CN105299476B - 一种基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，该方法包括：步骤1，获取管道现场的初始泄漏数据序列；步骤2，计算该初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列；步骤3，计算一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列；步骤4，计算二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列；步骤5，根据一次峰点序列、一次谷点序列、二次峰点序列、二次谷点序列、三次峰点序列及三次谷点序列中的多个序列，寻找泄漏拐点，进行泄漏的诊断与漏点的定位。
Description
技术领域
本发明涉及管道泄漏检测定位领域，尤指一种基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法。
背景技术
现今，管道运输方式已经是一种常见的运输手段。但是，随着管线的增多，管龄的增长，管道事故发生的概率增大，管道泄漏事故时有发生。发生管道泄不仅会给管道运营单位造成直接的经济损失，还会造成环境污染、甚至火灾，严重地威胁周边群众人生安全，给国家带来不可估量的损失。所以，目前国内实时泄漏诊断系统已经成为每条液体管道运行的配备必备的系统，它为尽早发现泄漏以尽快采取补救措施，从而将损失控制在最小范围提供了基础。
泄漏诊断系统按其实现的机理与方法不同呈现多种类型：有延管道敷设温感线缆、震动探头、光纤等，检查沿线(管道)的温度、震动信号变化的“线类型”，也有检查管道沿线泵站(或站)的工艺参数(压力、流量等)变化的“点类型”。
点类型中又分模型法和非模型。模型法实际上是一套实时仿真方法，它根据实际敷设的管道和沿线泵站(或站)现场工艺设备的设置，运用水利计算，建立一整套涉及各种工艺设备的数学模型并对现场工艺数据比较以检测是否泄漏。非模型是实时检查沿线泵站(或站)的几个重要工艺参数(压力、流量等)变化判定是否沿线是否发生泄漏。
密闭的液体管道发生泄漏时，在泄漏点处产生一个“负压波”(压力值为负)，它以相同的速度(约1000米/秒)向上下游端分别传输，致使漏点的上游端流量增加、压力减少；下游端流量与压力都减少。
非模型法的点类型泄漏诊断系统就是利用各进出站压力、流量数据变化来判断泄漏发生与漏点的定位。通过实时查找各压力、流量数据增大与减小的开始点(泄漏拐点)进行漏点的定位。
在应用如上所述的系统时，大多数情况下，各泄漏诊断系统都能较好的找到拐点，做出正确的报警。然而，到目前为止，国内外的所有泄漏诊断系统均不能达到泄漏报警及漏点定位与泄漏事件一一对应，都存在着一定程度的误报与漏报。由于压力、流量数据曲线的“不好”，呈现“宽带”(如图1A所示)，无疑给泄漏诊断查找泄漏拐点带来很大障碍。针对“宽带”情况，目前各系统通过两种方法改善曲线质量。
一种方法是在信号输入端加装“信号调理器”，滤掉高频电磁干扰信号。不过它只能滤掉高频的干扰信号，不能解决曲线“宽带”的全部问题。例如，图1A所示为某实际管道现场的压力P曲线，图1B所示为经过了低通滤波调理器的压力P曲线，没有起到理想的效果。
另一种方法是利用信号处理相关算法对原始数据先进行预处理，然后利用处理过的二次数据再进行泄漏拐点查找。虽然计算后的曲线变得平滑了，可以改变曲线“宽带”问题，但其曲线与原数据曲线存在着不同程度、不定时长时间偏移，而这是泄漏诊断系统不希望发生的(因为泄漏诊断系统要计算上、下游站泄漏拐点的时间差，所以希望全系统统一时钟)。
上述的泄漏定位检测方法都存在一定的缺陷。
发明内容
为克服现有泄漏定位检测方法的缺陷，本发明提出了一种基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，可以实现无时间延迟且使“宽带”曲线变窄的泄漏定位检测。
为达到上述目的，本发明提出了一种基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，该方法包括：步骤1，获取管道现场的初始泄漏数据序列；步骤2，计算该初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列；步骤3，计算所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列；步骤4，计算所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列；步骤5，根据所述一次峰点序列、一次谷点序列、二次峰点序列、二次谷点序列、三次峰点序列及三次谷点序列中的多个序列，寻找泄漏拐点，进行泄漏的诊断与漏点的定位。
通过本发明提出的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，可以在初始数据曲线经过平滑峰点或谷点处理后，显而易见地查找到泄漏拐点，根据泄漏拐点即可进行泄漏的诊断，实现准确地定位管线泄漏的位置。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1A为利用管道现场某压力原始数据的曲线示意图。
图1B为对图1A的曲线进行低通滤波后的曲线示意图。
图2为本发明一实施例的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法流程示意图。
图3A为本发明一具体实施例的管道现场压力数据的曲线示意图。
图3B为图3A的一次峰点、二次峰点、三次峰点的曲线示意图。
图4A至图4C分别为图3A的一次峰点、二次峰点、三次峰点的曲线示意图。
图5A为本发明另一具体实施例的管道现场压力数据的曲线示意图。
图5B至图5D分别为图5A的一次峰点、二次峰点、三次峰点的曲线示意图。
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
图2所示为本发明一实施例的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法流程示意图。如图2所示，该方法包括：
步骤1，获取管道现场的初始泄漏数据序列；
步骤2，计算该初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列；
步骤3，计算一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列；
步骤4，计算二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列；
步骤5，根据一次峰点序列、一次谷点序列、二次峰点序列、二次谷点序列、三次峰点序列及三次谷点序列中的多个序列，定位该管道的泄漏位置。
具体地，上述通过平滑峰点或谷点定位管道泄漏的实现思路为：
首先，可以将每条现场数据(序列)曲线理解成是由各个凹凸小波形组成。曲线的凹凸是彼此以对方的存在而存在，曲线上升与下降的走向由这些凹凸波形所体现。分别将所有凹点(凹波形的最小点)或所有凸点(凸波形的最大点)连成一条曲线，仍然能(直接全面地)反映出的原曲线上升或下降的走向。实际上原数据曲线在以凸型线为上限，凹型线为下限间波动。
虽然不论是凹、凸型线的哪一种与原曲线比都有些“变形”，但它们的震动要明显小于原数据曲线，就是进行一次平滑。并且，泄漏定位检测主要关注的是曲线总体的上升与下降，特别是什么时刻开始上升或下降，而忽略曲线是怎样上升或下降，曲线在保持总体原有上升与下降的走势的前提下，有些变形对拐点的查找没有影响。
在本申请中，将凸点称为峰点，凹点称为谷点，这种没有时间延迟的平滑法可以称之为峰谷平滑法，简称HV(Hump and Valley)法。
利用峰谷平滑法进行泄漏定位时，前述每一步求出的序列(即，一、二、三次峰点或谷点序列)都可以作为泄漏定位的依据，通过其中多个序列可以更综合地进行泄漏定位。
具体而言，在步骤S102中，计算该初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列，包括：
步骤S1021，计算该初始泄漏数据序列中相邻的初始泄漏数据之间的差值，形成差值序列。
步骤S1022，根据该差值序列中每相邻两个差值数据的关系，获得所述初始泄漏数据序列的峰点或谷点；
具体地，峰点和谷点可以通过以下方法判断获得：
首先，以相邻的初始泄漏数据的差值是后一项数据减前一项数据计算获得为例。
判断在该差值序列中相邻的两个差值数据分别与0的比较关系；
当相邻的两个差值数据的前一项差值数据≥0且后一项差值数据＜0时，选取计算这两项差值数据时共有的初始泄漏数据为该初始泄漏数据序列的峰点；
当相邻的两个差值数据的前一项差值数据≤0且后一项差值数据＞0时，选取计算这两项差值数据时共有的初始泄漏数据为该初始泄漏数据序列的谷点。
步骤S1023，根据所述初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列。
例如，初始泄漏数据序列为一组待处理的数据序列a1、a2、…、aj、aj+1、…、am。
计算该数据序列的峰点的步骤如下：
在数据序列a1、a2、…、aj、aj+1、…、am中，将相邻的数据做差值，如，Zj＝aj+1-aj，由差值形成一组差值序列，其中j＝1，2，…，m-1。
当相邻的两个差值的前一项(例如Zj-1)≥0且后一项(例如Zj)＜0时，则称计算这两项差值时共有的数据项(即，aj点)是数据序列a1、a2、…、aj、aj+1、…、am的峰点。其中，aj为计算Zj-1(＝aj-aj-1)和Zj(＝aj+1-aj)时共有的数据项。
计算该数据序列的谷点的步骤如下：
在数据序列a1、a2、…、aj、aj+1、…、am中，将相邻的数据做差值，如，Zj＝aj+1-aj，由差值形成一组差值序列，其中j＝1，2，…，m-1。
当相邻的两个差值的前一项(例如Zj-1)≤0且后一项(例如Zj)＞0时，则称计算这两项差值时共有的数据项(即，aj点)是数据序列a1、a2、…、aj、aj+1、…、am的谷点。其中，aj为计算Zj-1(＝aj-aj-1)和Zj(＝aj+1-aj)时共有的数据项。
利用该些峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列。
以下通过一具体初始泄漏数据序列为例说明如何获得该序列峰、谷点：
例如，初始泄漏数据序列为：3、4、2、1、5。
计算该序列的差值序列(相邻的后一项减前一项)为：4-3、2-4、1-2、5-1，即1、-2、-1、4。
通过差值序列判断初始泄漏数据序列的峰、谷点，如：差值前两项1、-2符合峰点的情况(1≥0且-2＜0)，则计算这两项差值所共用利用的4为初始泄漏数据序列的峰点；以此类推，可判断获得1为初始泄漏数据序列的谷点。
在步骤S103中，计算所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列，包括：
步骤S1031，计算所述一次峰点序列中相邻的峰点数据之间的差值或一次谷点序列中相邻的谷点数据之间的差值，形成一次峰点差值序列或一次谷点差值序列；
步骤S1032，根据该一次峰点差值序列中每相邻两个峰点差值数据的关系或该一次谷点差值序列中每相邻两个谷点差值数据的关系，获得所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点；
步骤S1033，根据所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列。
在步骤S1031-S1033中计算峰点或谷点所采用的算法可以参考步骤S102的实施例。与步骤S102不同的是，步骤S102的目标是计算初始泄漏数据序列的峰、谷点，形成一次峰、谷点序列，步骤S103是进一步计算一次峰、谷点序列的峰、谷点，形成二次峰、谷点序列。
在步骤S104中，计算所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列，包括：
步骤S1041，计算所述二次峰点序列中相邻的峰点数据之间的差值或二次谷点序列中相邻的谷点数据之间的差值，形成二次峰点差值序列或二次谷点差值序列；
步骤S1042，根据该二次峰点差值序列中每相邻两个峰点差值数据的关系或该二次谷点差值序列中每相邻两个谷点差值数据的关系，获得所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点；
步骤S1043，根据所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列。
在步骤S1041-S1043中计算三次峰点或三次谷点的所采用的算法可以参考步骤S102的实施例。与步骤S102不同的是，步骤S102的目标是计算初始泄漏数据序列的峰、谷点，形成一次峰、谷点序列，步骤S104是用来计算二次峰、谷点序列的峰、谷点，形成三次峰、谷点序列。
在步骤S105中，可以根据所述一次峰点序列、二次峰点序列、三次峰点序列查找曲线下降的泄漏拐点或根据所述一次谷点序列、二次谷点序列、三次谷点序列查找曲线上升的泄漏拐点，根据该泄漏拐点定位该管道的泄漏位置。
在本实施例中，得到的各个峰点序列或谷点序列可以具有以下物理含义：
一次峰点序列、一次谷点序列可以平滑掉现场仪表的综合漂移引起的波动；
二次峰点序列、二次谷点序列可以平滑掉管道内液体压力的波动；
三次峰点序列、三次谷点序列可以反应管道内液体真实压力变化。
为了对上述基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法进行更为清楚的解释，下面结合具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。
结合图3A所示，为本发明一具体实施例的管道现场压力数据的曲线示意图。以求取峰点为例，利用本发明的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，可以求得如图3B所示的一次峰点、二次峰点、三次峰点的曲线示意图。
再结合图4A至图4C来看，分别为图3A的一次峰点、二次峰点、三次峰点的曲线示意图。如图4A所示，一次峰点曲线可以平滑掉现场仪表的综合漂移引起的波动。如图4B所示，二次峰点曲线可以平滑掉管道内液体压力的波动。如图4C所示，三次峰点曲线可以反应管道内液体真实压力变化。
综合利用上述的多个峰点曲线来看，可以显而易见地查找到曲线下降(数值减小)的泄漏拐点，根据泄漏拐点即可进行泄漏的诊断，以便准确地定位管线泄漏的位置。
在另一实施例中，图5A为本发明另一具体实施例的管道现场压力数据的曲线示意图。图5B至图5D分别为图5A的一次峰点、二次峰点、三次峰点的曲线示意图。结合图5A至图5D来看，初始数据曲线经过三次平滑峰点处理后，可以利用一次峰点、二次峰点、三次峰点综合进行泄漏定位，显而易见地查找到泄漏拐点，以便进行泄漏的诊断与漏点的定位。
在实际应用中，通过谷点进行泄漏定位非常重要。例如，如果有盗油情况发生时，盗油者一般会缓慢开启阀门，这样管道压力曲线会缓慢出现压力下降，此时不易发现盗油。但是，当盗油结束阀门关闭时，管道压力曲线会出现压力上升，此时出现曲线上升(数值增大)的泄漏拐点，可以此发现盗油情况。
通过本发明提出的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，可以在初始数据曲线经过平滑峰点或谷点处理后，显而易见地查找到泄漏拐点，根据泄漏拐点即可进行泄漏的诊断，实现准确地定位管线泄漏的位置。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1，获取管道现场的初始泄漏数据序列；
步骤2，计算该初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列，以平滑掉现场仪表的综合漂移引起的波动；
步骤3，计算所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列，以平滑掉管道内液体压力的波动；
步骤4，计算所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列，以反应管道内液体真实压力变化；
步骤5，根据所述一次峰点序列、一次谷点序列、二次峰点序列、二次谷点序列、三次峰点序列及三次谷点序列中的多个序列，寻找泄漏拐点，进行泄漏的诊断与漏点的定位。
2.根据权利要求1所述的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，其特征在于，在步骤2中，计算该初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列，包括：
计算该初始泄漏数据序列中相邻的初始泄漏数据之间的差值，形成差值序列；
根据该差值序列中每相邻两个差值数据的关系，获得所述初始泄漏数据序列的峰点或谷点；
根据所述初始泄漏数据序列的峰点或谷点，形成一次峰点序列或一次谷点序列。
3.根据权利要求1所述的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，其特征在于，在步骤3中，计算所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列，包括：
计算所述一次峰点序列中相邻的峰点数据之间的差值或一次谷点序列中相邻的谷点数据之间的差值，形成一次峰点差值序列或一次谷点差值序列；
根据该一次峰点差值序列中每相邻两个峰点差值数据的关系或该一次谷点差值序列中每相邻两个谷点差值数据的关系，获得所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点；
根据所述一次峰点序列的峰点或一次谷点序列的谷点，形成二次峰点序列或二次谷点序列。
4.根据权利要求1所述的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，其特征在于，在步骤4中，计算所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列，包括：
计算所述二次峰点序列中相邻的峰点数据之间的差值或二次谷点序列中相邻的谷点数据之间的差值，形成二次峰点差值序列或二次谷点差值序列；
根据该二次峰点差值序列中每相邻两个峰点差值数据的关系或该二次谷点差值序列中每相邻两个谷点差值数据的关系，获得所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点；
根据所述二次峰点序列的峰点或二次谷点序列的谷点，形成三次峰点序列或三次谷点序列。
5.根据权利要求1所述的基于平滑峰点或谷点定位管道泄漏的方法，其特征在于，在步骤5中，根据所述一次峰点序列、一次谷点序列、二次峰点序列、二次谷点序列、三次峰点序列及三次谷点序列中的多个序列，寻找泄漏拐点，进行泄漏的诊断与漏点的定位，包括：
根据所述一次峰点序列、二次峰点序列、三次峰点序列查找曲线下降的泄漏拐点或根据所述一次谷点序列、二次谷点序列、三次谷点序列查找曲线上升的泄漏拐点。
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