化學(xué)羽狀流的自主檢測的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了自主檢測化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)和方法。在自主檢測化學(xué)羽狀流的方法中，至少在被選擇以由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光波長處從檢測照相機獲得多個圖像。分析多個圖像，以鑒別連續(xù)圖像之間確定性特征的變化、統(tǒng)計學(xué)特征的變化或兩者。至少部分基于所述變化識別化學(xué)羽狀流。
【專利說明】化學(xué)羽狀流的自主檢測
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求美國臨時申請?zhí)?1/467,816——2011年3月25日提交，發(fā)明名稱為 Apparatus and Systems for Identifying Hydrocarbon Gas Emissions and MethodsRelated Thereto (鑒別烴氣體排放物的設(shè)備和系統(tǒng)以及與其相關(guān)的方法)——和美國臨
時專利申請?zhí)?1/509，909-2011年7月20日提交，發(fā)明名稱為Autonomous Detection
for Chemical Plumes (化學(xué)羽狀流的自主檢測)-的優(yōu)先權(quán)，其通過引用以其整體并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明技術(shù)涉及鑒別化學(xué)排放物的設(shè)備和系統(tǒng)。更具體而言，本公開內(nèi)容涉及自控設(shè)備和系統(tǒng)，其掃描和鑒別設(shè)施中的化學(xué)排放物。
_4] 發(fā)明背景
[0005]本部分意圖介紹本領(lǐng)域的各個方面，其可與本發(fā)明技術(shù)的示例性實施方式相關(guān)。相信該論述有助于提供架構(gòu)，以促進(jìn)更好地理解本發(fā)明技術(shù)的具體方面。因此，應(yīng)該理解，本部分應(yīng)該從這個角度閱讀，而不一定作為對現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
[0006]烴的應(yīng)用是當(dāng)前文明的一個基本方面。用于生產(chǎn)、加工、運輸和應(yīng)用烴的設(shè)施持續(xù)在世界各地被建立。這些工廠的效率變得越來越重要，因為即使較小的烴損失也會增加成本或給監(jiān)管機構(gòu)造成問題。
[0007]烴可在出售前損失或被應(yīng)用，這是由于工藝限制、導(dǎo)致燃燒的工藝干擾、泄露、以及部分烴用于為工藝供應(yīng)燃料。雖然這些問題中的大部分可通過設(shè)計被直接改善，但泄露可提供挑戰(zhàn)，因為它們可發(fā)生于任何數(shù)量的不同工藝裝置類型上。例如，泄露可源于管子凸緣、閥、閥桿、取樣系統(tǒng)和任何數(shù)量的其它位置。隨著裝置的使用和老化，泄露變得越來越有可能。
[0008]工廠狀況在它們形成時可增加泄露的可能性或加劇泄露。例如，用于產(chǎn)生液化天然氣(LNG)的工廠利用高壓和低溫，其均可增加泄露的可能性。世界上LNG液化工廠的數(shù)目正在迅速地增長。隨著這些工廠老化，產(chǎn)生烴泄露的可能性越來越大。
[0009]早期檢測和泄露補救可用于防止任意數(shù)目的問題，諸如成本增加和監(jiān)管問題。泄露可由操作員檢測，例如通過看到釋放、聞到烴或聽到由釋放導(dǎo)致的噪音。然而，大部分烴蒸氣是裸眼(例如，對于人的目視檢查)不可見的。而且，在工廠中常常存在高水平的裝置擁塞，這會使泄漏點處于另一件裝置的后面。另外，烴可具有極少氣味，因而通過嗅覺可能檢測不到。通過聲音檢測小的泄露是不可能的，因為非常高水平的環(huán)境噪音使泄露不太可能被聽到。
[0010]泄露檢測系統(tǒng)已經(jīng)被安裝于許多烴設(shè)施中。這些系統(tǒng)可包括可燃?xì)怏w檢測器，其監(jiān)測具體位置處烴蒸氣的濃度或爆炸下限(LEL)，提供區(qū)域中某一點處烴水平的測量。然后，點測量系統(tǒng)的陣列可用于追蹤該區(qū)域中的蒸氣釋放。然而，點檢測系統(tǒng)可能檢測不到小的釋放——諸如來自小的泄露或新泄露、烴的釋放量等。[0011]其它泄露檢測系統(tǒng)已被用于檢測穿過工廠環(huán)境的管線中的烴，例如，通過引導(dǎo)區(qū)域一個邊緣處的光源朝向區(qū)域另一邊緣處的光譜檢測器。雖然這樣的系統(tǒng)可用于監(jiān)測對監(jiān)管問題的依從性，但它們不一定鑒別沿著管線的釋放位置。而且，它們可能根本檢測不到小的釋放，理由與點檢測器一樣，例如烴可能太稀而不能檢測，或者可能被風(fēng)吹離檢測管線。
[0012]因此，根據(jù)泄露的位置和相對于常規(guī)氣體檢測器的氣體釋放方向，在一定的時間內(nèi)可能維持檢測不到泄露。這可使得蒸氣云產(chǎn)生，引起工廠環(huán)境中的問題。
[0013]已經(jīng)發(fā)展了系統(tǒng)，以利用可直接顯示烴羽狀流圖像的高光譜照相機通過成像區(qū)域檢測釋放。例如，Hackwell, J.A.等，“LWIR/MWIR Hyperspectral Sensor for Airborneand Ground-based Remote Sensing,，，Proceedings of the SPIE, Imaging SpectroscopyII，M.R.Descour, and J.M.Mooney, Eds.，Vol.2819，pp.102-107 (1996)，其公開了紅外線成像攝譜儀，其首次在1995年10月被用作空中傳感器。該儀器被命名為空間上增強的寬帶陣列攝譜儀系統(tǒng)(SEBASS)。SEBASS系統(tǒng)意圖探索高光譜紅外線傳感器在遠(yuǎn)距離鑒別常常用于提供化學(xué)指紋的2至14微米光譜區(qū)中的固體、液體、氣體和化學(xué)蒸氣中的有用性。該儀器是現(xiàn)有非成像攝譜儀的延伸，所述現(xiàn)有非成像攝譜儀應(yīng)用兩個球面棱鏡在2.0和5.2微米之間和7.8和13.4微米之間(LWIR)發(fā)現(xiàn)的大氣透射窗中同時操作。SEBASS系統(tǒng)在1996年三月用于基于塔的收集(tower-based collection)。
[0014]SEBASS系統(tǒng)允許在環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)諸如羽狀流的成像和鑒別。然而，其不用于自主鑒別化學(xué)釋放。在沒有自主監(jiān)測系統(tǒng)的情況下，圖像必需由人進(jìn)行手動檢查，使得快速鑒別存在問題。而且，系統(tǒng)本身的復(fù)雜性會使連續(xù)自主應(yīng)用存在問題。
[0015]在名稱為“TheThird Generation LDAR(LDAR3)Lower Fugitive Emissionsat a Lower Cost”(介紹于國家石化與煉油協(xié)會2006年環(huán)境會議(2006EnvironmentalConference of the National Petrochemical&Refiners Association),2006年9月 18-19日)，Zeng等的介紹中，公開了用于泄露鑒別的自控系統(tǒng)，其應(yīng)用照相機鑒別工廠中特定區(qū)域中的泄露。任何泄露均可由處理紅外線(IR)視頻圖像的軟件自主識別。在圖像中，背景和噪音干擾被最小化，并且揮發(fā)性有機化合物(VOC)羽狀流有可能利用算法被分離?；诒容^許多排列的幀的瞬時快速傅立葉變換(FFT)計算，算法確定圖像是否包含化學(xué)羽狀流。由于在大氣中的閃爍特性，化學(xué)羽狀流可產(chǎn)生高頻率，在處理后的圖像中產(chǎn)生高密度像素。羽狀流指數(shù)(PI)基于處理后的VOC羽狀流圖像中像素的數(shù)目和密度而計算。如果PI大于實驗上確定的閾值，則可觸發(fā)操作(action)，諸如警報或視頻捕獲，用于確認(rèn)。
[0016]雖然LDAR3系統(tǒng)描述了應(yīng)用頻率域來排列視頻圖像和去除照相機抖動的方法，但其并未解決復(fù)雜的干擾，諸如移動裝置、人、車輛或蒸汽，其可導(dǎo)致錯誤檢測。因此，需要更精確的羽狀流鑒別技術(shù)。
[0017]發(fā)明概沭
[0018]本文所述實施方式提供自主檢測化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括照相機，其能夠至少在由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁(EM)輻射的波長處產(chǎn)生圖像，和分析系統(tǒng)，其被配置成分析來自照相機的一系列圖像。分析系統(tǒng)包括處理器；和非臨時性計算機可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器執(zhí)行功能。功能包括鑒別圖像中對象的多個確定性特征和多個概率性特征、與在接近的時間收集的另一圖像比較多個確定性特征或多個概率性特征或兩者和確定比較圖像之間的變化是否代表化學(xué)羽狀流。[0019]本文所述另一實施方式提供自主檢測化學(xué)羽狀流的方法。方法包括至少在選擇以被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光的波長處從照相機獲得許多圖像。分析圖像，以鑒別連續(xù)圖像之間確定性特征的變化、概率性特征的變化或兩者；和至少部分基于變化識別化學(xué)羽狀流。
附圖簡介
[0020]通過參考以下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)勢被更好地理解，在所述附圖中:
[0021]圖1是本文所述自主氣體檢測和響應(yīng)方案的示意圖；
[0022]圖2是泄漏點的IR圖像的圖，其顯示已經(jīng)在環(huán)境中形成的化學(xué)羽狀流；
[0023]圖3是在實施方式中可用于鑒別羽狀流的自主檢測系統(tǒng)的方塊圖；
[0024]圖4是在實施方式中可用于檢測羽狀流的方法的方塊圖；
[0025]圖5是可用于實施方式中的羽狀流檢測方法；和
[0026]圖6是用于控制自主檢測系統(tǒng)——諸如圖3中所述——的方法的方塊圖。
[0027]詳細(xì)描沭
[0028]在下面詳細(xì)描述部分中，描述了本發(fā)明技術(shù)的【具體實施方式】。然而，就以下描述是針對本發(fā)明技術(shù)的【具體實施方式】或具體應(yīng)用而言，這意圖是僅以示例為目的和僅僅提供對示例性實施方式的描述。因此，技術(shù)不限于下面描述的【具體實施方式】，相反，其包括屬于所附權(quán)利要求的實際精神和范圍內(nèi)的所有替代方案、改變和等同物。
[0029]首先，為了方便指代，提出本申請中應(yīng)用的某些術(shù)語以及其在該上下文中應(yīng)用的含義。在本文所用術(shù)語未在下文中限定的情況下，其應(yīng)該被給予相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)給予該術(shù)語的最寬泛的定義，如在至少一個印刷出版物或授權(quán)專利中所反映的。而且，本發(fā)明技術(shù)不受下面所示術(shù)語的應(yīng)用的限制，因為用于相同或類似目的的所有等同物、同義詞、新發(fā)展和術(shù)語或技術(shù)均被認(rèn)為在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0030]如本文中所使用的，“照相機”是可在各種光譜域，包括但不限于可見光、紅外線和紫外線中，獲得一系列二維圖像或幀(諸如視頻)的裝置。在一實施方式中，照相機形成紅外線光譜中區(qū)域諸如約2至14微米之間的二維圖像。在另一實例中，照相機形成紫外線光譜中區(qū)域諸如約350nm至400nm之間的二維圖像。任意數(shù)目的其它照相機均可用于本發(fā)明系統(tǒng)中，這取決于期望的波長。波長可基于可從設(shè)施中的泄露釋放的可能的化學(xué)種類而被選擇。
[0031]“化學(xué)種類”是可在泄露中作為蒸氣或作為液體而釋放的任何化合物。可利用本文所述系統(tǒng)和技術(shù)檢測的化學(xué)種類的實例包括烴和其它化學(xué)種類。可檢測的化學(xué)種類包括但不限于在LNG工廠或其它設(shè)施中的云中釋放的烴蒸氣或在水體頂部形成浮油的油。可被檢測的非烴種類包括但不限于作為蒸氣在煉油廠中釋放的氟化氫氣體、作為蒸氣在水處理工廠中釋放的氯或任意數(shù)目的其它液體或氣體?；瘜W(xué)種類也可被有意添加到處理流中，以增強利用本文所述技術(shù)對羽狀流的檢測。
[0032]“電磁輻射”或M輻射包括來自來源的攜帶能量的電磁波或光子。EM輻射常常通過其與物質(zhì)的相互作用被分類成光譜范圍。如本文中所使用的，可見光或可見光譜包括可由人眼檢測的光，例如從大約400nm至大約700nm。紫外(UV)光或UV光譜包括波長在大約190nm至大約400nm的光。在UV和可見光譜范圍中，化學(xué)物質(zhì)可通過電子躍遷吸收能量，其中電子從較低軌道被推進(jìn)到較高軌道。紅外(IR)光或IR光譜包括波長比可見光譜長但通常低于微波區(qū)域的光。例如，IR光譜可包括波長在約0.7和14μπι長度之間的光。在大約?ομπι至大約14μπι(遠(yuǎn)IR)處該連續(xù)區(qū)的較長波長端處，化學(xué)物質(zhì)可通過旋轉(zhuǎn)躍遷吸收能量。在大約2.5μπι至大約ΙΟμπι(中紅外線)的中間波長范圍處，化學(xué)物質(zhì)可通過振動躍遷吸收能量。在大約0.7μπι至2.5μπι(近-1R)的波長范圍較低端處，化學(xué)物質(zhì)可通過振動躍遷和通過與可見光和UV光類似的過程，例如通過電子躍遷，吸收能量。利用相對簡單的檢測器諸如電荷偶聯(lián)裝置(CCD)，照相機圖像可在可見光譜、IR光譜或UV光譜中由電磁輻射形成。
[0033]如本文中所使用的，“設(shè)施”是切實的(有形的)物理裝置，通過該裝置，烴流體從油藏中產(chǎn)生、被注入到油藏中、被加工或運輸。在其最廣泛的意義上，術(shù)語設(shè)施適用于可沿油藏與其輸送出口之間的流動路徑存在的任意裝置。設(shè)施可包括生產(chǎn)井、注入井、井管、井口裝置、集油管線、總管、泵、壓縮機、分離器、表面流動管線、蒸汽產(chǎn)生工廠、加工工廠和輸送出口。設(shè)施的實例包括油田、聚合工廠、煉油廠、LNG工廠、LNG油輪和再氣化工廠，除了其它的以外。
[0034]“烴”是有機化合物，主要包括元素氫和碳，盡管氮、硫、氧、金屬或任意數(shù)目的其它元素也可以少量存在。如本文中所使用的，烴通常指在天然氣、油或化學(xué)加工設(shè)施諸如煉油廠或化學(xué)工廠中發(fā)現(xiàn)的成分。
[0035]如本文中所使用的，術(shù)語〃天然氣〃指獲自原油井(伴生氣)和/或獲自地下含氣地層(非伴生氣)的多成分氣體。天然氣的組成和壓力可顯著變化。典型的天然氣流含有甲烷(CH4)作為主要成分，即，大于50mol%的天然氣流是甲烷。天然氣流還可含有乙烷(C2H6)、較高分子量的烴(例如,C3-C2tl烴)、一種或多種酸性氣體(例如，硫化氫)或其任意組合。天然氣還可含有較小量的污染物，諸如水、氮氣、硫化鐵、蠟、原油或其任意組合。
[0036]當(dāng)涉及物質(zhì)的數(shù)量或含量或其具體特性使用時，“基本上”是指足以提供該物質(zhì)或特性意圖提供的作用的量。 在一些情況中，可允許的確切偏差程度取決于具體上下文。
[0037]概述
[0038]本文提供了設(shè)備和方法，用于利用一系列圖像自主鑒別空氣中或水面上的化學(xué)羽狀流。技術(shù)利用軟件算法來分析該系列圖像，以區(qū)分化學(xué)羽狀流與場景(scene)中的其它特征，從而降低錯誤報警的可能性。軟件算法區(qū)分烴蒸氣與其它周圍環(huán)境因子，諸如水流、蒸汽羽狀流、爐排氣(furnace off gas)、車輛、人、野生動植物等?；瘜W(xué)羽狀流可由確定性特征、統(tǒng)計學(xué)特征和輔助特征或其任意組合來鑒別。圖像可以是灰度圖像，其中應(yīng)用對比度差異來鑒別特征。
[0039]如本文中所使用的，確定性特征包括化學(xué)羽狀流的各種特征，諸如幾何特征，例如化學(xué)羽狀流的尺寸和形狀等，和運動學(xué)特征，諸如運動約束等。統(tǒng)計學(xué)特征包括聯(lián)合的時間特征，諸如一幀中化學(xué)羽狀流圖像與前幀中化學(xué)羽狀流圖像重疊。輔助特征包括特征諸如化學(xué)羽狀流運動與預(yù)期風(fēng)向的比較、與工廠可見視頻圖像的比較等。
[0040]本文所述技術(shù)可提高烴工廠中化學(xué)羽狀流的檢測，這可有助于降低在延長的時間段內(nèi)泄露仍未被檢測到的可能性。在一些實施方式中，應(yīng)用紅外線成像照相機，因為許多烴種類在IR光譜內(nèi)的波長處吸收。
[0041]在一些實施方式中，照相機被安裝在頭部(poll)上，并可在系統(tǒng)的控制下移動，諸如搖攝和傾斜。若干照相機可圍繞工廠外周被布置，以得到對設(shè)施100%的覆蓋。該自主檢測系統(tǒng)可提供在連續(xù)基礎(chǔ)上執(zhí)行的工廠監(jiān)控。在一些實施方式中，可保持低的整體系統(tǒng)成本，同時保持低的錯誤報警率并仍能檢測小的或早期的烴泄露，例如，在環(huán)境條件下150米距離處具有大約20%LEL的羽狀流。
[0042]檢測系統(tǒng)可用于存在烴或其它可檢測化學(xué)種類的任意設(shè)施。這樣的設(shè)施的實例包括LNG工廠、油和氣井口操作、海上平臺、運輸管道、船、卡車、煉油廠和化學(xué)工廠。如所述，化學(xué)羽狀流可以是水面上的烴或浮油，諸如海上平臺、油輪、卸油平臺等周圍的水面。
[0043]圖1是本文所述自主氣體檢測和響應(yīng)方案的示意圖100。如示意圖100中所示,設(shè)施102包括含有化學(xué)種類諸如烴的裝置104。照相機106被引導(dǎo)監(jiān)測設(shè)施的區(qū)域107和產(chǎn)生圖像108，例如，在IR光譜中使區(qū)域107成像。
[0044]在該實例中，區(qū)域107的圖像108顯示存在泄露110，釋放化學(xué)羽狀流112。圖像108可用于手動確定泄露的存在，但由于監(jiān)測操作員離開監(jiān)測器、注意其它事務(wù)等，這可能錯過泄露。相反，本文所述化學(xué)羽狀流檢測系統(tǒng)監(jiān)測一系列圖像114。隨化學(xué)羽狀流114變成新的構(gòu)型或形狀116，系統(tǒng)通過利用連續(xù)圖像108和114之間的多個比較可鑒別和定位泄露110，如針對下面圖5所述。如果未對化學(xué)羽狀流做出陽性鑒別，如模塊118中所示，則系統(tǒng)可繼續(xù)收集圖像108和114。
[0045]如果對泄露110和化學(xué)羽狀流112做出了陽性鑒別，則系統(tǒng)可定位泄露和激活警報120，警告操作員派遣響應(yīng)小組122至泄露110的地點124。響應(yīng)小組122可確認(rèn)泄露110的存在并執(zhí)行修理。在一些實施方式中，烴泄露可顯示為假彩色圖像，以便操作員更容易分析。而且，照相機106可具有縮放能力，以在進(jìn)行泄露檢查時以手動模式協(xié)助操作員。
[0046]系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)測區(qū)域107，如箭頭126所示。連續(xù)監(jiān)測可使系統(tǒng)每天24小時、每周7天和每年365天可用，即，具有最小停歇時間。停歇時間可主要是由于對系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)維護(hù)，并可通過冗余得到補償，例如，將其它照相機引導(dǎo)到照相機正在保養(yǎng)的區(qū)域。
[0047]在一些實施方式中，系統(tǒng)可被配置成在寬溫度范圍內(nèi)工作，所述寬溫度范圍包括寒冷和溫暖的溫度，諸如酷熱的熱帶沙漠環(huán)境或寒冷的北極環(huán)境。而且，系統(tǒng)可適于在白天或夜晚和在大約負(fù)10°c至50°C范圍的溫度下工作。系統(tǒng)還可被配置成在其它環(huán)境干擾下操作，諸如在霧、雨或沙暴中。在各個實施方式中，系統(tǒng)可檢測烴，諸如甲烷、乙烷或丙烷等。系統(tǒng)還可被配置成檢測其它可以成像的化學(xué)種類。
[0048]照相機106可安裝在桿上，并且，如所述，具有自主搖攝和傾斜能力以及360度覆蓋。在一些實施方式中，照相機106可能夠在自動和手動模式下被操作。因此，在報警的情況下，操作員可能夠控制照相機，以進(jìn)一步進(jìn)行觀察。
[0049]圖2是泄漏點的IR圖像200的圖，其顯示已經(jīng)在環(huán)境中形成的化學(xué)羽狀流。圖200圖解利用本文所述技術(shù)在自主檢測系統(tǒng)中得以解決的一些問題。在IR圖像200中，較熱的對象顯示為較淺的區(qū)域，而較冷的對象顯示為較深的區(qū)域。因此，根據(jù)用于檢測的波長，諸如工廠裝置202和人203的物體常常是較淺的區(qū)域或甚至是白色區(qū)域。通過比較，冷卻水管線204或水流206可以是較深的區(qū)域或甚至黑色區(qū)域。在該環(huán)境中，化學(xué)羽狀流208可從環(huán)境中吸收選定波長的光，因而，是IR圖像200中的深色區(qū)域。根據(jù)化學(xué)種類的濃度，一些區(qū)域210可以較淺，而其它區(qū)域212可幾乎是透明的，例如隨著化學(xué)物質(zhì)在大氣中被稀釋。隨著化學(xué)羽狀流208移動遠(yuǎn)離泄漏點214，其可在裝置216前面經(jīng)過，使裝置216部分地或完全地變暗。
[0050]IR圖像200顯示在檢測化學(xué)羽狀流208中固有的一些復(fù)雜性。隨著人203、卡車 和其它對象移動經(jīng)過環(huán)境，它們可觸發(fā)錯誤報警。而且，其它移動對象，諸如水流206，對化 學(xué)羽狀流208可具有類似的吸收性質(zhì)，使得對這些對象的區(qū)分成為挑戰(zhàn)。
[0051]因此，當(dāng)前的技術(shù)在順序收集的圖像之間進(jìn)行多個比較，以確認(rèn)羽狀流的存在。 這些比較包括確定性特征，如幀之間羽狀流的幾何學(xué)和運動等。例如，可應(yīng)用動態(tài)紋理分 析，以鑒別可能的羽狀流。動態(tài)紋理分析是一種統(tǒng)計學(xué)方法，其可用于在圖像區(qū)域中提取 特征。一系列圖像中的區(qū)域被處理為數(shù)據(jù)立方體，并且，統(tǒng)計模型被用于提取該數(shù)據(jù)立方 體的特征?？梢蕴崛〉奶卣靼ㄟ吔绲木鶆蛐浴舛瓤臻g紋理(spatial texture from concentration)和紋理隨時間的發(fā)展等。可能有用的其它比較包括統(tǒng)計學(xué)特征，其中羽狀 流運動模型被與當(dāng)前的羽狀流擬合，例如利用片段化圖像中區(qū)域的主成分分析。可見光視 頻圖像可用于與IR圖像200的比較，例如以消除其它類型的羽狀流，諸如蒸汽羽狀流。
[0052]用于檢測化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)
[0053]圖3是自主檢測系統(tǒng)300的方塊圖，其在實施方式中可用于鑒別羽狀流。自主檢 測系統(tǒng)300具有中央服務(wù)器302，其可執(zhí)行自主檢測系統(tǒng)300的處理。在一些實施方式中， 該功能可在多個服務(wù)器之間劃分，或者可以整合成分布式控制系統(tǒng)(DCS)等。在中央服務(wù) 器302中，處理器304連接至總線306，以訪問其它器件，諸如計算機可讀介質(zhì)308。處理器 304可以是單核處理器、多核處理器、處理器集群或云計算環(huán)境中的虛擬處理器。計算機可 讀介質(zhì)308可包括存儲器的任意組合，諸如只讀存儲器(ROM)、可編程ROM、閃存和隨機存取 存儲器(RAM)等。而且，計算機可讀介質(zhì)308可包括用于長期存儲代碼和結(jié)果的器件的任 意組合，所述器件包括硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、閃存驅(qū)動器等。
[0054]中央服務(wù)器302可應(yīng)用與總線306相連的網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC) 310，以訪問用于提供 功能性給自主檢測系統(tǒng)300的檢測裝置312。用戶界面(n) 314可連接至總線306，以提供 輸入和輸出能力以及控制給用戶。例如，UI314可連接至一個或多個顯示器件316和輸入 器件318。UI314可以整合成DCS系統(tǒng)，提供工廠控制——除了對自主檢測系統(tǒng)300的控制 以外。中央服務(wù)器302還可包括連接至總線306的磁盤接口 320，以提供對用于長期存儲數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)檔案322的訪問，所述數(shù)據(jù)諸如泄露事件和視頻。數(shù)據(jù)檔案322可包括任意數(shù)目 的存儲系統(tǒng)，諸如硬盤驅(qū)動器、存儲陣列、網(wǎng)絡(luò)連接的存儲陣列或虛擬存儲陣列等。
[0055]計算機可讀介質(zhì)308可存儲用于提供功能性給自主檢測系統(tǒng)300的代碼。例如， 第一模塊324可存儲代碼，其被配置成引導(dǎo)處理器304檢測可與化學(xué)羽狀流相對應(yīng)的連續(xù) 圖像中的變化，諸如針對圖5論述的方法410。第二代碼模塊326可提供代碼，以識別羽狀 流和確認(rèn)連續(xù)圖像之間的變化是羽狀流，諸如針對圖4論述的方法400。第三模塊328可提 供管理功能，諸如控制自主檢測系統(tǒng)300中的照相機，諸如針對圖6論述的方法600。管理 代碼還可包括用于控制系統(tǒng)狀態(tài)、檢查日志文件、允許操作員控制照相機位置等的代碼。
[0056]在一些實施方式中，可以在中央服務(wù)器302的NIC310和裝置312之間實施各種數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換方法。例如，通向系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)332的通信線路330可以是有線的或無線的。而且，系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)332本身可以是無線的，并且，各獨立的裝置件均可單獨與中央服務(wù)器302在無線通信 線路330上通信。獨立的裝置件可以通過連接至電網(wǎng)而被提供動力或可通過遠(yuǎn)程來源諸如 電池、太陽能板等提供動力。[0057]任意數(shù)目的獨立的裝置件312可以組合，以實施自主檢測系統(tǒng)300的檢測功能。 例如，視頻編碼器334可接收來自檢測照相機336的輸入信號，所述檢測照相機336能夠使 化學(xué)種類諸如烴蒸氣在一個或多個波長處諸如在紅外線光譜內(nèi)成像。視頻編碼器334可形 成數(shù)字化圖像并在通信線路330上將圖像發(fā)送回中央服務(wù)器302。來自在可見光譜中操作 的照相機338的信號也可被發(fā)送至視頻編碼器334，以傳輸回中央服務(wù)器302。在實施方式 中，紅外線光譜中的照相機336和可見光譜中的照相機338被安裝在一起并對齊，以形成環(huán) 境中區(qū)域的重疊圖像。在實施方式中，照相機336和338被分別安裝，但可被引導(dǎo)以形成環(huán) 境的重疊圖像。
[0058]照相機336和338可由照相機控制器340控制，照相機控制器340可允許照相機 縮放、聚焦和執(zhí)行其它功能，諸如校準(zhǔn)。照相機控制器340可與中央服務(wù)器302連通，其可 自主聚焦、縮放等。在實施方式中，手動照相機控制342，例如在人機界面中，被用于控制照 相機336或338，例如利用操縱桿和小鍵盤。然后，手動輸入可通過中央服務(wù)器302傳到照 相機控制器340。照相機336和338也可通過照相機控制器340而移動，例如利用與照相機 336或338 —起安裝在保護(hù)套中的遙攝和傾斜機構(gòu)344。保護(hù)套可包括其它功能，諸如冷卻 功能、除霧功能等，其可利用照相機控制器340被手動或自主激活。
[0059]自主檢測系統(tǒng)300不限于用于檢測的周圍環(huán)境能量。在一些實施方式中，光源346 可以用于照射環(huán)境。例如，IR激光器可以用于照射感興趣區(qū)域，以進(jìn)行泄露確認(rèn)。光源346 在羽狀流和背景之間的對比度可能不足以區(qū)分化學(xué)種類的狀況下可以是有用的。利用與中 央服務(wù)器302連通的光源控制器348，光源346可以被提供動力、激活或移動。
[0060]自主檢測系統(tǒng)300不限于檢測化學(xué)羽狀流，而且可以提供其它功能性。例如，在實 施方式中，自主檢測系統(tǒng)300可以用于監(jiān)測特定裝置，諸如爐、反應(yīng)器、壓縮機等，尋找問題 諸如熱點、分布不均、熱馬達(dá)等。而且，為安全目的，自主檢測系統(tǒng)300可提供圍欄-管線 (fence-line)監(jiān)測，并監(jiān)測環(huán)境中從裝置逃逸的排放物。
[0061]對羽狀流的檢測和確認(rèn)可以通過由氣象監(jiān)測器350收集的氣象學(xué)測量結(jié)果而得 到加強。氣象監(jiān)測器350可收集關(guān)于環(huán)境狀況諸如風(fēng)速、溫度、降水、大氣霧霾等的數(shù)據(jù)。該 數(shù)據(jù)然后可用于實施方式中，以確認(rèn)檢測的羽狀流與收集的數(shù)據(jù)一致。
[0062]檢測化學(xué)羽狀流的方法
[0063]圖4是方法400的方塊圖，其在實施方式中可以用于檢測羽狀流。方法400起始 于方塊402,通過產(chǎn)生處理線程(processing thread)以對來自照相機的流動的圖像系列 (streaming sequence)執(zhí)行一系列功能。線程可經(jīng)過初始化變量,諸如視頻流的指示字、照 相機鑒別、步長(step)(或位置)鑒別、靈敏度設(shè)置和持續(xù)時間等。如在方塊404所示，系 列功能針對圖像系列中的每一幀而進(jìn)行，始于方塊406，初始化用于幀分析的參數(shù)。
[0064]在方塊408，例如通過對圖像進(jìn)行變換算法以使共同特征點與前幀中的那些匹配， 穩(wěn)定化圖像。這可以通過利用特征點方法，例如基于Kanade - Lucas - Tomasi (KLT)算法或 基于區(qū)域的重合方法而執(zhí)行。源于不完全重合的錯誤報警可通過由邊緣組成的圖像掩模 (image mask)而被過濾掉。邊緣可以由多種技術(shù)來鑒別，諸如Canny邊緣檢測器。Canny 邊緣檢測器可應(yīng)用適合的閾值選擇方法，例如利用Tsai保矩算法。穩(wěn)定性去除可由振動諸 如風(fēng)速、工廠裝置等的變化導(dǎo)致的噪音。背景重合在該方塊進(jìn)行，以去除作為每一幀的部分 的特征，諸如工廠裝置。[0065]當(dāng)鑒定背景特征后，它們可被去除。在一些實施方式中，系統(tǒng)執(zhí)行背景適應(yīng)算法， 其可初步將像素分成前景和背景，然后分別應(yīng)用快和慢適應(yīng)模式?？爝m應(yīng)模式快速去除鑒 別為背景的部分的對象，而慢適應(yīng)模式繼續(xù)在較長的時間段內(nèi)監(jiān)測受質(zhì)疑的像素。
[0066]背景重合功能可去除具有固體邊緣或通過幀移動一定量的對象，諸如人、車輛等。 這可以如下進(jìn)行:通過利用仿射變換模型以擬合圖像幀之間的幾何變化和利用隨機抽樣一 致性(RANSAC)以去除離群值。在實施方式中，應(yīng)用Canny邊緣檢測器，以鑒別具有固定邊 緣組的對象。因為羽狀流可具有隨機邊緣，所以固定的邊緣可指示可被去除的對象。
[0067]通常，上述方法比較幀之間對象的形狀、移動和邊緣，以鑒別不是羽狀流的對象。 首先，連續(xù)的幀之間應(yīng)該去除的對象的尺寸并不明顯改變，例如膨脹或收縮。而且，可以被 去除的對象可以能從一系列幀預(yù)測的方向和速度移動，即，不以隨機方式移動。例如，評分 系統(tǒng)可以用于為可能相關(guān)的幀中的多邊形評分，諸如偏移一定量的類似形狀。對象也可以 具有非隨機的外形，即，幀與幀不顯著變化。盡管車輛或人可相對于照相機而轉(zhuǎn)動，改變所 示輪廓，但外形和尺寸的變化可能不如膨脹羽狀流的變化明顯。因此，滿足這些測試的對象 可被標(biāo)記為背景對象并從幀中去除。重合和邊緣檢測方法鑒別可以被進(jìn)一步分析以確定是 否存在羽狀流的變化。如果不存在羽狀流，則重合的圖像可以是空白的。
[0068]算法也可以將每一幀分割成像素組，用于羽狀流分析。例如，逐像素統(tǒng)計學(xué)分析方 法可以應(yīng)用于圖像分割。而且，像素特征可從鄰近區(qū)域提取，包括尺寸、角的數(shù)目、邊緣數(shù)目 和縱橫比。
[0069]在方塊410，算法可以用于檢測和確認(rèn)羽狀流，如針對圖5更詳細(xì)地論述。如果檢 測到可能的羽狀流，則在方塊412視頻圖像可以被歸檔以用于參考，例如歸入到針對圖3所 論述的數(shù)據(jù)檔案322中。歸檔的視頻圖像可包括多種光譜諸如紅外線和可見光中的來自照 相機的原始數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，其可以被標(biāo)引和檢索以用于氣體泄露檢測目的。檢測算法的 結(jié)果可通過利用例如歸檔的IR視頻片斷進(jìn)行改善以訓(xùn)練(train)決策工具，如針對圖5方 塊512所論述的。如果檢測到并確認(rèn)羽狀流，這表明泄露已經(jīng)被檢測到。如果在方塊414 檢測到泄露，則處理流程進(jìn)行至方塊416。
[0070]在方塊416，數(shù)據(jù)庫隨檢測狀態(tài)而被更新。數(shù)據(jù)庫可以例如位于數(shù)據(jù)檔案322中。 在方塊418，中央服務(wù)器302或DCS可從數(shù)據(jù)庫提取通知設(shè)置，諸如待被通知泄露事件和 發(fā)送處理警報、電子郵件、文本信息、記錄(page)、廣播信息等的人。在實施方式中，羽狀流 圖像被發(fā)送至被通知的人。圖像可包括羽狀流的視頻系列，或可以是單一視頻截圖(still shot)。后者在圖片信息發(fā)送到用戶的移動電話時可以是有用的，因為寬帶限制可使發(fā)送視 頻片斷存在問題。
[0071 ] 在方塊418后，處理流程進(jìn)行至方塊420。而且，如果在方塊414沒有檢測到泄露， 則處理流程直接進(jìn)行至方塊420。在方塊420，針對持續(xù)時間參數(shù)，檢查檢測程序經(jīng)過的時 間。如果經(jīng)過的時間低于時間序列(time sequence),則參數(shù)在方塊422被更新,例如增加 經(jīng)過的時間，并且，處理流程返回至方塊408，以繼續(xù)下一幀的分析。
[0072]如果在方塊420，經(jīng)過的時間大于持續(xù)時間參數(shù)，則該方法退出并在方塊424結(jié) 束，同時釋放存儲器和資源(resource)。退出后，方法400還可指示照相機不再處理或占 用。該指示可使得照相機自動移動至新的位置，然后被重新啟動。照相機控制程序進(jìn)一步 針對圖6被論述。[0073]圖5是可用于實施方式中的羽狀流檢測方法410。方法410在過程控制從方塊408 經(jīng)過時開始。方法410可遵循若干途徑，例如以平行方式，進(jìn)行確定性特征、統(tǒng)計學(xué)特征和 輔助特征，諸如氣象數(shù)據(jù)和可見光譜中來自照相機的圖像，的分析。
[0074]在方塊502，進(jìn)行確定性特征的分析。這可包括空間特征和運動學(xué)特征等。例如， 分析可確定幾何特征，包括化學(xué)羽狀流的形狀或化學(xué)羽狀流的尺寸。分析還可確定形狀約 束，諸如輪廓的縱橫比、分散度(例如，羽狀流的厚度作為距離的函數(shù))、凸度和梯度方向直 方圖(HOG)等。這些特征充當(dāng)約束并提供對可能對象的預(yù)篩選。
[0075]運動學(xué)或運動特征可以是分析的部分，諸如確定羽狀流不斷移動，但運動受限于 受到約束的區(qū)域，如通過源于泄露的羽狀流所預(yù)期的。運動學(xué)特征可包括羽狀流的尺寸約 束，諸如通過一系列圖像的最小和最大尺寸。運動學(xué)特征可用于過濾出大部分剛體干擾。
[0076]在方塊504，可分析羽狀流的概率性特征。例如，概率性特征可包括化學(xué)羽狀流的 空間圖形、化學(xué)羽狀流的瞬時圖形或任意數(shù)目的其它特征。分析可包括聯(lián)合空間和時間分 析，諸如快速動態(tài)紋理算法。在概率性分析中，統(tǒng)計學(xué)模型——由兩種類型的方程式來描 述，例如演化方程和觀測方程，其分別模擬固有狀態(tài)隨時間演變的方式和固有狀態(tài)投射于 圖像像素的方式——可以擬合片段化的像素數(shù)據(jù)。參數(shù)可由矩陣來估算。也可應(yīng)用其它概 率性分析技術(shù)，諸如主成分分析(PCA)。在PCA中，確定引起羽狀流變化的變量，諸如風(fēng)速和 風(fēng)向與羽狀流中所示變化的統(tǒng)計學(xué)比較。
[0077]可以收集其它數(shù)據(jù)，以協(xié)助識別和確認(rèn)羽狀流。在方塊506，一系列可見圖像或視 頻流可以捕獲泄露環(huán)境。如果懷疑羽狀流存在，則可將可見圖像存儲在視頻檔案中，如在方 塊412所示。另外，可收集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)508，如前所述。
[0078]在方塊510，可將額外的數(shù)據(jù)與利用非可見圖像諸如IR光譜中的圖像鑒別的羽狀 流進(jìn)行比較。例如，可見圖像可以用于區(qū)分有機蒸氣羽狀流和水蒸汽。通常，有機羽狀流在 非可見圖像中可以是暗的，并且在可見圖像中不太可見。相反，蒸汽羽狀流由于放出的熱而 在非可見圖像中可以是亮的，并且在可見圖像中可見。除了提高檢測之外，可見圖像還可以 用于定位工廠環(huán)境中的泄露，例如，通過比較紅外線光譜中照相機的重合圖像與可見光譜 中照相機的重疊圖像。
[0079]通過利用來自氣象監(jiān)測器的數(shù)據(jù)，氣體羽狀流檢測也可得到提高或確認(rèn)。例如，計 算的羽狀流的運動可與風(fēng)向進(jìn)行比較，諸如在PCA算法中。如果羽狀流的運動與風(fēng)向不一 致，則羽狀流鑒別可能是不正確的。針對方塊502、504和510論述的每一算法均可產(chǎn)生對 應(yīng)于羽狀流是否真實的數(shù)字度量。
[0080]在方塊512，來自各方塊502、504和510的數(shù)據(jù)被用于決策工具中，以確認(rèn)羽狀流 的存在。決策工具可以是用作非二進(jìn)制線性分類器的支持向量機(SVM)。在SVM中，方塊 502,504和510的多重迭代的結(jié)果——例如利用模擬的羽狀流或記錄的羽狀流數(shù)據(jù)——被 用于在決策空間中產(chǎn)生超平面。超平面的一面對應(yīng)于確定的羽狀流，而超平面的另一面對 應(yīng)于沒有羽狀流。在操作中，SVM計算可產(chǎn)生對應(yīng)于羽狀流在一面還是在另一面的數(shù)字，提 供對于羽狀流是否被確認(rèn)的確定。
[0081]替代SVM或除了 SVM以外，其它機器獲知技術(shù)(machine learning techniqcues) 可用作決策工具。例如，利用控制的蒸氣釋放模擬羽狀流或記錄的羽狀流數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可 以被訓(xùn)練成識別工廠環(huán)境中的羽狀流。其它技術(shù)可應(yīng)用來自觀測和數(shù)據(jù)庫的矩陣之間的類似性測量。
[0082]圖6是控制自主檢測系統(tǒng)——如在圖3中所述——的方法600的方塊圖。方法600 可用于將圖4和5的方法整合成單一控制方案，用于自主檢測化學(xué)羽狀流和鑒別泄露。還參 考圖3，方法600在方塊602始于服務(wù)器應(yīng)用的初始化，例如，在中央服務(wù)器302上，在DCS 中或在其它工廠系統(tǒng)上。在方塊604，數(shù)據(jù)庫，例如存儲在數(shù)據(jù)檔案322中的SQL數(shù)據(jù)庫，可 被查詢，以確定自主檢測系統(tǒng)300的照相機配置數(shù)據(jù)。這樣的配置數(shù)據(jù)可包括照相機數(shù)目、 照相機類型、照相機位置和其它信息，諸如氣象臺的訪問參數(shù)。針對各照相機產(chǎn)生單獨的處 理線程606，所述照相機諸如紅外線光譜中的照相機336和可見光譜中的照相機338。下列 方塊在自主檢測系統(tǒng)300中針對各照相機而并行操作，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是清 楚的。而且，自主檢測系統(tǒng)300在環(huán)境中可以具有多個照相機，諸如三個或更多個可在多種 波長處操作的照相機336和三個或更多個與視野重疊的可見光照相機338。
[0083]在方塊608，可針對照相機的步長(step)配置查詢數(shù)據(jù)庫。步長配置代表照相機 系統(tǒng)的位置，諸如由照相機遙攝和傾斜機構(gòu)344設(shè)置。在采取一步長(a step)后,照相機 可停止并掃描羽狀流。在方塊610，對于照相機是否處于自動模式做出確定。如果不是，則 處理流程進(jìn)行至方塊612，其中狀態(tài)被記錄和線程(thread)被暫停，例如I分鐘。處理流程 在暫停后返回至方塊610，以再次檢查照相機是否處于自動模式。在實施方式中，在選擇次 數(shù)的迭代之后，諸如2、3、4或5次之后，照相機可以通過自主檢測系統(tǒng)300返回自動模式， 以避免意外地被置于手動模式。如果在方塊610確定照相機處于自動模式，則處理流程進(jìn) 行至方塊614。
[0084]在方塊614，查詢數(shù)據(jù)庫，以確定步長是否已被更新，例如掃描之間的較小或較大 運動是否已經(jīng)被選擇。如果是，則處理流程進(jìn)行至方塊616，其記錄步長配置事件。然后，處 理流程返回至方塊608，以檢索新的步長配置。如果步長配置在方塊614尚未被更新，則處 理流程進(jìn)行至方塊618。在方塊618，照相機被移動至程序中的下一步長。在方塊620，當(dāng)前 的步長被記錄為新的照相機位置，并且線程被暫停一定的時間段，同時照相機移動。在方塊 622，照相機狀態(tài)在數(shù)據(jù)庫中被更新成處理中，并且該更新被記錄。在方塊624，針對照相機 產(chǎn)生泄露檢測線程626，激活泄露檢測算法628。泄露檢測算法628可應(yīng)用針對圖4論述的 方法400。在泄露檢測算法628運行期間，可將照相機狀態(tài)維持為處理中。當(dāng)泄露檢測算法 628終止時，照相機狀態(tài)可轉(zhuǎn)變成非處理中。
[0085]在方塊630，可針對照相機是否在處理(占用)中做出確定。如果照相機在處理中， 則在方塊632，處理狀態(tài)被記錄，并且照相機控制線程，即，方法600被暫停，例如10秒，然后 返回至方塊630，以重復(fù)對處理狀態(tài)的檢查。如果處理狀態(tài)已經(jīng)變化，并且照相機不再是處 理中，例如泄露檢測算法已經(jīng)終止，則處理流程進(jìn)行至方塊634。在方塊634，照相機向非處 理中的變化被記錄，并且，處理流程返回至方塊610，以重啟方法600。
[0086]一些改變可用于實施方式中，以提高自主檢測系統(tǒng)300的可靠性、使用簡易性或 實施簡易性。在實施方式中，泄露建模結(jié)果、泄露檢測標(biāo)準(zhǔn)、照相機和透鏡特性以及算法要 求可以組合，以形成部署參考圖表(deployment reference chart),用于設(shè)置自主檢測系 統(tǒng) 300。
[0087]自主檢測系統(tǒng)300的可靠性可通過受控的烴釋放進(jìn)行手動或自主測試。來自受控 釋放的羽狀流的檢測可驗證自主檢測系統(tǒng)300處于良好的工作狀況。[0088]檢測可靠性還可通過利用各種烴流中的化學(xué)標(biāo)記得以提高?；瘜W(xué)標(biāo)記可以是被添 加以增加特定波長處的吸收或發(fā)射的物質(zhì)。這樣的標(biāo)記可使其它檢測技術(shù)的應(yīng)用更有用。 例如，熒光化學(xué)制品可以非常少的量加入到烴流中，諸如百萬分之幾份，因為這些化合物常 常具有高量子產(chǎn)率，量子產(chǎn)率是發(fā)射的光子數(shù)除以吸收的光子數(shù)。因為發(fā)射光的波長可能 不與天然源重疊，所以從熒光鑒別羽狀流可以是直接的。
[0089]上述方法不一定用于分離。點源監(jiān)測器可以與自主檢測系統(tǒng)整合，以確認(rèn)警報。而 且，多個照相機視域和激光測距儀可通過感興趣區(qū)域的三角測量(triangulation)而提供 泄露確認(rèn)。
[0090]自主檢測系統(tǒng)300不限于可安裝在桿上的照相機。在實施方式中，照相機可以是 可安裝在桿上、連接至自控移動平臺、放置于方便定位的塔上或從纜或氣囊懸浮。自主檢測 系統(tǒng)300還可被整合成移動機器人，其可以是自控的或由操作人員操縱。
[0091]而且，在一個或多個另外的實施方式中，系統(tǒng)還可包括氣體檢測裝置，其可與自主 檢測系統(tǒng)一起被應(yīng)用。該實施方式可包括一個或多個氣體檢測傳感器，其通過無線介質(zhì)或 通過有線連接與氣體檢測器控制裝置和/或至自主檢測系統(tǒng)中的一個裝置連通。例如，氣 體檢測傳感器可以圍繞設(shè)施分布于各個位置，諸如鄰近于裝置、管聯(lián)接器或法蘭。氣體檢測 傳感器可被配置成檢測管聯(lián)接器或法蘭附近區(qū)域內(nèi)的一種或多種成分。因此，氣體檢測系 統(tǒng)可用于提供額外的信息給自主檢測系統(tǒng)，以進(jìn)一步加強對泄露位置的確定和/或可用作 單獨的泄露檢測系統(tǒng)。
[0092]氣體檢測系統(tǒng)可包括一個或多個氣體檢測傳感器，以提供這種加強。例如,氣體檢 測系統(tǒng)可包括無線通信和/或物理通信；可以預(yù)定的速率捕獲樣品。系統(tǒng)中的氣體檢測傳 感器可被配置成在超過閾值后和/或在取樣氣體的組成變化已經(jīng)從前一樣品變化了特定 量后傳輸指示。在其它實施方式中，系統(tǒng)可被配置成顯示指示給控制單元，并且，在取樣氣 體的組成變化已經(jīng)超過閾值或在樣品間的變化超出特定量后可以顯示警報。
[0093]在一個或多個實施方式中，系統(tǒng)裝置可利用一個或多個不同的電源，諸如太陽能 電源、電池電源和/或設(shè)施提供的電源，以維持操作而無需考慮狀況的不同。作為實例，氣 體檢測傳感器可被配置成利用太陽能和電池電源來減少對物理電纜和由設(shè)施處的裝置提 供的電源的依賴。
[0094]雖然本發(fā)明技術(shù)可容易接受各種改動和可選形式，但上述實施方式僅通過舉例方 式顯示。然而，還應(yīng)該理解所述技術(shù)不意圖限于本文所公開的【具體實施方式】。實際上，本發(fā) 明技術(shù)包括落入所附權(quán)利要求的實質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有替代方案、改動和等同物。
[0095]實施方式
[0096]本文所述的實施方式提供自主檢測化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括照相機，其能夠 在至少由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁(EM)輻射的波長處產(chǎn)生圖像；和分析系統(tǒng)，其被配置 成分析來自照相機的一系列圖像。分析系統(tǒng)包括處理器；和非臨時性計算機可讀介質(zhì)，其包 括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器執(zhí)行功能。功能包括鑒別圖像中對象的多個確定性 特征和多個概率性特征、與在接近的時間收集的另一圖像比較多個確定性特征或多個概率 性特征或兩者，和確定比較圖像之間的變化是否代表化學(xué)羽狀流。
[0097]在一些實施方式中，確定性特征可包括化學(xué)羽狀流的幾何特征。幾何特征可包括 化學(xué)羽狀流的尺寸、化學(xué)羽狀流的形狀、化學(xué)羽狀流的邊緣或其任意組合。[0098]在一些實施方式中，概率性特征可包括化學(xué)羽狀流的運動學(xué)特征。運動學(xué)特征可 包括化學(xué)羽狀流的運動、化學(xué)羽狀流的尺寸變化、化學(xué)羽狀流的形狀或化學(xué)羽狀流的位置 或其任意組合。概率性特征可以是化學(xué)羽狀流的空間圖形或化學(xué)羽狀流的瞬時圖形或兩者。
[0099]在實施方式中，光的波長在紅外線波長范圍內(nèi)。例如，光的波長可以是約3.1iim 和3.6iim之間。在一些實施方式中,光的波長可以在紫外線波長范圍內(nèi)。在一些實施方式 中，光的波長可以在可見光波長范圍內(nèi)。
[0100]系統(tǒng)可包括分布式控制系統(tǒng)，其被配置成接收來自分析系統(tǒng)的警報信號。人機界 面可被配置成在一定的位置瞄準(zhǔn)照相機。
[0101]系統(tǒng)可包括氣象測量系統(tǒng)，其被配置成收集關(guān)于氣象狀況的數(shù)據(jù)。氣象狀況可包 括濕度測量、溫度測量、日射測量或其任意組合。
[0102]可通過系統(tǒng)成像的化學(xué)種類可包括烴。例如，化學(xué)種類可包括甲烷、乙烷、乙烯、丙 烷、丙烯或其任意組合?；瘜W(xué)種類是在水體表面上形成羽狀流的液態(tài)烴。
[0103]本文所述另一實施方式提供自主檢測化學(xué)羽狀流的方法。方法包括至少在選擇以 被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光的波長處從照相機獲得多個圖像。分析圖像，以鑒別連續(xù)圖像 之間的確定性特征的變化、概率性特征的變化或兩者；至少部分基于變化識別化學(xué)羽狀流。
[0104]在實施方式中，方法可包括從可見光照相機獲得第二組圖像，其中第二組圖像的 區(qū)域接近于通過檢測照相機成像的區(qū)域。在該實施方式中，第二多個圖像與來自檢測照相 機的多個圖像重疊，以確定化學(xué)羽狀流的位置。
[0105]方法可包括至少在選擇以被化學(xué)種類吸收的光波長處用照射源照射區(qū)域和從樣 品空間獲得來自檢測照相機的圖像。
[0106]如果在來自檢測照相機的圖像流中識別化學(xué)羽狀流，可將信息發(fā)送至遠(yuǎn)程位置。 來自檢測照相機的圖像可與位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以鑒別化學(xué)羽狀流的位置。
[0107]在實施方式中，分析圖像流包括將圖像流簡化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括來 自一系列圖像數(shù)據(jù)的幀的幀-與-幀比較的數(shù)字表。可以訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以從產(chǎn)自多個圖 像的數(shù)字表識別化學(xué)羽狀流。
【權(quán)利要求】
1.自主檢測化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，包括: 照相機，其能夠至少在由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁(EM)輻射的波長處產(chǎn)生圖像；和 分析系統(tǒng)，其被配置成分析來自所述照相機的一系列圖像，包括: 處理器；和 非臨時性計算機可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器: 鑒別圖像中對象的多個確定性特征和多個概率性特征； 與在接近的時間收集的另一圖像比較所述多個確定性特征或所述多個概率性特征或兩者；和 確定所述比較圖像之間的變化是否代表化學(xué)羽狀流。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中確定性特征包括所述化學(xué)羽狀流的幾何特征。
3.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述幾何特征包括所述化學(xué)羽狀流的尺寸、所述化學(xué)羽狀流的形狀、所述化學(xué)羽狀流的邊緣或其任意組合。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中概率性特征包括所述化學(xué)羽狀流的運動學(xué)特征。
5.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述運動學(xué)特征包括所述化學(xué)羽狀流的運動、所述化學(xué)羽狀流的尺寸變化、所述化學(xué)羽狀流的形狀或所述化學(xué)羽狀流的位置或其任意組合。
6.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中概率性特征包括所述化學(xué)羽狀流的空間圖形或所述化學(xué)羽狀流的瞬時圖形或兩者。
7.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光的波長在紅外線波長范圍內(nèi)。
8.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中光的波長在約3.Ιμ--和3.6 μ m之間。
9.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光的波長在紫外線波長范圍內(nèi)。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光的波長可見光波長范圍內(nèi)。
11.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括分布式控制系統(tǒng)，其被配置成接收來自所述分析系統(tǒng)的警報信號。
12.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括人機界面，其被配置成在一定的位置瞄準(zhǔn)所述照相機。
13.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括氣象測量系統(tǒng)，其被配置成收集關(guān)于氣象狀況的數(shù)據(jù)。
14.權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述氣象狀況包括濕度測量、溫度測量、日射測量或其任意組合。
15.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類包括烴。
16.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯或其任意組合。
17.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類是在水體表面上形成羽狀流的液態(tài)烴。
18.自主檢測化學(xué)羽狀流的方法，包括: 至少在選擇以被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光的波長處從檢測照相機獲得多個圖像； 分析所述多個圖像，以鑒別連續(xù)圖像之間確定性特征的變化、概率性特征的變化或兩者；和 至少部分基于所述變化識別化學(xué)羽狀流。
19.權(quán)利要求18所述的方法，包括:從可見光照相機獲得第二多個圖像，其中所述第二多個圖像的區(qū)域接近于在來自所述檢測照相機的多個圖像中成像的區(qū)域； 使所述第二多個圖像與來自所述檢測照相機的所述多個圖像重疊，以確定所述化學(xué)羽狀流的位置。
20.權(quán)利要求18所述的方法，包括: 至少在選擇以被化學(xué)種類吸收的光的波長處用照射源照射區(qū)域；和 從樣品空間中獲得來自所述檢測照相機的所述多個圖像。
21.權(quán)利要求18所述的方法，包 括當(dāng)在來自檢所述測相機的所述多個圖像中識別化學(xué)羽狀流時，發(fā)送信息給遠(yuǎn)程位置。
22.權(quán)利要求18所述的方法，包括比較來自所述檢測照相機的所述多個圖像與位置數(shù)據(jù)，以鑒別所述化學(xué)羽狀流的位置。
23.權(quán)利要求18所述的方法，其中分析所述多個圖像包括將圖像流簡化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括來自一系列圖像數(shù)據(jù)的幀的幀-與-幀比較的數(shù)字表。
24.權(quán)利要求23所述的方法，包括訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從所述數(shù)字表識別所述化學(xué)羽狀流。
【文檔編號】H04N5/33GK103460686SQ201280014610
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月25日
【發(fā)明者】J·M·撤本, Y·曾, J·莫里斯, Y·阮 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>