一種基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法，包括：實時獲取油氣管網各監(jiān)控站采集的壓力、流量、密度、節(jié)流閥開度、下載閥門開度、水擊泄壓閥開關信號和主輸泵啟停信號；判斷油氣管段是否出現異常；查詢使該油氣管段出現異常的工況調整信息；從查詢到工況調整信息的監(jiān)控站開始跟蹤負壓力波；識別油氣管網狀態(tài)；定位油氣管網泄漏點。針對油氣管網系統(tǒng)的復雜工況及不確定性，為有效地降低泄漏檢測的誤報率，并提高泄漏定位的精度，本發(fā)明采用二維信息融合，來分析油氣管網工作狀態(tài)，能夠提高油氣管網泄漏檢測的準確度；同步分析系統(tǒng)中壓力、流量等管道參數的實時變化信息和閥門等的工況調整信息，有效地降低了泄漏檢測的誤報率。
【專利說明】一種基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣管網泄漏檢測【技術領域】，尤其涉及一種基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法。
【背景技術】
[0002]石油、天然氣等能源產品的管道運輸，在中國已經發(fā)展了半個多世紀，隨著管網的逐年擴大，管道運輸已經成為陸上油氣運輸的主要方式。但是管道的老化、銹蝕、突發(fā)性自然災害及人為破壞等都會造成成品油管道的泄漏乃至破裂，如不及時發(fā)現并加以制止，不僅造成能源浪費、經濟損失、環(huán)境污染，而且會危及人身安全，甚至造成災難性事故。因此，對油氣管道進行實時在線監(jiān)測，對泄漏事故進行準確及時的報警，并準確估計出泄漏點的位置具有重要的意義。
[0003]現有的管道泄漏檢測方法有很多種，如光纖測漏法、聲波檢測法、壓力梯度法、負壓波法等等。其中，負壓波法是近年來國際上應用最廣的管道泄漏檢測方法。該方法具有反應時間短、可檢測的泄漏量范圍廣等特點。但是，對于緩慢且流量較小的泄漏，由于其單位時間內壓力變化緩慢，負壓波法對其敏感度較低，容易產生漏報。而且，由于管道輸送系統(tǒng)的工況較復雜，正常的操作如泵的調節(jié)和開閉，分輸點處的分輸操作，閥門的調節(jié)與輸送介質的切換等都會引起負壓波，難以與泄漏引發(fā)的負壓波區(qū)分。另外，由于泄漏點位置距離上下游泵站的遠近不同，輸送介質對負壓波信號產生不同程度的反射、散射和吸收等影響，負壓波信號還會出現不同程度的衰減，這又降低了該方法的定位精度。
[0004]現行的管道泄漏檢測技術，在針對單一管道上的泄漏檢測上，已經具有了較高的靈敏度和準確度。然而在現今的管網結構下，逐年復雜的工況調整，以及壓力波在管網傳播的過程中不同程度的衰減，都使得泄漏檢測的誤報率在逐漸增加，甚至會出現一天之中就有多達10次誤報警的情況。為了保證泄漏檢測的“無漏報”，技術人員多不會選擇用降低靈敏度和準確度為代價來降低誤報，以致予過多的誤報增加了人力和物力的浪費。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術存在的不足，本發(fā)明提供一種基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
[0007]—種基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:實時獲取油氣管網各監(jiān)控站采集的壓力、流量、密度、節(jié)流閥開度、下載閥門開度、水擊泄壓閥開關信號和主輸泵啟停信號；
[0009]步驟2:判斷同一油氣管段的兩個監(jiān)控站采集的壓力是否均存在當前時刻與前一時刻的壓力差超過壓力警戒閾值的情況，是，則確定該油氣管段出現異常，執(zhí)行步驟3，否則返回步驟I ;
[0010]步驟3:根據負壓力波的傳播速度和可能的傳播方向，查詢使該油氣管段出現異常的工況調整信息，查詢的時間范圍是負壓力波從某個監(jiān)控站傳播到當前的出現異常的油氣管段的各監(jiān)控站的時間；若查詢到某監(jiān)控站存在工況調整信息，則執(zhí)行步驟4，否則，執(zhí)行步驟6 ；
[0011]步驟4:從查詢到工況調整信息的監(jiān)控站開始跟蹤負壓力波，跟蹤過程中判斷該負壓力波是否同時影響出現異常的油氣管段的兩個監(jiān)控站，是，則執(zhí)行步驟5，否則返回步驟3;
[0012]步驟5:根據出現異常的油氣管段的監(jiān)控站采集的壓力、流量和查詢到工況調整信息的監(jiān)控站采集的壓力、流量來識別油氣管網狀態(tài)；
[0013]步驟5.1:設定油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架，該識別框架的識別目標包括混油過境、干線控流、產品下載、水擊泄壓、管道泄漏和不確定；
[0014]步驟5.2:對出現異常的油氣管段的監(jiān)控站的壓力、流量建立基本可信任分配函數，對查詢到工況調整信息的監(jiān)控站的壓力、流量和工況調整信息建立基本可信任分配函數；
[0015]步驟5.3:根據建立的基本可信任分配函數得到信任函數與似然函數；
[0016]步驟5.4:采用Dempster組合規(guī)則將建立的基本可信分配函數組合在一起,得到油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架的各基本可信任分配函數；
[0017]步驟5.5:從油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架的基本可信任分配函數的結果中選擇具有最大支持度的識別目標作為油氣管網狀態(tài)識別結果:若油氣管網狀態(tài)識別結果為混油過境、干線控流、產品下載或水擊泄壓，則當前油氣管網未發(fā)生泄漏，若油氣管網狀態(tài)識別結果為管道泄漏或不確定，則執(zhí)行步驟6 ；
[0018]步驟6:定位油氣管網泄漏點；
[0019]步驟6.1:根據出現異常的油氣管段的兩個監(jiān)控站采集的壓力，獲得該兩個監(jiān)控站的當前時刻與前一時刻的壓力差超過壓力警戒閾值時的時間點；
[0020]步驟6.2:根據負壓波到達出現異常的油氣管段的兩個監(jiān)控站的時間差計算泄漏點在油氣管網中的位置。
[0021]有益效果:
[0022]針對油氣管網系統(tǒng)的復雜工況及不確定性，為有效地降低泄漏檢測的誤報率，并提高泄漏定位的精度，本發(fā)明提供了一種二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法，采用二維信息融合，即基于傳感器的數值信息和時間信息兩個維度進行融合，構造證據體，來分析油氣管網工作狀態(tài)，能夠提高油氣管網泄漏檢測的準確度；同步分析系統(tǒng)中壓力、流量等管道參數的實時變化信息和閥門等的工況調整信息，有效地降低了泄漏檢測的誤報率，很大程度上解決了傳統(tǒng)泄漏檢測方法中精度與準確度的矛盾，增加了檢測系統(tǒng)的魯棒性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明【具體實施方式】所采用的檢測裝置結構框圖；
[0024]圖2本發(fā)明【具體實施方式】的識別油氣管網狀態(tài)流程圖；
[0025]圖3本發(fā)明【具體實施方式】的基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法流程圖?！揪唧w實施方式】[0026]不面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0027]本實施方式的基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法所采用的檢測裝置，如圖1所示，包括GPS天線、GPS時鐘模塊、數據采集板、網絡輸出端口、電源模塊和PLC。
[0028]電源模塊采用DR-120-24型號的220V/24V電源模塊，共有兩路24V輸出，分別為GPS時鐘模塊和PLC供電；GPS時鐘模塊的型號為MBCURS485M3329，PLC采用PEC9000型號的小型PLC模塊,傳感器的信號要求為4-20mA電流信號或0-5V電壓信號。
[0029]GPS時鐘模塊通過接通戶外的GPS天線接收衛(wèi)星信號，將接收到的時間信號提供給PLC，保證了多個設備的時間統(tǒng)一；數據采集板采用低通濾波板，將各監(jiān)控站的傳感器電流信號經過濾波后，傳入PLC的Al端口；網絡輸出端口將通用的8線網口，拆分出其中的4線，連接到PLC的通訊端口，網絡輸出端口用于與工業(yè)以太網進行連接。
[0030]本實施方式的檢測裝置可以直接采集油氣管網中各監(jiān)控站的壓力、流量、密度的電流信號，現場設備的狀態(tài)指示信號則可以利用工業(yè)網絡連接對應的控制單元，利用OPC端口來采集工況信息。
[0031]本實施方式的油氣管網泄漏檢測，首先是要實時監(jiān)測管網中各段管道的壓力情況；在某站發(fā)現壓力突然下降且超過警戒閾值后，查詢歷史數據庫各站中的近期操作，尋找會使管網出現壓力波的工況干擾；若有工況干擾造成的負壓波能影響到發(fā)現壓力異常的站，或者管網近期沒有工況發(fā)生，都通過二維數據融合決策來判斷管網的運行狀態(tài)；若確認管網中發(fā)生了泄漏，則定位泄漏點的位置，最后得出壓力異常的來源。
[0032]本實施方式的基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法，如圖3所示，包括以下步驟:
[0033]步驟1:實時獲取油氣管網各監(jiān)控站采集的壓力、流量、密度、節(jié)流閥開度、下載閥門開度、水擊泄壓閥開關信號和主輸泵啟停信號；
[0034]根據采集到的數據在油氣管網泄漏檢測中的不同作用，將它們按兩種方式存儲:其一，壓力、流量、密度，這些表征管道內介質實時狀態(tài)的數據，采用實時存儲方式，即單位時間保存一次數據；其二，閥門、主輸泵的數據一節(jié)流閥開度、下載閥門開度、水擊泄壓閥開關信號和主輸泵啟停信號，這些表征管網輸送狀態(tài)的設備數據，采用變化存儲方式，即出現人為變動時保存變化后的狀態(tài)值；
[0035]為了防止突然壓變產生的水擊波對管道的沖擊，在現場需要工況調整時，就會人為地將水擊波的能量降到最低，例如在調節(jié)閥門開度不是一次性調節(jié)到位，而是分成幾步，呈階梯式遞增或遞減，利用閥門來緩沖。采集到各監(jiān)控站的信號，為了體現其突變程度，采用平均值后再取差值的方式，比如計算雜O秒內數據變化前后的差值，作為真實數值數據。同樣的，變化時間也是一個小的時間段，所以選取變化時間的中間點為變化時間點，以壓力變化的理論時間點為基點，將除了壓力外的其他傳感器的變化時間點與基點做差，將這些值作為真實的時間數據。
[0036]步驟2:判斷同一油氣管段的兩個監(jiān)控站采集的壓力是否均存在當前時刻與前一時刻的壓力差是否超過壓力警戒閾值的情況，是，則確定該油氣管段出現異常，執(zhí)行步驟3，否則返回步驟I ;
[0037]步驟3:根據負壓力波的傳播速度和可能的傳播方向，查詢使該油氣管段出現異常的工況調整信息，查詢的時間范圍是負壓力波從某個監(jiān)控站傳播到當前的出現異常的油氣管段的各監(jiān)控站的時間；若查詢到某監(jiān)控站存在工況調整信息，則執(zhí)行步驟4，否則，執(zhí)行步驟6 ；
[0038]步驟4:從查詢到工況調整信息的監(jiān)控站開始跟蹤負壓力波，跟蹤過程中判斷該負壓力波是否同時影響出現異常的油氣管段的兩個監(jiān)控站，是，則執(zhí)行步驟5，否則返回步驟3;
[0039]步驟5:根據出現異常的油氣管段的監(jiān)控站采集的壓力、流量和查詢到工況調整信息的監(jiān)控站采集的壓力、流量來識別油氣管網狀態(tài)；如圖2所示；
[0040]步驟5.1:設定油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架，該識別框架的識別目標包括混油過境、干線控流、產品下載、水擊泄壓、管道泄漏和不確定；
[0041]設定油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架為& =A1, A2, A3, A4, A5, A6，其中A1為混油過境、A2為干線控流、A3為產品下載、A4為水擊泄壓、A5為管道泄漏、A6為不確定。根據現場值班人員的經驗，整合歷史趨勢，修正傳感器的環(huán)境加權系數和對各目標的關聯系數，最終得到傳感器數值數據和時間數據的基本可信任分配函數，以及證據體對識別框架中所有命題的信度區(qū)間和證據不確定性。
[0042]各監(jiān)控站的每個傳感器提供的信息都是二維的，即狀態(tài)值和時間值兩個維度。本實施方式對該二維信息進行融合，通過融合各傳感器采集到的狀態(tài)值(壓力、流量、密度、節(jié)流閥開度、下載閥門開度、水擊泄壓閥開關信號和主輸泵啟停信號)及對應的時間這兩個維度的信息來構造證據體，用以表征油氣管網中各監(jiān)控站理論時間范圍內的狀態(tài)，進而實現對壓力異常情 況的識別。因此，融合輸入的參數不只有上述傳感器的數值信息，還包含了對應的時間信息。
[0043]步驟5.2:對出現異常的油氣管段的監(jiān)控站的壓力、流量建立基本可信任分配函數，對查詢到工況調整信息的監(jiān)控站的壓力、流量和工況調整信息建立基本可信任分配函數；
[0044]本實施方式利用目標關聯系數和環(huán)境加權系數來確定基本可信任分配函數?？紤]到管道瞬變狀態(tài)及環(huán)境因素對識別管網狀態(tài)的影響，采用的是經驗方法，確定基本可信任分配函數中的所需要的關聯系數和加權系數。采用的分配函數模型如下:
[0045]傳感器i的數值數據對的基本可信任分配函數:
【權利要求】
1.一種基于二維信息融合的油氣管網泄漏檢測方法，其特征在于:包括以下步驟:步驟1:實時獲取油氣管網各監(jiān)控站采集的壓力、流量、密度、節(jié)流閥開度、下載閥門開度、水擊泄壓閥開關信號和主輸泵啟停信號； 步驟2:判斷同一油氣管段的兩個監(jiān)控站采集的壓力是否均存在當前時刻與前一時刻的壓力差超過壓力警戒閾值的情況，是，則確定該油氣管段出現異常，執(zhí)行步驟3，否則返回步驟I ; 步驟3:根據負壓力波的傳播速度和可能的傳播方向，查詢使該油氣管段出現異常的工況調整信息，查詢的時間范圍是負壓力波從某個監(jiān)控站傳播到當前的出現異常的油氣管段的各監(jiān)控站的時間；若查詢到某監(jiān)控站存在工況調整信息，則執(zhí)行步驟4，否則，執(zhí)行步驟6 ; 步驟4:從查詢到工況調整信息的監(jiān)控站開始跟蹤負壓力波，跟蹤過程中判斷該負壓力波是否同時影響出現異常的油氣管段的兩個監(jiān)控站，是，則執(zhí)行步驟5，否則返回步驟3 ; 步驟5:根據出現異常的油氣管段的監(jiān)控站采集的壓力、流量和查詢到工況調整信息的監(jiān)控站采集的壓力、流量來識別油氣管網狀態(tài)； 步驟5.1:設定油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架，該識別框架的識別目標包括混油過境、干線控流、產品下載、水擊泄壓、管道泄漏和不確定； 步驟5.2:對出現異常的油氣管段的監(jiān)控站的壓力、流量建立基本可信任分配函數，對查詢到工況調整信息的監(jiān)控站的壓力、流量和工況調整信息建立基本可信任分配函數；步驟5.3:根據建立的基本可信任分配函數得到信任函數與似然函數； 步驟5.4:采用Dempster組合規(guī)則將建立的基本可信分配函數組合在一起,得到油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架的各基本可信任分配函數； 步驟5.5:從油氣管道瞬變狀態(tài)的識別框架的基本可信任分配函數的結果中選擇具有最大支持度的識別目標作為油氣管網狀態(tài)識別結果:若油氣管網狀態(tài)識別結果為混油過境、干線控流、產品下載或水擊泄壓，則當前油氣管網未發(fā)生泄漏，若油氣管網狀態(tài)識別結果為管道泄漏或不確定，則執(zhí)行步驟6 ; 步驟6:定位油氣管網泄漏點； 步驟6.1:根據出現異常的油氣管段的兩個監(jiān)控站采集的壓力，獲得該兩個監(jiān)控站的當前時刻與前一時刻的壓力差超過壓力警戒閾值時的時間點； 步驟6.2:根據負壓波到達出現異常的油氣管段的兩個監(jiān)控站的時間差計算泄漏點在油氣管網中的位置。
【文檔編號】F17D5/02GK103994333SQ201410196358
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權日:2014年5月9日
【發(fā)明者】張化光, 馬大中, 馮健, 劉金海, 汪剛, 吳振寧, 劉夢楠, 安普春, 李曉瑜 申請人:東北大學