本發(fā)明是一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測方法和系統(tǒng)，涉及長度的測量、溫度的測量、其它類不包括測量、一般的控制系統(tǒng)和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
凍土是一種特殊的土類，溫度為負溫或零溫，并且含有冰的土，稱為凍土。按土的凍結(jié)狀態(tài)保持時間的長短，凍土一般又可分為短時凍土(數(shù)小時至半月)、季節(jié)凍土(半月至數(shù)月)以及多年凍土(兩年以上)。我國凍土非常發(fā)育，多年凍土面積約為211萬平方公里，占我國國土總面積的23％，在世界上占第三位，主要分布在青藏高原、西部高山和東北大、小興安嶺；季節(jié)性凍土面積約為514萬平方公里，約占國土總面積的53.5％。其中，中深度季節(jié)凍土(＞1m)約占國土面積的1/3，主要分布于東北三省、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、新疆北部、青海和川西等地。發(fā)達國家輸油管道建設已有100多年歷史，很多凍土地區(qū)蘊藏有巨大的油氣資源，相應地油氣管道工程設計和施工成為這些地區(qū)石油工業(yè)最新的挑戰(zhàn)。從20世紀60年代開始，大口徑管道開始主導北美北部和西伯利亞多年凍土地區(qū)油氣田輸運市場。二戰(zhàn)期間，克努兒(Canol)管道從加拿大羅曼井輸運原油到美國的阿拉斯加州費爾班克斯市(Fairbanks)；1956年管徑為203mm的油管從阿拉斯加州海因斯市(Haines)到費班克斯市修筑成功；20世紀70年代早期，前蘇聯(lián)多年凍土區(qū)已有輸油管道；1977年，長1280km、直徑為1220mm的輸油管道將美國阿拉斯加州北坡低溫多年凍土區(qū)的原油源源不斷地輸運到阿拉斯加南部的天然不凍港瓦爾迪斯(Va1dez)，然后油輪將原油輸運到加州。20世紀80年代中期，從加拿大羅曼井到加拿大阿爾波特(Alberta)省北部咱馬(Zama)湖、長869km、口徑30.5cm的環(huán)境溫度管道按時完成鋪設，羅曼井管道是加拿大多年凍土區(qū)第一條完全埋設的輸油管道。這些管道在運營期間，均受到凍土區(qū)凍脹融沉災害的威脅甚至破壞。其中，克努兒(Canol)管道在開始運行后前9個月，管道沿線約有700x104L原油泄漏。Mackenzie河岸上一個12700m3的儲油庫破裂，大部分儲油流入河流中。1945年日本投降后，該管道很快就被拆除；羅曼井管道沿線途經(jīng)不連續(xù)多年凍土，施工和運行中遇有凍脹和融沉問題，通過長達17年的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)管道沿線多年凍土持續(xù)融化和沉降導致融化深度達3-5m(湖相沉積)或5-7m(粗顆粒礦質(zhì)土)，以及顯著的地面沉降。我國在多年凍土地區(qū)修建的第一條長輸油氣管道，即格爾木-拉薩輸油管道(簡稱格拉線)，格拉線于1972年由中國人民解放軍施工，1977年基本建成，長達1076km，管徑159mm，管壁厚6mm，投資2.3x108元。格拉線工程修建和維護十分困難，全線穿越河流108條，穿越公路123處，900多公里管線在海拔4000m以上(最高處海拔5200m)，560km位于多年凍土區(qū)，凍結(jié)期長達8個月。格拉線自1977年運行以來，凍脹、融沉問題已經(jīng)造成多次“露管”現(xiàn)象。中俄原油管道北起漠河首站中俄黑龍江邊界線，南至大慶末站，全長960多公里，途經(jīng)兩省五市十二個縣區(qū)，穿越440公里原始森林，11條大中型河流，5個自然保護區(qū)。管道沿線地勢北高南低，北部地形起伏較大，沿線為大興安嶺低山、丘陵及河谷地貌，南部為松嫩平原，地形平坦開闊；漠河-加格達奇段約460km為山區(qū)、林區(qū)、多年凍土區(qū)，多年凍土總長度約314km，其中少冰、多冰多年凍土209km，飽冰、富冰多年凍土62km，凍土沼澤43km。管道面臨著嚴重的凍脹融沉災害威脅。針對管道面臨的凍脹融沉問題，國內(nèi)外運營單位采取了積極的應對措施。羅曼井管道1985年投產(chǎn)后，管道日常監(jiān)測計劃作為項目運行的重要組成部分一直在實施，除每周一次的飛機空中巡線外，還在管道沿線安裝了大量的檢測儀表以記錄運行數(shù)據(jù)，并在每年9月，即管道沉降最大時進行一次現(xiàn)場勘測以完成管道沿線的實地調(diào)查、儀器數(shù)據(jù)的記錄和滑坡地段的現(xiàn)場評估等工作。1989年后，羅曼井管道采用管道內(nèi)檢測器進行每年一次的內(nèi)檢測，以評估不穩(wěn)定土體運動和差異性融沉對管道的影響程度，隨著檢測數(shù)據(jù)的不斷積累和擴充，為管道技術(shù)性能的評估提供了良好的基礎(chǔ)。Normanwells管道是第一條埋設于加拿大北部多年凍土區(qū)的油氣管道，由加拿Enbridge公司負責管理和運營，在各種條令法規(guī)的要求下，已建立了一個計劃周密、操作性強的監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括凍土融沉監(jiān)測、管道內(nèi)檢測、翹曲上拱檢測、折皺檢測、邊坡檢測、木屑層狀況檢測和溫度監(jiān)測等七個方面的內(nèi)容。格拉管道也通過定期巡線、安裝壓力、溫度傳感器等監(jiān)測凍土的變化。雖然國內(nèi)外管道運營單位采取了積極的措施應對凍土區(qū)的凍脹融沉災害，但是由于凍脹融沉災害的形成機理非常復雜，而且不同地區(qū)的凍土特性各不相同，目前國內(nèi)外并未見有成熟的監(jiān)測技術(shù)，可以監(jiān)測凍脹融沉災害對管道的影響。針對上述情況，本發(fā)明提出了基于光纖光柵傳感技術(shù)的凍土區(qū)管道位移監(jiān)測方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種高精度、高穩(wěn)定性、低成本的基于光纖光柵傳感技術(shù)的凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測方法和系統(tǒng)。本發(fā)明提出了一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測方法。它是采用光纖光柵傳感技術(shù)，對凍土及其影響下的油氣管道進行監(jiān)測。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時自動采集、遠程傳輸和自動分析。本發(fā)明提出的基于光纖光柵傳感技術(shù)的凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測方法，是采用光纖光柵位移傳感器實時在線監(jiān)測?；诠饫w光柵傳感技術(shù)的凍土區(qū)油氣管道監(jiān)測方法監(jiān)測方法原理流程圖如圖1所示，監(jiān)測方法如圖2所示。在凍土區(qū)1的油氣管道2一側(cè)，安裝多個光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11，所有傳感器串聯(lián)熔接，然后通過光纜12引到監(jiān)測站里，光纜12與光開關(guān)13連接，光開關(guān)13與光纖光柵解調(diào)儀14連接，解調(diào)儀14與下位機15連接，下位機15預處理后的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信模塊16傳輸至低軌道衛(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C19進行分析和處理，從而實現(xiàn)對凍土區(qū)油氣管道的安全監(jiān)測。凍土區(qū)油氣管道的監(jiān)測流程：由多個光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11組成的光纖光柵位移傳感器組分別對管體位移進行監(jiān)測；此監(jiān)測得到的信號由下位機15采集和預處理，預處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)遠傳與接收，至上位機19，由上位機19進行分析和處理，判斷凍土區(qū)管道的安全狀態(tài)，進行凍土區(qū)管體位移動態(tài)顯示；凍土區(qū)凍脹融沉災害預報；油氣管道的安全預警。多個光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11分別對管體位移進行監(jiān)測；此監(jiān)測得到的信號經(jīng)光纜12傳到光開關(guān)13，經(jīng)解調(diào)儀14解調(diào)傳至下位機15，下位機15調(diào)用自編的程序，控制光開關(guān)13和解調(diào)儀14，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并對數(shù)據(jù)進行預處理；預處理后的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信模塊16傳輸至低軌道衛(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C19進行分析和處理，判斷凍土區(qū)管道的安全狀態(tài)。數(shù)據(jù)的處理主要由軟件完成，軟件流程(如圖3所示)是：開始后，下位機數(shù)據(jù)采集；光開關(guān)導通，；光纖光柵解調(diào)儀采集數(shù)據(jù)；下位機數(shù)據(jù)預處理；衛(wèi)星通信；上位機判斷數(shù)據(jù)是否完整？若否，則返回下位機數(shù)據(jù)預處理，若是，則處理并判斷數(shù)據(jù)是否超出閥值？若超出，則報警。下位機數(shù)據(jù)預處理主要是將光纖光柵解調(diào)儀采集的光波長數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)化為溫度、水分和位移數(shù)據(jù)，上位機在接收數(shù)據(jù)后，首先將數(shù)據(jù)分類，繪制出管道周圍溫度和含水量及其管道位移的趨勢圖，并最終將三個監(jiān)測數(shù)據(jù)融合，判斷凍土區(qū)的穩(wěn)定狀態(tài)和管道的安全狀況。管道位移監(jiān)測方法中所用光纖光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。在管道b20附近，安裝固定桿21，固定桿21深入到永凍土層一定深度，以保證不會發(fā)生移動。在固定桿21上安裝滑塊22，滑塊22與細伸縮桿23連接方式為焊接，細伸縮桿23伸入粗伸縮桿24中，粗伸縮桿24內(nèi)填充黃油，以保證細伸縮桿23可靈活移動。粗伸縮桿24與管道b20通過管卡25連接在一起，粗伸縮桿24與管卡25連接方式為焊接。這樣，當管道b20發(fā)生移動時，位移會通過管卡25傳遞至粗伸縮桿24，粗伸縮桿24將位移傳遞給細伸縮桿23，細伸縮桿23將位移傳遞給滑塊22，滑塊22與光纖光柵位移傳感器c26連接，其中光纖光柵位移傳感器c26為大位移傳感器，在安裝時需要施以一定的預拉力。光纖光柵位移傳感器c26通過光纜接線盒27與數(shù)據(jù)采集裝置連接，實現(xiàn)管體位移的監(jiān)測。凍土災害導致管道發(fā)生位移，進而導致管道的應力發(fā)生變化，主要是軸向應力的變化，因此，判斷管道是否安全，只需將管道的軸線應力與管體屈服應力進行對比，如果超出屈服應力，則進行報警。管道的位移y與管道軸線應力σ之間的計算公式如下：在計算時，將管道看作半無限空間的梁，根據(jù)地基梁理論定性分析管道的應力變化。根據(jù)材料力學理論，管道位移y曲線為：而彎矩M的計算公式：將公式(1)代入公式(2)得：Iz為梁截面慣性矩，Iz的計算公式為：則管道截面的軸線應力σ：式中：E為管材彈性模量；R為管道內(nèi)徑，δ為管道壁厚。如上所述，根據(jù)管道發(fā)生的位移y，計算出管道的軸線應力σ，將σ與管道屈服應力對比，判斷管道的安全狀態(tài)。本凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測方法所用系統(tǒng)：按照上述方法設計的凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測系統(tǒng)如圖5所示。該系統(tǒng)分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析顯示子系統(tǒng)，具體包括光纖光柵位移傳感器組、現(xiàn)場監(jiān)測站、遠程監(jiān)控中心。凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖2所示。在凍土區(qū)1的油氣管道2一側(cè)，安裝光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11，所有傳感器串聯(lián)熔接，然后通過光纜12引到監(jiān)測站里，光纜12與光開關(guān)13連接，光開關(guān)13與光纖光柵解調(diào)儀14連接，光纖光柵解調(diào)儀14與下位機15連接，下位機15預處理后的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信模塊16傳輸至低軌道衛(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C19進行分析和處理，從而實現(xiàn)對凍土區(qū)油氣管道的安全監(jiān)測。光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11分別將管體位移信號經(jīng)光纜12傳到光開關(guān)13，經(jīng)光纖光柵解調(diào)儀14解調(diào)傳至下位機15，下位機15調(diào)用自編的程序，控制光開關(guān)13和光纖光柵解調(diào)儀14，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并對數(shù)據(jù)進行預處理；預處理后的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信模塊16傳輸至低軌道衛(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C19進行分析和處理，判斷凍土區(qū)管道的安全狀態(tài)。數(shù)據(jù)的處理主要由軟件完成，軟件流程如圖3所示。下位機數(shù)據(jù)預處理主要是將光纖光柵解調(diào)儀采集的光波長數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)化為溫度、水分和位移數(shù)據(jù)，上位機在接收數(shù)據(jù)后，首先將數(shù)據(jù)分類，繪制出管道周圍溫度和含水量及其管道位移的趨勢圖，并最終將三個監(jiān)測數(shù)據(jù)融合，判斷凍土區(qū)的穩(wěn)定狀態(tài)和管道的安全狀況。凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖如圖5所示，它分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析顯示子系統(tǒng)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)的組成是：光纖光柵位移傳感器的輸出接光開關(guān)的輸入，光開關(guān)的輸出接光纖光柵解調(diào)儀的輸入，光纖光柵解調(diào)儀輸出接下位機的輸入，下位機輸出接衛(wèi)星通信模塊。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)通過低軌道衛(wèi)星與數(shù)據(jù)分析顯示子系統(tǒng)連系。數(shù)據(jù)分析顯示子系統(tǒng)的組成是：衛(wèi)星通信模塊輸出接上位機的輸入，上位機輸出有凍土區(qū)溫度場動態(tài)顯示、凍土區(qū)管道位移動態(tài)顯示、凍土區(qū)水分場動態(tài)顯示。該系統(tǒng)的電原理如圖6所示，光纖光柵位移傳感器組的FC接頭分別與光開關(guān)的FC輸入端口1、FC輸入端口2、FC輸入端口3連接，光開關(guān)的R232端口接下位機的R232端口1，光開關(guān)的FC輸出端口接光纖光柵解調(diào)儀的FC輸入端口，光纖光柵解調(diào)儀的LAN端口接下位機的LAN端口，下位機的VGA與顯示器的VGA連接，下位機的R232端口2接衛(wèi)星通信模塊的R232端口，衛(wèi)星通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降蛙壍佬l(wèi)星，低軌道衛(wèi)星實時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至另一衛(wèi)星通信模塊，該衛(wèi)星通信模塊將接收數(shù)據(jù)由R232端口傳輸至上位機的R232端口，上位機對數(shù)據(jù)分析處理后由VGA端口輸出至顯示器。管道位移監(jiān)測方法中所用光纖光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。在管道b20附近，安裝固定桿21，固定桿21深入到永凍土層一定深度，以保證不會發(fā)生移動。在固定桿21上安裝滑塊22，滑塊22與細伸縮桿23連接方式為焊接，細伸縮桿23伸入粗伸縮桿24中，粗伸縮桿24內(nèi)填充黃油，以保證細伸縮桿23可靈活移動。粗伸縮桿24與管道b20通過管卡25連接在一起，粗伸縮桿24與管卡25連接方式為焊接。這樣，當管道b20發(fā)生移動時，位移會通過管卡25傳遞至粗伸縮桿24，粗伸縮桿24將位移傳遞給細伸縮桿23，細伸縮桿23將位移傳遞給滑塊22，滑塊22與光纖光柵位移傳感器c26連接，其中光纖光柵位移傳感器c26為大位移傳感器，在安裝時需要施以一定的預拉力。光纖光柵位移傳感器c26通過光纜接線盒27與數(shù)據(jù)采集裝置連接，實現(xiàn)管體位移的監(jiān)測。光纖光柵位移傳感器采用溫度補償式，排除了溫度對測量結(jié)果的影響，提高了位移傳感器的測量精度。本方法的優(yōu)點表現(xiàn)在：(1)揭示了凍土作用下管體受力特征以及管體與凍土相互作用的特征；用多指標進行凍土影響下油氣管道的安全預警；(2)將光纖光柵位移傳感技術(shù)應用于凍土區(qū)管道監(jiān)測，該技術(shù)抗干擾、耐腐蝕、易于組網(wǎng)等優(yōu)勢明顯；該技術(shù)易于實現(xiàn)自動實時在線監(jiān)測，且成本較低；(3)管道位移監(jiān)測，根據(jù)管道所在凍土區(qū)的特征，在管道一側(cè)安裝固定桿，采用伸縮桿的連接方式將管道與固定桿連接在一起，在固定桿上安裝光纖光柵位移傳感器，監(jiān)測管道的位移情況；這種監(jiān)測方法避免了通過開挖管道判明管道是否發(fā)生位移，為凍土區(qū)油氣管道開展防護工程時機的選擇提供了有效依據(jù)，減少了防護工程的盲目性并節(jié)約了管道運行成本、同時也確保了管道的運行安全，減少了開挖驗證時的施工危險。附圖說明圖1采凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測方法原理流程圖圖2凍土區(qū)油氣管道監(jiān)測方法圖圖3軟件流程圖圖4管道位移監(jiān)測裝置圖圖5凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖圖6凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測系統(tǒng)電原理圖其中1-凍土區(qū)2-管道a10-光纖光柵位移傳感器a11-光纖光柵位移傳感器b12-光纜13-光開關(guān)14-光纖光柵解調(diào)儀15-下位機16-衛(wèi)星通信模塊a17-低軌道衛(wèi)星18-衛(wèi)星通信模塊b19-上位機20-管道b21-固定桿22-滑塊23-細伸縮桿24-粗伸縮桿25-管卡26-光纖光柵位移傳感器c27-光纜接線盒a具體實施方式實施例.本例是一種試驗方法，并在季節(jié)性凍土厚度2m、凍土類型為富冰飽冰的凍土區(qū)進行了試驗，其中管道埋深2m，管體直徑為813mm、壁厚為10mm、鋼級X65。凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖2所示；原理框圖如圖5所示。在凍土區(qū)1的在油氣管道2一側(cè)，安裝光纖光柵位移傳感器10、11，所有傳感器串聯(lián)熔接，然后通過光纜12引到監(jiān)測站里，光纜12與光開關(guān)13連接，光開關(guān)13與光纖光柵解調(diào)儀14連接，光纖光柵解調(diào)儀14與下位機15連接，下位機15預處理后的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信模塊16傳輸至低軌道衛(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C19進行分析和處理，從而實現(xiàn)對凍土區(qū)油氣管道的安全監(jiān)測。該例的電原理如圖6所示，光纖光柵溫度傳感器組、光纖光柵含水量傳感器組和光纖光柵位移傳感器組的FC接頭分別與光開關(guān)的FC輸入端口1、FC輸入端口2、FC輸入端口3連接，光開關(guān)的R232端口接下位機的R232端口1，光開關(guān)的FC輸出端口接光纖光柵解調(diào)儀的FC輸入端口，光纖光柵解調(diào)儀的LAN端口接下位機的LAN端口，下位機的VGA與顯示器的VGA連接，下位機的R232端口2接衛(wèi)星通信模塊的R232端口，衛(wèi)星通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降蛙壍佬l(wèi)星，低軌道衛(wèi)星實時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至另一衛(wèi)星通信模塊，該衛(wèi)星通信模塊將接收數(shù)據(jù)由R232端口傳輸至上位機的R232端口，上位機對數(shù)據(jù)分析處理后由VGA端口輸出至顯示器。光纖光柵位移傳感器信號經(jīng)光開關(guān)13逐一導通傳輸至光纖光柵解調(diào)儀14，光纖光柵解調(diào)儀14解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長傳輸至下位機15，光開關(guān)13導通信號的周期由下位機15控制。下位機15對數(shù)據(jù)進行預處理，并將處理后的數(shù)據(jù)輸給衛(wèi)星通信模塊16，衛(wèi)星通信模塊16將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降蛙壍佬l(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17實時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收數(shù)據(jù)傳輸至上位機，上位機通過自編軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，由顯示器顯示。其中：光纖光柵位移傳感器：選用自行設計封裝的位移傳感器；光纜：選用中天科技GYTA-12B1；光開關(guān)：選用光隆科技SUM-FSW；光纖光柵解調(diào)儀：選用SM130；下位機及程序：選用研華IPC-610，程序自編；通信衛(wèi)星模塊：STELLAR公司的ST2500；上位機及程序：選用研華IPC-610，程序自編。監(jiān)測方法流程圖如圖1所示，監(jiān)測方法如圖2所示。在凍土區(qū)1的油氣管道2一側(cè)，安裝光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11，所有傳感器串聯(lián)熔接，然后通過光纜12引到監(jiān)測站里，光纜12與光開關(guān)13連接，光開關(guān)13與光纖光柵解調(diào)儀14連接，解調(diào)儀14與下位機15連接，下位機15預處理后的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信模塊16傳輸至低軌道衛(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C19進行分析和處理，從而實現(xiàn)對凍土區(qū)油氣管道的安全監(jiān)測。凍土區(qū)油氣管道位移監(jiān)測流程：由光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11分別對管體位移進行監(jiān)測；此監(jiān)測得到的信號由下位機15采集和預處理，預處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)遠傳與接收，至上位機19，由上位機19進行分析和處理，判斷凍土區(qū)管道的安全狀態(tài)，進行凍土區(qū)管道溫度場動態(tài)顯示、凍土區(qū)管體位移動態(tài)顯示、凍土區(qū)管道水分場動態(tài)顯示；凍土區(qū)凍脹融沉災害預報；油氣管道的安全預警。光纖光柵位移傳感器a10、光纖光柵位移傳感器b11分別對管道周圍的溫度、水分及管體位移進行監(jiān)測；此監(jiān)測得到的信號經(jīng)光纜12傳到光開關(guān)13，經(jīng)解調(diào)儀14解調(diào)傳至下位機15，下位機15調(diào)用自編的程序，控制光開關(guān)13和解調(diào)儀14，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并對數(shù)據(jù)進行預處理；預處理后的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信模塊16傳輸至低軌道衛(wèi)星17，低軌道衛(wèi)星17接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星通信模塊18，衛(wèi)星通信模塊18將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C19進行分析和處理，判斷凍土區(qū)管道的安全狀態(tài)。數(shù)據(jù)的處理主要由軟件完成，軟件流程(如圖3所示)是：開始后，下位機數(shù)據(jù)采集；光開關(guān)導通，；光纖光柵解調(diào)儀采集數(shù)據(jù)；下位機數(shù)據(jù)預處理；衛(wèi)星通信；上位機判斷數(shù)據(jù)是否完整？若否，則返回下位機數(shù)據(jù)預處理，若是，則處理并判斷數(shù)據(jù)是否超出閥值？若超出，則報警。下位機數(shù)據(jù)預處理主要是將光纖光柵解調(diào)儀采集的光波長數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)化為溫度、水分和位移數(shù)據(jù)，上位機在接收數(shù)據(jù)后，首先將數(shù)據(jù)分類，繪制出管道周圍溫度和含水量及其管道位移的趨勢圖，并最終將三個監(jiān)測數(shù)據(jù)融合，判斷凍土區(qū)的穩(wěn)定狀態(tài)和管道的安全狀況。用上述方法在進行監(jiān)測時，位移監(jiān)測則可實時反映管道的安全狀態(tài)，當凍土區(qū)發(fā)生凍脹融沉災害時，埋于土體下方的管道受到凍土作用發(fā)生位移，管道的位移通過位移監(jiān)測裝置傳遞給光纖光柵位移傳感器，位移傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)下位機處理后傳輸?shù)缴衔粰C實時顯示，上位機的程序自動將管道位移量與報警閾值做對比，超出閾值時報警。經(jīng)長時間的監(jiān)測，本例易于構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)，易于實現(xiàn)凍土區(qū)和管道監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時自動采集分析及遠程發(fā)布，遠程實時自動報警。避免了繁瑣的人工采集數(shù)據(jù)，提高了預警的精度，減少了報警時間，同時還能對報警地點進行準確定位，這對管道應急措施的采取至關(guān)重要。