一种多模态天然气泄露检测系统及方法与流程

本发明实施例涉及天然气泄露检测，特别涉及一种多模态天然气泄露检测系统及方法。

背景技术：

1、天然气是一种易燃的混合物，主要成分是甲烷气体。天然气发生泄漏可能会引起爆炸，造成重大财产损失的同时也造成资源浪费。因此，进行天然气的泄漏检测及泄漏点定位有着重大意义。

2、目前，传统的天然气泄漏检测方法通常使用“嗅探器”技术和探头进行检测，需要密切接触被检区域，检测人员暴露在肉眼看不到的、有潜在爆炸风险的环境当中，安全性低。同时，在发现存在天然气泄漏的区域，传统的检漏和排查手段很难快速定位到具体泄漏点，是行业中普遍存在的痛点。

技术实现思路

1、基于现有技术中检测天然气泄露位置风险高、定位难的问题，本发明实施例提供了一种多模态天然气泄露检测系统及方法，能够自动化地基于多模态信息对天然气管路进行实时监测并高效定位泄露点。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种多模态天然气泄露检测系统，应用于天然气管路，包括：光纤声波监测子系统、光电信号监测子系统、可移动光学图像检测子系统和多模态分析平台；其中，

3、所述光纤声波监测子系统包括至少一组光纤监测模块，每组所述光纤监测模块分别对应一段天然气管段；所述光纤监测模块包括两段辅助光纤、至少一段监测光纤，以及对应的光纤脉冲发射器和光纤传感器，两段所述辅助光纤分别紧密缠绕在天然气管段的两端，所述监测光纤以预设节距螺旋缠绕在天然气管段的主体，各段所述监测光纤不重叠地绕设在天然气管段，每段所述辅助光纤及所述监测光纤均一端连接一个所述光纤脉冲发射器，另一端连接对应的所述光纤传感器；每段所述监测光纤还配有对应的定位器，设置在所述监测光纤缠绕区域的天然气管段上；所述光纤监测模块还包括信号收发器，信号收发器与所述光纤监测模块包括的各所述光纤脉冲发射器、所述光纤传感器及定位器均连接；

4、所述光电信号监测子系统包括至少一组光电监测模块，每组所述光电监测模块对应一处管道阀门；所述光电监测模块包括分设在管道阀门两侧的激光发射器和光电传感器，所述激光发射器发射的激光光束穿过管道阀门易泄漏点所在空间后入射所述光电传感器；每组所述光电监测模块还配有对应的定位器和信号收发器，设置在对应的管道阀门处，信号收发器与所述光电监测模块包括的所述激光发射器、所述光电传感器及定位器均连接；

5、所述可移动光学图像检测子系统包括至少一组移动探测模块；每组移动探测模块包括移动装置以及设于所述移动装置的光学气体相机、定位器和信号收发器；所述移动装置用于带动所述光学气体相机移动，所述光学气体相机用于拍摄红外图像以通过环境温度变化探测气体泄漏点，信号收发器与所述可移动光学图像检测子系统包括的所述移动装置、所述光学气体相机及定位器均连接；

6、所述多模态分析平台通过各信号收发器与所述光纤声波监测子系统、所述光电信号监测子系统及所述可移动光学图像检测子系统均连接；

7、所述多模态分析平台用于获取所述光纤声波监测子系统中各所述光纤传感器的探测信号，并监测是否有天然气管段发生天然气泄露事件，监测方式为以各所述光纤监测模块中一段所述监测光纤对应的探测信号减去两端所述辅助光纤对应的探测信号的均值，得到去噪的监测信号，再进行解调，以确定所述监测光纤对应区域是否存在高频振动声源，若存在高频振动声源，则判断对应的天然气管段发生天然气泄露事件；

8、所述多模态分析平台还用于获取所述光电信号监测子系统中各所述光电传感器的探测信号，并监测是否有管道阀门发生天然气泄露事件，监测方式为对各所述光电监测模块中的所述光电传感器对应的探测信号进行解调，以确定是否出现气体组分变化，若出现气体组分变化，则判断对应的管道阀门处发生天然气泄露事件；

9、所述多模态分析平台还用于在判断任一天然气管段或管道阀门处发生天然气泄露事件之后，获取对应的定位器数据，并根据获取的定位器数据，令任一所述光学气体相机移动至相应区域，基于所述光学气体相机拍摄的结果，进行天然气泄露事件复检，若未检测到气体泄漏点，则判定出现虚警，若检测到气体泄漏点，则确定天然气泄露并记录气体泄漏点位置。

10、可选地，所述的多模态天然气泄露检测系统还包括多个报警器；

11、每组所述光纤监测模块、每组所述光电监测模块及每组所述移动探测模块分别设置至少一个报警器；

12、所述多模态分析平台用于在判断天然气管段发生天然气泄露事件之后，生成报警指令并发送至相应的所述光纤监测模块中的报警器，在判断管道阀门处发生天然气泄露事件之后，生成报警指令并发送至相应的所述光电监测模块中的报警器，在复检确定天然气泄露之后，生成报警指令并发送至相应的所述移动探测模块中的报警器，以及在复检判定虚警之后，生成取消报警指令并发送至相应的所述光纤监测模块和/或所述光电监测模块中的报警器。

13、可选地，所述的多模态天然气泄露检测系统还包括：展示平台；

14、所述展示平台与所述多模态分析平台连接，用于在任一天然气管段或管道阀门处发生天然气泄露事件之后，获取并显示对应的定位器数据，以及在开始进行天然气泄露事件复检之后，获取并显示所述移动探测模块对应的定位器数据和所述光学气体相机拍摄画面。

15、可选地，所述移动探测模块中的所述移动装置为遥控车，所述光学气体相机搭载在所述遥控车顶端。

16、可选地，所述移动探测模块中的所述移动装置为转动可升降云台，所述光学气体相机设于所述转动可升降云台。

17、可选地，所述多模态分析平台还用于根据输入指令，生成相应的设置指令，并对应发送至所述光纤声波监测子系统、所述光电信号监测子系统和/或所述可移动光学图像检测子系统。

18、可选地，所述光纤监测模块中，所述光纤脉冲发射器发射脉冲激光的脉冲长度范围为150ns～250ns，脉冲频率范围为70khz～90khz。

19、可选地，所述辅助光纤及所述监测光纤均为无护套的标准单模光纤；每段所述辅助光纤的长度范围为8m～12m；每段所述监测光纤的预设节距为2cm～3cm，绕设区域不超过10m。

20、可选地，所述多模态分析平台监测是否有天然气管段发生天然气泄露事件，包括对各所述光纤监测模块均执行如下步骤：

21、按照设置的时间窗口，获取一段监测光纤及两端辅助光纤对应的探测信号；

22、以时间窗口内的探测信号为分析对象，对监测光纤对应的探测信号进行去噪，得到监测信号；所述进行去噪包括令监测光纤对应的探测信号减去相应的两端辅助光纤对应的探测信号的均值；

23、对时间窗口内的监测信号，通过加窗处理实现短时快速傅里叶变换，得到对应的频谱；

24、基于当前时间窗口对应的频谱和历史平均频谱，判断是否存在高频振动声源；若当前时间窗口对应的频谱相对于历史平均频谱存在超过预设阈值的尖峰，则判定存在高频振动声源，否则基于当前时间窗口对应的频谱更新历史平均频谱。

25、第二方面，本发明实施例还提供了一种多模态天然气泄露检测方法，采用如上述任一项所述的多模态天然气泄露检测系统实现，包括如下步骤

26、通过光纤声波监测子系统和光电信号监测子系统，分别监测天然气管路的各天然气管段和管道阀门是否发生天然气泄露事件；

27、若任一天然气管段或管道阀门处发生天然气泄露事件，则获取对应的定位器数据；

28、根据获取的定位器数据，令可移动光学图像检测子系统中任一光学气体相机移动至相应区域，进行天然气泄露事件复检，若未检测到气体泄漏点，则判定出现虚警，若检测到气体泄漏点，则确定天然气泄露并记录气体泄漏点位置。

29、本发明实施例提供了一种多模态天然气泄露检测系统及方法，使用光纤声波监测子系统、光电信号监测子系统、可移动光学图像检测子系统和多模态分析平台对天然气管路进行泄漏检测，本发明利用气体泄露时承载装置的声波变化监测天然气管段是否出现泄漏，利用气体的物理性质变化监测管道阀门是否出现泄漏，实现对整个天然气管路的实时监测，代替人工巡查等工作，并在监测到任一天然气管段或管道阀门发生天然气泄露事件之后，获取对应的位置信息，再令光学气体相机移动至相应区域进行天然气泄露事件复检，避免光纤声波监测子系统及光电信号监测子系统造成虚警，并且，能够快速实现泄漏点的精准定位。