本發(fā)明涉及燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更為具體來說，本發(fā)明為基于北斗定位的埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的聲發(fā)射定位方法。

背景技術(shù)：

燃?xì)馐钱?dāng)今世界最重要的能源之一，并且主要依賴于管道傳輸。隨著人民生活水平的提高，城市燃?xì)獾男枨蟛粩嘣龃蟆Ｍ瑫r(shí)，燃?xì)夤艿佬孤┦侨細(xì)夤艿拦收系闹饕问?。管道燃?xì)庑孤?huì)帶來極大安全隱患，由于城市埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)輸送介質(zhì)具有易爆、易燃等危險(xiǎn)特性，一旦發(fā)生失效損壞，往往造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性事故，會(huì)嚴(yán)重威脅國家、企業(yè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，對(duì)燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的準(zhǔn)確定位有著重要意義。

目前，主要通過人工巡檢的方式對(duì)管道燃?xì)庑孤c(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)和定位。但是，由于天然氣具有隱蔽性、流動(dòng)性等特點(diǎn)，該方法對(duì)于泄漏點(diǎn)的定位粗糙，往往會(huì)造成在實(shí)際搶修中為找到燃?xì)庑孤c(diǎn)而錯(cuò)挖、多挖的情況，進(jìn)而導(dǎo)致了對(duì)道路交通和安全產(chǎn)生影響，且造成了資源浪費(fèi)。

因此，在避免資源浪費(fèi)、避免對(duì)道路交通和安全影響的前提下，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的準(zhǔn)確定位成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題和始終研究的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有通過人工巡檢對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位的方式存在的資源浪費(fèi)、對(duì)道路交通和安全產(chǎn)生影響等問題，本發(fā)明提供了基于北斗定位的埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的聲發(fā)射定位方法，不僅能夠?qū)σ话愕穆竦厝細(xì)夤艿佬孤c(diǎn)準(zhǔn)確定位，而且能夠?qū)π×髁砍鞘腥細(xì)夤艿佬孤c(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了基于北斗定位的埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的聲發(fā)射定位方法，該聲發(fā)射定位方法包括如下步驟，

步驟1，埋地燃?xì)夤艿郎喜贾玫募捎斜倍吠ㄓ嵞K的聲發(fā)射傳感器與北斗衛(wèi)星通信，通過基準(zhǔn)站差分定位方式得到聲發(fā)射傳感器的北斗坐標(biāo)，并利用北斗衛(wèi)星將所有聲發(fā)射傳感器的時(shí)間同步；

步驟2，通過還集成有無線通訊模塊的聲發(fā)射傳感器將聲發(fā)射傳感器的北斗坐標(biāo)發(fā)送至上位機(jī)；

步驟3，利用所述聲發(fā)射傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)管道的聲發(fā)射信號(hào)，將所述管道的聲發(fā)射信號(hào)發(fā)送至所述上位機(jī)；

步驟4，通過基于支持向量機(jī)的篩選方法識(shí)別所述上位機(jī)接收的管道的聲發(fā)射信號(hào)，判斷所述管道的聲發(fā)射信號(hào)中是否包含有泄漏信號(hào)；如果是，則執(zhí)行步驟5；如果否，則返回步驟3；

步驟5，基于已進(jìn)行時(shí)間同步且北斗坐標(biāo)已知的所有聲發(fā)射傳感器，利用時(shí)差定位方法和幅值衰減定位方法確定泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)集合；

步驟6，通過加權(quán)平均的方法處理所述北斗坐標(biāo)集合，得到泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)。

基于北斗差分定位方法，本發(fā)明創(chuàng)新地通過支持向量機(jī)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)對(duì)小流量燃?xì)庑孤┬盘?hào)的模式識(shí)別，并依據(jù)信號(hào)能量分配定位結(jié)果權(quán)重的平均算法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的準(zhǔn)確定位。本發(fā)明只需要在特定位置布置傳感器，對(duì)地面破壞小、不影響道路交通，而且避免了資源浪費(fèi)。

進(jìn)一步地，該聲發(fā)射定位方法還包括如下步驟，

步驟7，將所述泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)與燃?xì)夤芫W(wǎng)北斗坐標(biāo)圖進(jìn)行比對(duì)，修正埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的位置。

本發(fā)明將利用北斗差分定位方法獲得的北斗坐標(biāo)和城市埋地管道的數(shù)據(jù)信息結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的精確定位。

進(jìn)一步地，步驟5中，所述幅值衰減定位方法包括如下步驟：獲取燃?xì)夤艿赖穆暡ㄋp曲線，所述聲波衰減曲線的橫軸為聲發(fā)射傳感器與泄漏點(diǎn)之間的距離、縱軸為聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的泄漏信號(hào)的幅值；在所述聲波衰減曲線上尋找橫軸距離差為δl的兩點(diǎn)，其中，所述δl為在泄漏點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)聲發(fā)射傳感器之間的距離；然后確定泄漏點(diǎn)距離兩個(gè)聲發(fā)射傳感器之間的距離、確定泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)。

通過上述的幅值衰減定位方法，能夠基本確定泄漏點(diǎn)的初步位置，為準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)做了充足的準(zhǔn)備。

進(jìn)一步地，步驟5中，所述時(shí)差定位方法包括如下步驟：

假設(shè)兩個(gè)聲發(fā)射傳感器之間的管道距離為l，泄漏點(diǎn)距離兩個(gè)聲發(fā)射傳感器的距離分別為l1和l2，且l2≥l1，l2+l1＝l，l2－l1＝vδt；則：

l1＝(l-vδt)/2；

其中，v表示管道中的聲速，δt表示兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)互相關(guān)后得到的信號(hào)延遲時(shí)間；

利用所述l1和l2確定泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)。

通過上述的時(shí)差定位方法，能夠基本確定泄漏點(diǎn)的初步位置，為準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)做了充足的準(zhǔn)備。

進(jìn)一步地，步驟5中，反復(fù)利用時(shí)差定位方法和幅值衰減定位方法確定泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)pij；步驟6中，所述加權(quán)平均的方法包括如下步驟：

為每兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的信號(hào)計(jì)算出的坐標(biāo)點(diǎn)pij分配權(quán)重系數(shù)

其中，ei、ej分別表示兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)的能量值，ek表示第k個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)的能量值，n表示形成傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有有效的聲發(fā)射傳感器的個(gè)數(shù)，1≤i＜n，1≤j＜n，1≤k＜n；

然后利用下述公式計(jì)算泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)p：

本發(fā)明通過時(shí)差定位、幅值衰減定位并結(jié)合加權(quán)平均的方式計(jì)算得到泄漏點(diǎn)位置，該方法具有定位準(zhǔn)確性高、可靠性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用于城市聲發(fā)射燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的準(zhǔn)確定位，而且適用于小流量泄漏孔的情形，定位精度高。

進(jìn)一步地，步驟1中，所述基準(zhǔn)站通過已知的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出聲發(fā)射傳感器的坐標(biāo)改正量；聲發(fā)射傳感器獲取所述坐標(biāo)改正量后，利用所述坐標(biāo)改正量改正聲發(fā)射傳感器的瞬時(shí)位置，從而得出聲發(fā)射傳感器的北斗坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，步驟4中，利用分類器篩選所述上位機(jī)接收的管道的聲發(fā)射信號(hào)，該分類器是事先利用噪聲信號(hào)樣本和泄漏信號(hào)樣本訓(xùn)練支持向量機(jī)得到的。

本發(fā)明創(chuàng)新地采用基于支持向量機(jī)的篩選方法識(shí)別聲發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小、緩慢變化的泄漏信號(hào)的識(shí)別，從而克服了由于實(shí)際泄漏信號(hào)微弱、檢測(cè)過程中管道工況和環(huán)境噪聲干擾大等而導(dǎo)致的泄漏信號(hào)識(shí)別難度大的問題，進(jìn)而達(dá)到減少誤報(bào)和自動(dòng)檢測(cè)的目的。

進(jìn)一步地，步驟4中，在識(shí)別所述上位機(jī)接收的管道的聲發(fā)射信號(hào)之前，還包括對(duì)管道的聲發(fā)射信號(hào)預(yù)處理的步驟。

進(jìn)一步地，步驟7中，從燃?xì)夤芫W(wǎng)的地理信息系統(tǒng)中獲取燃?xì)夤芫W(wǎng)北斗坐標(biāo)圖。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明創(chuàng)新地將燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)聲發(fā)射定位和北斗定位系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過時(shí)差定位、幅值衰減定位并結(jié)合加權(quán)平均的方式計(jì)算得到泄漏點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)、特別是小流量燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

附圖說明

圖1為基于北斗定位的埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的聲發(fā)射定位系統(tǒng)組成示意圖。

圖2為基于北斗定位的埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的聲發(fā)射定位方法流程示意圖。

圖3為演示時(shí)差定位方法的示意圖。

圖4為典型的聲波衰減曲線示意圖。

圖5為傳感器網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖中，

1、燃?xì)夤艿溃?、泄漏點(diǎn)；3、聲發(fā)射傳感器；4、北斗衛(wèi)星；5、基準(zhǔn)站；6、上位機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明基于北斗定位的埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的聲發(fā)射定位方法進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說明。

如圖1-5所述，本發(fā)明公開了基于北斗定位的埋地燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的聲發(fā)射定位方法，本發(fā)明基于北斗定位系統(tǒng)通過時(shí)差定位、幅值衰減定位并結(jié)合加權(quán)平均的方式計(jì)算得到泄漏點(diǎn)位置，從而解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)泄漏點(diǎn)定位難、更無法檢測(cè)小流量埋地燃?xì)夤艿佬孤┑膯栴}。該聲發(fā)射定位方法包括如下步驟，如圖1、2所示。

步驟1，埋地燃?xì)夤艿?上布置的集成有北斗通訊模塊的聲發(fā)射傳感器3與北斗衛(wèi)星4通信，通過基準(zhǔn)站5差分定位方式得到聲發(fā)射傳感器3的北斗坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射傳感器3通過北斗定位系統(tǒng)對(duì)自身坐標(biāo)進(jìn)行差分定位。具體地，差分技術(shù)是基于同步同軌性原理，基于北斗系統(tǒng)差分定位，基準(zhǔn)站5通過已知的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出聲發(fā)射傳感器3的坐標(biāo)改正量；聲發(fā)射傳感器3獲取坐標(biāo)改正量后，利用坐標(biāo)改正量改正自身的瞬時(shí)位置，從而得出聲發(fā)射傳感器3的北斗坐標(biāo)，采用差分技術(shù)能夠大大提高聲發(fā)射傳感器的定位精度，從而滿足泄漏點(diǎn)定位的要求；并利用北斗衛(wèi)星4將所有聲發(fā)射傳感器3的時(shí)間同步、實(shí)現(xiàn)同步時(shí)標(biāo)，目前的北斗系統(tǒng)的授時(shí)精度在30納秒，符合定位要求。另外，本發(fā)明的聲發(fā)射傳感器3可布置于疑似泄漏燃?xì)夤苌?，也可在埋設(shè)燃?xì)夤軙r(shí)布置。

步驟2，通過還集成有無線通訊模塊的聲發(fā)射傳感器3將聲發(fā)射傳感器3的北斗坐標(biāo)發(fā)送至上位機(jī)6，具體的通信方式為無線傳送。

步驟3，利用聲發(fā)射傳感器3實(shí)時(shí)檢測(cè)管道的聲發(fā)射信號(hào)，將管道的聲發(fā)射信號(hào)通過無線的方式發(fā)送至上位機(jī)6；

步驟4，本步驟中，在識(shí)別上位機(jī)6接收的管道的聲發(fā)射信號(hào)之前，還包括對(duì)管道的聲發(fā)射信號(hào)預(yù)處理的步驟，達(dá)到初步去除噪聲的目的，再通過基于支持向量機(jī)的篩選方法識(shí)別上位機(jī)6接收的管道的聲發(fā)射信號(hào)，對(duì)于小流量的泄漏情況，檢測(cè)過程中管道工況、環(huán)境噪聲產(chǎn)生的干擾不可忽視，因此，需要通過模式識(shí)別算法篩選出有效的泄漏信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、減少誤報(bào)，具體地，利用分類器篩選上位機(jī)6接收的管道的聲發(fā)射信號(hào)，該分類器是事先利用噪聲信號(hào)樣本和泄漏信號(hào)樣本訓(xùn)練支持向量機(jī)得到的；該方法可以識(shí)別微小、緩慢的泄漏信號(hào)，且不需要大量的訓(xùn)練樣本。測(cè)量前通過實(shí)驗(yàn)得到訓(xùn)練用噪聲信號(hào)和泄漏信號(hào)，支持向量機(jī)通過最優(yōu)超平面進(jìn)行分類，把最優(yōu)超平面的構(gòu)造轉(zhuǎn)化為二次優(yōu)化問題，理論上能得到全局最優(yōu)解，訓(xùn)練得到的分類器用來篩選出聲發(fā)射傳感器發(fā)送的泄漏信號(hào)。通過上述篩選方法判斷管道的聲發(fā)射信號(hào)中是否包含有泄漏信號(hào)；如果是，則執(zhí)行步驟5；如果否，則返回步驟3；

步驟5，本步驟對(duì)上述得到的泄漏信號(hào)進(jìn)行分解和重構(gòu)?；谝堰M(jìn)行時(shí)間同步且北斗坐標(biāo)已知的所有聲發(fā)射傳感器3，利用時(shí)差定位方法和幅值衰減定位方法確定泄漏點(diǎn)2的北斗坐標(biāo)集合；這種泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)集合為泄漏點(diǎn)的初步位置結(jié)果的集合，具體內(nèi)容如下。

如圖4所示，幅值衰減定位方法包括如下步驟：

獲取燃?xì)夤艿?的聲波衰減曲線，聲波衰減曲線的橫軸為聲發(fā)射傳感器3與泄漏點(diǎn)2之間的距離、縱軸為聲發(fā)射傳感器3檢測(cè)的泄漏信號(hào)的幅值；在聲波衰減曲線上尋找橫軸距離差為δl的兩點(diǎn)，其中，δl為在泄漏點(diǎn)2兩側(cè)的兩個(gè)聲發(fā)射傳感器之間的距離；然后確定泄漏點(diǎn)2距離兩個(gè)聲發(fā)射傳感器之間的距離、確定泄漏點(diǎn)2的北斗坐標(biāo)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)。

如圖3所示，時(shí)差定位方法包括如下步驟：

假設(shè)兩個(gè)聲發(fā)射傳感器之間的管道距離為l，泄漏點(diǎn)2距離兩個(gè)聲發(fā)射傳感器的距離分別為l1和l2，且l2≥l1，l2+l1＝l，l2－l1＝vδt；則：

l1＝(l-vδt)/2；

其中，v表示管道中的聲速，δt表示兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)互相關(guān)后得到的信號(hào)延遲時(shí)間；

根據(jù)l1和l2確定泄漏點(diǎn)2的北斗坐標(biāo)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)。

本發(fā)明創(chuàng)新地將聲發(fā)射傳感器接收到的信號(hào)具有能量大、信噪比高的特點(diǎn)考慮在內(nèi)，為北斗坐標(biāo)集合中的每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)pij分配一個(gè)與能量相關(guān)的權(quán)重函數(shù)，綜合利用所有聲發(fā)射傳感器所得的信號(hào)計(jì)算泄漏點(diǎn)位置，從而達(dá)到減小誤差的目的，具體如下。反復(fù)利用時(shí)差定位方法和幅值衰減定位方法確定泄漏點(diǎn)2的北斗坐標(biāo)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)pij；步驟6中，加權(quán)平均的方法包括如下步驟：

如圖5所示，根據(jù)信號(hào)的能量為每兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的信號(hào)計(jì)算出的坐標(biāo)點(diǎn)pij分配權(quán)重系數(shù)當(dāng)然，離泄漏發(fā)生點(diǎn)近的聲發(fā)射傳感器接收的信號(hào)能量大、測(cè)量更準(zhǔn)確。

其中，ei、ej分別表示兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)的能量值，ek表示第k個(gè)聲發(fā)射傳感器3檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)的能量值，n表示形成傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有有效的聲發(fā)射傳感器的個(gè)數(shù)，1≤i＜n，1≤j＜n，1≤k＜n；ei、ej為n個(gè)有效聲發(fā)射傳感器形成的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一對(duì)傳感器，其用于在時(shí)差定位或幅值衰減定位過程中確定泄漏點(diǎn)的北斗坐標(biāo)集合中的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，“有效的聲發(fā)射傳感器”應(yīng)理解為：對(duì)于目標(biāo)泄漏點(diǎn)，能夠檢測(cè)到該泄漏點(diǎn)聲發(fā)射信號(hào)的聲發(fā)射傳感器。

然后利用下述公式計(jì)算泄漏點(diǎn)2的北斗坐標(biāo)p：

步驟6，通過加權(quán)平均的方法處理北斗坐標(biāo)集合，得到泄漏點(diǎn)2的北斗坐標(biāo)。為進(jìn)一步提高對(duì)泄漏點(diǎn)2定位的準(zhǔn)確性，本實(shí)施例還包括步驟7。

步驟7，將泄漏點(diǎn)2的北斗坐標(biāo)與燃?xì)夤芫W(wǎng)北斗坐標(biāo)圖進(jìn)行比對(duì)，修正管道泄漏點(diǎn)2的位置，從而確定更為準(zhǔn)確的管道泄漏點(diǎn)2的位置。本實(shí)施例中，從燃?xì)夤芫W(wǎng)的地理信息系統(tǒng)(gis)中獲取燃?xì)夤芫W(wǎng)北斗坐標(biāo)圖。

需要說明的是，本發(fā)明對(duì)聲發(fā)射傳感器坐標(biāo)的確定可以通過北斗定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無線化。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為我國自主建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前在中國及周邊地區(qū)，北斗系統(tǒng)服務(wù)性能與全球定位系統(tǒng)相當(dāng)。并且，我國城市燃?xì)夤艿谰W(wǎng)正逐步采用北斗系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)繪，建立更為完善的管道數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)。采用北斗定位系統(tǒng)，不僅支持國家自主產(chǎn)權(quán)，也減少了對(duì)于全球定位系統(tǒng)的依賴。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。