專利名稱：應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位方法，具體 地說是一種應(yīng)用機(jī)器人作為檢測油氣管道泄漏的巡線設(shè)備，采用超聲波與嗅覺傳 感器組合、兩元數(shù)據(jù)融合的信號(hào)預(yù)處理和模式識(shí)別綜合判定的油氣管道泄漏和定 位的方法。
背景技術(shù)：
改革開放30年來我國石油天然氣工業(yè)得到了長足發(fā)展。至2007年底，中國國 內(nèi)已建油氣管道的總長度約6萬千米，但是由于自然因素和人為損壞等原因，管 道的泄漏事故時(shí)有發(fā)生，不僅給國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，而且對(duì)人 民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。國內(nèi)外管道泄漏的檢測方法主要集中在直 接檢漏法和間接檢漏法兩種方法上。國內(nèi)目前仍較多使用人工檢測的方法，而管 網(wǎng)泄漏的實(shí)時(shí)檢測方法以負(fù)壓波檢漏法、壓力梯度法、壓力點(diǎn)分析法為主。國外 還有采用管內(nèi)智能爬行機(jī)法，最普遍采用漏磁通檢測器和超聲波檢測器技術(shù)。應(yīng) 用較多的是漏磁通檢測器，即將爬行機(jī)放入管內(nèi)，它就會(huì)在流體的推動(dòng)下運(yùn)動(dòng)到 下游，同時(shí)收集有關(guān)管內(nèi)流動(dòng)和管壁完好程度的信息。爬行機(jī)只適用于那些沒有 太多的彎頭和聯(lián)接處的管道，它的操作需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，另外只能工作于管道 非運(yùn)營狀態(tài)。而超聲波檢測法由于不受管道壁厚限制，它的數(shù)據(jù)比漏磁法更精確， 在檢測精度、定位精度、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)分析方面均已達(dá)到很高的水平。
從目前情況看，將管道的數(shù)學(xué)模型的建立和某種信號(hào)處理方法相結(jié)合、將管 外檢測技術(shù)和管內(nèi)檢測技術(shù)相結(jié)合、將智能方法引入檢測和定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能檢 測、機(jī)器人檢測和定位等是一研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種具有實(shí)用性強(qiáng)，使用方便，系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，誤報(bào) 率低，功耗低，檢測精度高的應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位方 法，使之適用于城市地下綜合管溝中對(duì)油氣管道進(jìn)行無損傷無干擾的巡線檢測和 泄漏定位。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供-一種應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器 人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位方法，由機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的巡線檢測和終端 計(jì)算機(jī)檢測定位方法兩部分組成，包括以下步驟
① 安裝一個(gè)車載型機(jī)器人，自載有電源、導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集組合器、控 制模塊和無線通訊模塊，應(yīng)用機(jī)器人對(duì)油氣管道狀況進(jìn)行巡檢；
② 在管道附近沿管道軸向方向建一小路，路面涂刷一條有顏色的標(biāo)識(shí)線和 里程校對(duì)節(jié)，由機(jī)器人應(yīng)用自載的導(dǎo)航系統(tǒng)采用光電編碼和校對(duì)節(jié)的識(shí)別方法自 主導(dǎo)航巡檢；
③ 機(jī)器人應(yīng)用數(shù)據(jù)采集組合器負(fù)責(zé)信號(hào)采集，數(shù)據(jù)采集組合器包括檢測器 件、信號(hào)放大電路、濾波電路；檢測器件有超聲波傳感器與嗅覺傳感器，兩傳感 器組合實(shí)時(shí)采集的信號(hào)，分別經(jīng)放大電路放大，再經(jīng)濾波電路濾波；
④ 放大濾波后的信號(hào)送到控制模塊，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字
信號(hào)；
(D無線通訊模塊由發(fā)送和接收兩個(gè)模塊組成，發(fā)送模塊安裝在控制模塊端， 接收模塊安裝在計(jì)算機(jī)終端，數(shù)字信號(hào)經(jīng)發(fā)送模塊調(diào)制后發(fā)送；
⑥ 安裝在計(jì)算機(jī)終端的接收模塊接收和解調(diào)信號(hào)后，由分析軟件按算法流 程進(jìn)行泄漏可疑點(diǎn)的判斷與定位；
⑦ 計(jì)算機(jī)分析軟件采用自適應(yīng)模糊檢噪平滑算法和多尺度高斯濾波算法相 結(jié)合的綜合算法，對(duì)巡檢采集的超聲波強(qiáng)度、氣體濃度的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理分析， 當(dāng)兩信號(hào)同時(shí)收集到且信號(hào)高于設(shè)定門限值時(shí)可判定管道泄漏，發(fā)出聲光報(bào)警信 號(hào)；同時(shí)在軟件界面上以不同顏色的曲線顯示檢測數(shù)據(jù)波形，工作的絕對(duì)時(shí)間和 相對(duì)時(shí)間，發(fā)生泄漏的可疑地點(diǎn)。
本方法中所述的自主導(dǎo)航機(jī)器人是為檢測管道泄漏提供巡線的設(shè)備，是智能 導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集組合器、控制模塊和無線通訊模塊的載體。自主導(dǎo)航機(jī)器人 為車載型機(jī)器人。
所述的車載型機(jī)器人帶有小車輪和車體，機(jī)器人自載的導(dǎo)航系統(tǒng)包括紅外光 電傳感器、控制模塊、電機(jī)控制器和電機(jī)，紅外光電傳感器將識(shí)別車體與標(biāo)識(shí)線 偏離角度的信息傳給控制模塊，控制模塊通過電機(jī)控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，控 制模塊還通過小路上設(shè)置的校對(duì)節(jié)校對(duì)小車的運(yùn)行里程數(shù)。所述機(jī)器人工作時(shí)沿油氣管道附近建的小路運(yùn)動(dòng)，小路面涂刷一條有顏色的 標(biāo)識(shí)線和里程校對(duì)節(jié)，如圖1所示。機(jī)器人的小車體前端安裝有3個(gè)紅外光電傳感 器，其中2個(gè)傳感器跨在標(biāo)識(shí)線的兩側(cè)用于檢測小車體是否跑偏，中間傳感器在 標(biāo)識(shí)線范圍內(nèi)用于輔助檢測，以確保機(jī)器人正確的行走路線。采用光電編碼和校 對(duì)節(jié)的識(shí)別方法使機(jī)器人自主導(dǎo)航及準(zhǔn)確巡線距離定位。機(jī)器人巡檢導(dǎo)航過程判 斷流程如圖2所示。自主導(dǎo)航機(jī)器人體積小、攜帶方便，行走靈活、適合于城市 地下綜合管溝的環(huán)境。
本方法中所述機(jī)器人自載的數(shù)據(jù)采集組合器包括檢測器件、信號(hào)放大電路和 濾波電路；檢測器件是準(zhǔn)確檢測管道泄漏的首要部件。本方法所用的檢測器件有
超聲波傳感器，是對(duì)在泄漏孔附近形成湍流產(chǎn)生一定頻率的超聲波信號(hào)的采集， 聲波振動(dòng)的頻率與漏孔尺寸有關(guān)，漏孔較大時(shí)人耳可聽到泄漏聲，漏孔很小且聲
波頻率大于20kHz時(shí)，人耳聽不到的被稱作空載的超聲波。超聲波是高頻短波信 號(hào)能在空氣中傳播，其強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而迅速衰減，但超聲波具有指向 性。超聲波傳感器采集到的超聲波數(shù)據(jù)與油氣管道泄漏量正相關(guān)。選用超聲波傳 感器，將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯碾娦盘?hào)，信號(hào)經(jīng)放大和濾波電路后輸入控制模塊；
本方法中所用的檢測器件還有嗅覺傳感器，是對(duì)泄漏油氣濃度的采集，選擇 對(duì)甲烷、天然氣有很高的靈敏度，且具有響應(yīng)恢復(fù)迅速、使用壽命長、穩(wěn)定性好、 驅(qū)動(dòng)電路簡單的嗅覺傳感器。嗅覺傳感器采集到的氣體濃度信號(hào)與油氣管道泄漏 量正相關(guān)；當(dāng)檢測到泄漏的油氣體后，傳感器會(huì)輸出與氣體濃度相對(duì)應(yīng)的微弱的 電信號(hào)，通過信號(hào)放大電路，再經(jīng)濾波電路后輸入控制模塊；
本方法中對(duì)數(shù)據(jù)的采集之所以采用超聲波傳感器與嗅覺傳感器兩元數(shù)據(jù)融 合的方式進(jìn)行采集，且對(duì)數(shù)據(jù)分析處理時(shí)也是兩信號(hào)同時(shí)接收到且數(shù)字信號(hào)超過 設(shè)定的門限值時(shí)才能確立管道泄漏。這是由于油氣管道內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)， 管道一旦破裂，油氣從漏孔沖出，油氣的泄漏在泄漏處形成湍流，在湍流漏孔附 近產(chǎn)生一定頻率的超聲波。但是考慮到城市地下綜合管溝工況很復(fù)雜，機(jī)器人巡 線時(shí)也能檢測到由于第三方入侵事件如路面震動(dòng)或因外力造成的機(jī)械震動(dòng)而產(chǎn) 生的寬頻聲波，這類聲波信號(hào)同樣會(huì)被送入控制模塊，為避免誤檢，采用終端計(jì) 算機(jī)未同時(shí)接收到由嗅覺傳感器傳來的檢測信號(hào)，就不報(bào)警；同樣機(jī)器人在巡線 時(shí)，會(huì)遇到在管線上因安裝維修而帶來的不可避免的油氣殘留，此時(shí)嗅覺傳感器會(huì)將檢測到油氣濃度的信號(hào)送入控制模塊，若終端計(jì)算機(jī)沒有同時(shí)接收到由超聲 波傳感器的檢測信號(hào)也不報(bào)警；只有當(dāng)終端計(jì)算機(jī)同時(shí)接收到超聲波傳感器與嗅 覺傳感器上傳的檢測信號(hào)時(shí)，經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件綜合分析，才會(huì)判斷管道泄漏發(fā)出報(bào) 警信號(hào)和顯示定位。采用超聲波與嗅覺傳感器兩元數(shù)據(jù)融合的方式以達(dá)到精確檢 測、降低誤報(bào)率的效果。
本所采用的泄漏巡檢定位系統(tǒng)包括機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集組合器、控制
模塊、無線通訊模塊和終端計(jì)算機(jī)；如圖4所示。導(dǎo)航系統(tǒng)與檢測定位系統(tǒng)共用 同一控制模塊。
所述的控制模塊可選用單片機(jī)作為核心器件。如TI公司的MSP430系列等單片 機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中完全可以滿足要求，可以有效降低系統(tǒng)外圍控制電路的復(fù)雜性， 節(jié)約PCB板面空間，同時(shí)也降低了設(shè)計(jì)成本，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。
所述的無線通訊模塊由發(fā)送和接收兩模塊組成，發(fā)送模塊安裝在控制模塊 端，接收模塊安裝在計(jì)算機(jī)終端；可選用某一個(gè)頻段將信號(hào)調(diào)制和發(fā)送。采集的 檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后通過發(fā)送模塊調(diào)制并發(fā)送，終端計(jì)算機(jī)接收和解調(diào)信 號(hào)進(jìn)行在線分析。無線通訊可有效地提高檢測的時(shí)效性、安全性和保密性。
所述的終端計(jì)算機(jī)一般設(shè)置在地面計(jì)算機(jī)室。計(jì)算機(jī)所用分析軟件的算法采 用自適應(yīng)模糊檢噪平滑算法(簡稱AFND)和以高斯函數(shù)為尺度空間核的信號(hào)多尺 度空間分析的高斯濾波算法相結(jié)合綜合算法，對(duì)檢測的超聲波強(qiáng)度、氣體濃度數(shù) 據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)兩信號(hào)同時(shí)收集到且數(shù)字信號(hào)高于設(shè)定門限值時(shí)可判斷管道泄 漏，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；同時(shí)在軟件界面上以不同顏色的曲線顯示檢測數(shù)據(jù)波形、工 作的絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間，發(fā)生泄漏的可疑地點(diǎn)。
本方法應(yīng)用的AFND算法是根據(jù)采集波形中信號(hào)成分與脈沖噪聲成分的局部 統(tǒng)計(jì)特性，與模糊數(shù)學(xué)思想有機(jī)地結(jié)合起來，從而可自動(dòng)檢測含脈沖噪聲的波形 點(diǎn)，并使用正常信號(hào)點(diǎn)數(shù)據(jù)予以平滑。AFND算法的特色在于同時(shí)滿足了自適應(yīng)檢 測含脈沖噪聲點(diǎn)和保護(hù)正常信號(hào)點(diǎn)的濾波需求。
假定正常信號(hào)點(diǎn)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，對(duì)于采集波形段(濾波窗口)中的正常 信號(hào)數(shù)據(jù)，是正態(tài)總體T的一組樣本，記為T N (m， o2);而窗口內(nèi)的脈沖噪聲數(shù) 據(jù)可視為噪聲總體T，的一組取樣，T'服從Pn且服從(a, b)上均勻分布的脈沖 噪聲所污染，對(duì)于均勻分布，局部噪聲總體T'具有與全局噪聲同樣的分布規(guī)律。根據(jù)貝葉斯概率分類原理和模糊隸屬度的一致性，AFND算法的完整描述如下
(1) 設(shè)定模糊均值估計(jì)的迭代收斂閾值e和檢噪門限比R, R取2 3;
(2) 窗口選取從波形中順序選取一個(gè)n點(diǎn)(一般取奇數(shù)個(gè)點(diǎn)，如7、 9、 11) 的濾波窗口，得窗口內(nèi)的一維數(shù)據(jù)序列(x(k)|k=l……n};
(3) 計(jì)算初始的窗口均值；1 "2
(4) 計(jì)算窗口的尺度參數(shù)
/3 = 2<
(5)迭代更新窗口的模糊均值m:
更新各樣本隸屬度 = exp
更新各樣本權(quán)值 更新加權(quán)均值
迭代終止條
I F I m —m( ELSE: GOTO
(6)窗口方差o 2估計(jì)
I 〉 e
(6);
m。 = m ， GOTO loop (5);
〉E
Z vv(A).(xa)-m):
(7) 噪聲偵測和平滑(對(duì)窗口中心X 。操作) 檢噪門限L二R O ;檢噪平滑IF|Xl
(8) GOTO loop (2)，直至處理完整個(gè)波形。
在利用AFND算法平滑脈沖噪聲的基礎(chǔ)上，再使用多尺度高斯濾波算法，調(diào)整 尺度參數(shù)直到信號(hào)波形呈現(xiàn)單峰曲線，從而快速和準(zhǔn)確地定位泄漏點(diǎn)。波形的多 尺度空間是由尺度空間核與原始波形做巻積后得到的，這樣在完成對(duì)波形的尺度 變換的同時(shí)，也完成了直方圖的平滑濾波過程。高斯濾波器是唯一隨著尺度的變 化不會(huì)產(chǎn)生新的零交叉點(diǎn)的線性濾波器，而且在保持原信號(hào)的主要結(jié)構(gòu)上有良好 的表現(xiàn)，同時(shí)高斯函數(shù)滿足所謂的尺度定理，因此在多尺度濾波中被廣泛使用。 對(duì)于一維的離散信號(hào)h(n)，其離散多尺度空間表征為
<formula>formula see original document page 7</formula>式中g(shù)(X, O)是高斯函數(shù)的尺度空間核；方差。為尺度變量；h(n)為波形
的離散樣點(diǎn)序列；n為時(shí)間點(diǎn)的離散刻度。G(n， o )為信號(hào)波形在離散空間中與不 同尺度的高斯函數(shù)作巻積的結(jié)果，此過程稱為多尺度濾波。尺度變量o初始選取 波形方差，通過尺度變量的兩分法調(diào)整，對(duì)直方圖進(jìn)行多尺度濾波，直到波形成 為單峰曲線。
本發(fā)明的方法中分析軟件的設(shè)計(jì)，利用Visual C十+設(shè)計(jì)語言，配合使用 Windows下的軟件應(yīng)用接口API，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的信號(hào)分析能力。從控制模塊的單 片機(jī)接收氣體濃度和超聲波強(qiáng)度數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)按照實(shí)測數(shù)據(jù)/檢測最大 值的比例關(guān)系，在軟件界面上直觀地以不同顏色的曲線顯示波形，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的直 觀可視化效果，同時(shí)顯示機(jī)器人工作的絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間，并計(jì)算機(jī)器人行走 的距離判斷出相應(yīng)的發(fā)生泄漏的可疑地點(diǎn)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件主要功能包括通訊 參數(shù)確定、上傳數(shù)據(jù)顯示與保存、數(shù)據(jù)分析波形顯示、工作時(shí)間顯示、檢查日志 保存、泄漏點(diǎn)定位顯示和聲光報(bào)警顯示。
系統(tǒng)分析軟件算法實(shí)現(xiàn)過程見流程圖5 。
本發(fā)明的檢測定位方法具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明的方法中安裝的自主導(dǎo)航機(jī)器人體積小、行走靈活、攜帶方便，
適合于城市地下綜合管溝的環(huán)境；提供的檢測定位方法具有實(shí)用性強(qiáng)，方法簡單， 使用方便，整個(gè)系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠穩(wěn)定，誤報(bào)率低，功耗低，檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)， 分析軟件實(shí)用性強(qiáng)，軟件界面友好，具有直觀可視化效果。
2、 本發(fā)明的自主導(dǎo)航機(jī)器人及檢測定位方法可與管網(wǎng)GPS定位、GIS調(diào)度系
統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的管網(wǎng)運(yùn)行安全管理、調(diào)度和決策指揮。
3、 本發(fā)明可應(yīng)用于城市地下綜合管溝的油氣管道泄漏檢測和定位，對(duì)地下 油氣管道進(jìn)行無損傷、無干擾的巡線檢測和泄漏定位，還可推廣應(yīng)用于城市地下 管道煤氣、給水管道等相關(guān)領(lǐng)域的安全性檢測，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益 和推廣應(yīng)用前景。


本發(fā)明的檢測定位方法用附圖作進(jìn)一步說明。
圖l為本發(fā)明中自主導(dǎo)航機(jī)器人沿管道附近的小路路面涂刷的一條有顏色的
標(biāo)識(shí)線運(yùn)動(dòng)示意圖。圖中l(wèi)為機(jī)器人、2為中間紅外光電傳感器、3為兩側(cè)傳感器、4為標(biāo)識(shí)線、5為校對(duì)節(jié)、6為路面、7為管道。圖中箭頭表示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向。 圖2為本發(fā)明中機(jī)器人巡檢過程自主導(dǎo)航判斷流程框圖。 圖3為本發(fā)明中機(jī)器人自載的數(shù)據(jù)采集組合器構(gòu)成圖。
圖4為本發(fā)明中油氣管道泄漏檢測定位系統(tǒng)模塊構(gòu)成圖。圖中虛線圍成的框 內(nèi)是機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)與檢測定位系統(tǒng)共用同一控制模塊。
圖5為本發(fā)明的計(jì)算機(jī)終端分析軟件的分析流程框圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:本發(fā)明一種應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位方法。 安裝有車載型自主導(dǎo)航機(jī)器人，帶有車輪的小車體；自載有電源、導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù) 據(jù)采集組合器和無線通訊模塊，導(dǎo)航系統(tǒng)包括帶2對(duì)輪的小車體、3個(gè)紅外光電傳 感器、控制模塊、電機(jī)控制器和電機(jī)。采用反射式紅外光電傳感器ST188;控制 模塊選用TI公司的MSP430F169的單片機(jī)作為核心器件，該集成模塊豐富、1/0口 數(shù)量客觀、工作穩(wěn)定可靠；電機(jī)控制器采用SGS公司生產(chǎn)的恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng) 芯片L298。機(jī)器人巡線行走狀況如圖l所示。機(jī)器人1工作時(shí)沿油氣管道7附近建 的小路6運(yùn)動(dòng)，路面涂刷有一條黑顏色的標(biāo)識(shí)線4和里程校對(duì)節(jié)5，小車體前端安 裝紅外光電傳感器，兩個(gè)傳感器3跨在標(biāo)識(shí)線的兩側(cè)用于檢測車體是否跑偏，中 間傳感器2在標(biāo)識(shí)線范圍內(nèi)用于輔助檢測，以確保機(jī)器人正確的行走路線。機(jī)器 人導(dǎo)航判斷流程見圖2。
數(shù)據(jù)采集組合器包括檢測器件、信號(hào)放大電路和濾波電路；如圖3所示。檢 測器件中超聲波傳感器采用Microsonic公司的mic+系列超聲波傳感器；嗅覺傳感 器采用MQ-4的半導(dǎo)體嗅覺傳感器，信號(hào)放大電路選用LM358集成運(yùn)算放大器作放 大器件，濾波電路選用cx20106a芯片器件；由兩種傳感器組合實(shí)時(shí)采集油氣管道 狀況的信號(hào)，并通過放大電路放大和濾波電路濾波；
本發(fā)明的方法中泄漏巡檢定位檢測系統(tǒng)包括機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集組 合器、控制模塊、無線通訊模塊和終端計(jì)算機(jī)；如圖4所示。
無線通訊模塊，選用F05R的發(fā)送模塊，使用315MHZ頻段，安裝在控制模塊端， 負(fù)責(zé)將信號(hào)調(diào)制并發(fā)送；選用J04V接收模塊安裝在計(jì)算機(jī)終端，負(fù)責(zé)信號(hào)的接收 和解調(diào)；機(jī)器人與控制模塊的通信采用無線通訊、實(shí)時(shí)進(jìn)行在線分析。
本方法中終端計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)用Visual C+屮設(shè)計(jì)語言，配合使用Windows下的軟件應(yīng)用接口API，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的信號(hào)分析能力。
本方法中分析軟件數(shù)據(jù)接收按照如下數(shù)據(jù)格式 一條數(shù)據(jù)由5個(gè)字節(jié)組成， 第l個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)的起始標(biāo)志，其作用在于數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，避免因在數(shù)據(jù)傳輸過程 中產(chǎn)生錯(cuò)誤影響后續(xù)數(shù)據(jù)的接收；第2個(gè)字節(jié)是氣體濃度的高位，第3個(gè)字節(jié)是氣 體濃度數(shù)據(jù)的低位，第4個(gè)字節(jié)是超聲強(qiáng)度的高位，第5個(gè)字節(jié)是超聲強(qiáng)度的低位。
終端計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件分析流程實(shí)現(xiàn)過程如下
計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)的消息到單片機(jī)MSP430F169，同時(shí)分析軟件等待單片機(jī) 的消息，當(dāng)接收到單片機(jī)的消息時(shí)，檢查分析軟件中的接收緩存，是否有起始位 標(biāo)志信息，若有則直接將新接收到的數(shù)據(jù)存到接收緩存中去，若緩存中沒有起始 標(biāo)志信息，則檢查接收到的信息的第一個(gè)字節(jié)的信息是否是起始標(biāo)志，若是則直 接保存到計(jì)算機(jī)分析軟件的接收緩存中，若第一個(gè)字節(jié)不是起始標(biāo)志，則直接放 棄這次接收的信息，繼續(xù)等待單片機(jī)的消息；當(dāng)消息都保存到接收緩存后，檢查 接收緩存，若緩存未滿，則表示還未收到足夠的信息，則直接轉(zhuǎn)到等待單片機(jī)的 下一個(gè)消息。若接收到了足夠消息，則進(jìn)行自適應(yīng)模糊檢噪平滑算法和以高斯函 數(shù)為尺度空間核的信號(hào)多尺度空間分析的高斯濾波算法相結(jié)合綜合算法處理，并 更新當(dāng)前信息中的最大氣體濃度和超聲波數(shù)字信號(hào)及其出現(xiàn)的位置。然后檢驗(yàn)是 否已經(jīng)讀取了單片機(jī)上的全部信息，若是，則對(duì)接收到的全部信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算， 找出發(fā)生泄漏的點(diǎn)，在軟件界面上以文字和圖形化的直觀表示方式 顯示出。若未 讀取完全部信息，則繼續(xù)讀取單片機(jī)的信息。
本發(fā)明的檢測定位方法中提供的機(jī)器人體積小，利用自載的導(dǎo)航系統(tǒng)采用光 電編碼和校對(duì)節(jié)的識(shí)別方法自主導(dǎo)航，靈活行走；提供的檢測定位方法簡單，使 用方便，系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，誤報(bào)率低，功耗低，檢測精度高。本發(fā)明適用于對(duì) 城市地下管埋共同溝中綜合管線進(jìn)行無損傷、無干擾的巡線檢測和泄漏定位，可 改善和提高城市綜合管線安全性和自動(dòng)維護(hù)、管理水平，具有廣闊的市場前景。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位方法，由機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的巡線檢測和終端計(jì)算機(jī)檢測定位方法兩部分組成，其特征在于包括以下步驟①安裝一個(gè)車載型機(jī)器人，自載有電源、導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集組合器、控制模塊和無線通訊模塊，應(yīng)用機(jī)器人對(duì)油氣管道狀況進(jìn)行巡檢；②在管道附近沿管道軸向方向建一小路，路面涂刷一條有顏色的標(biāo)識(shí)線和里程校對(duì)節(jié)，由機(jī)器人應(yīng)用自載的導(dǎo)航系統(tǒng)采用光電編碼和校對(duì)節(jié)的識(shí)別方法自主導(dǎo)航巡檢；③機(jī)器人應(yīng)用數(shù)據(jù)采集組合器負(fù)責(zé)信號(hào)采集，數(shù)據(jù)采集組合器包括檢測器件、信號(hào)放大電路、濾波電路；檢測器件有超聲波傳感器與嗅覺傳感器，兩傳感器組合實(shí)時(shí)采集的信號(hào)，分別經(jīng)放大電路放大，再經(jīng)濾波電路濾波；④放大濾波后的信號(hào)送到控制模塊，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；⑤無線通訊模塊由發(fā)送和接收兩個(gè)模塊組成，發(fā)送模塊安裝在控制模塊端，接收模塊安裝在計(jì)算機(jī)終端，數(shù)字信號(hào)經(jīng)發(fā)送模塊調(diào)制后發(fā)送；⑥安裝在計(jì)算機(jī)終端的接收模塊接收和解調(diào)信號(hào)后，由分析軟件按算法流程進(jìn)行泄漏可疑點(diǎn)的判斷與定位；⑦計(jì)算機(jī)分析軟件采用自適應(yīng)模糊檢噪平滑算法和多尺度高斯濾波算法相結(jié)合的綜合算法，對(duì)巡檢采集的超聲波強(qiáng)度、氣體濃度的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理分析，當(dāng)兩信號(hào)同時(shí)收集到且信號(hào)高于設(shè)定門限值時(shí)可判定管道泄漏，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；同時(shí)在軟件界面上以不同顏色的曲線顯示檢測數(shù)據(jù)波形，工作的絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間，發(fā)生泄漏的可疑地點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位 方法，其特征在于所述的車載型機(jī)器人帶有小車輪和車體，機(jī)器人自載的導(dǎo)航系 統(tǒng)包括紅外光電傳感器、控制模塊、電機(jī)控制器和電機(jī)，紅外光電傳感器將識(shí)別 車體與標(biāo)識(shí)線偏離角度的信息傳給控制模塊，控制模塊通過電機(jī)控制器控制電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，控制模塊還通過小路上設(shè)置的校對(duì)節(jié)校對(duì)小車的運(yùn)行里程數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用自主導(dǎo)航機(jī)器人對(duì)油氣管道泄漏的檢測定位方法，由機(jī)器人對(duì)管道巡線檢測和終端計(jì)算機(jī)檢測定位方法組成，在管道附近沿管道軸向方向的路面涂刷標(biāo)識(shí)線和校對(duì)節(jié)，機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)采用光電編碼和校對(duì)節(jié)的識(shí)別方法導(dǎo)航巡檢；數(shù)據(jù)采集組合器由超聲波傳感器與嗅覺傳感器組合采集油氣管道的信號(hào)，經(jīng)放大濾波電路和控制模塊，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后由無線通訊模塊將信號(hào)調(diào)制并發(fā)送至計(jì)算機(jī)；系統(tǒng)分析軟件采用自適應(yīng)模糊檢噪平滑算法和多尺度高斯濾波算法相結(jié)合的算法，對(duì)超聲波強(qiáng)度、氣體濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)兩信號(hào)同時(shí)收到且高于門限值時(shí)可判定管道泄漏發(fā)出報(bào)警并定位。本方法適用于對(duì)地下綜合管溝中油氣管線的巡線檢測和泄漏定位。
文檔編號(hào)F17D5/06GK101561081SQ200910062140
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者東 何, 劉羽飛, 張立欣, 李應(yīng)剛, 殷蔚明, 郭磊磊, 郭行定, 馬士超 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)