信号的泄漏定位方法。

58、基于上述，本发明还提供一种计算机可读的存储介质，所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现上述所述的基于管道振动信号的泄漏定位方法。

59、采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案巧妙性通过在管道上布设振动采集单元以实现管道振动信号的实时采集，使得管道出现泄漏点时，泄漏点产生的振动信号能够被振动采集单元所监测采集，而经采集后的管道振动监测数据在特征数据定位、标记和提取后，被用于检测判断，使指向管道疑似泄漏的管道振动监测数据能够被筛选出，进而结合两个管道振动监测数据组成的泄漏排查数据进行计算出泄漏位置的定位结果，以获取泄漏点与振动采集单元的相对位置关系，本方案还巧妙性通过一组以上泄漏排查数据对应的管道泄漏位置信息进行拟合，以形成点和/或区间的泄漏位置定位结果以供检修人员进行参考，使得检修人员在检修效率上能够获得大大提高。