CN107917342A - 天然气站场无人值守声像定位监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天然气站场无人值守声像定位监控系统，包括：声探测子系统，采集音频信号，并与站场环境声学数据库和异常事件数据库比对进行识别定位；视频子系统，通过现场布置的摄像头实时采集视频信息，发送至视频服务器，进行综合分析；主控系统，实时监测突发事件，并与数据库中典型突发事件声信号比对，识别危险级别的敏感事件，并联动视频子系统复核；通信子系统，实现主控系统与视频子系统、声探测子系统之间的通信；供电子系统，为上述系统供电。本发明还涉及天然气站场无人值守声像定位监控方法。当存在异常事件时，可以及时发警报，并确定异常事件的发生位置。低功耗被动工作，不受夜间光线影响，适应长期连续工作。

Description

天然气站场无人值守声像定位监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种次天然气站场无人值守声像定位监控系统及方法，该种系统方法适合用于所有天然气站场进行无人值守声像定位监控。

背景技术

天然气长输管道、站场、阀室一旦发生泄漏，会发生爆炸、污染及连锁的次生灾害，所以管道的安全管理尤为重要，而常规的管道安全管理手段，常常以人工巡检的方式进行，具有一定的主观性和不确定性，给管道的安全带来了巨大的隐患，而科技的手段可以提高管理的效率且弥补人工看护产生的疲劳遗漏。目前输(油)气管道基本上已经采用了工业控制系统，对管道输送过程中发生输送异常能起到监控作用，但对管道发生的瞬态泄漏无法准确判断。

而现阶段，在天然气站场，并没有一种基于声像定位的监控系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种天然气站场无人值守声像定位监控系统及方法，实现无人值守且能够不受光线影响。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

天然气站场无人值守声像定位监控系统，包括声探测子系统、视频子系统、主控系统、通信子系统和供电子系统：

声探测子系统，采集音频信号，通过网络传输到云平台并与站场环境声学数据库和异常事件数据库比对进行识别定位，并与相应的视频、气象数据综合，形成完整的站场监控管理系统；声探测子系统实时采集本地声信号，通过对网络化声学节点数据的融合处理，能够反应整个监控区域内不同时刻的声场分布情况，并根据声信号特征的变化情况实时检测识别突发事件；

视频子系统，通过现场布置的摄像头实时采集视频信息，发送至视频服务器，融合其他子系统，进行综合分析；

主控系统，汇集城探测子系统的数据，实时监测突发事件，并与数据库中典型突发事件声信号比对，识别相关事件类型，对于危险级别的敏感事件，并联动视频子系统复核；

通信子系统，实现主控系统与视频子系统、声探测子系统之间的通信；

供电子系统，为主控系统、视频子系统、声探测子系统供电。

在进一步的技术方案中，所述声探测子系统包括4台8元麦克风阵列，以及相应的信号采集处理主机。

在进一步的技术方案中，所述通信系统包括有线和无线两种结构中的一种或多种。

在进一步的技术方案中，所述供电子系统包括市电供电、太阳能供电、蓄电池供电中的一种或多种。

本发明公开的天然气站场无人值守声像定位监控方法，包括如下步骤：

建立起天然气站场的声场数据库特征；

利用信息融合和信号处理算法完成监控区域内突发事件的检测和定位；

当事件类型识别为强冲击声学特征的异常事件时，在事件发生的时间与空间点产生异于相关统计分布的监测值，判断异常事件满足定位条件时，利用精确定位确定区域，启用视频子系统联动复核，启动应急预案处理，从而发出警报，实现对站场的异常而行时间进行预警及控制。

在进一步的技术方案中，所述信号处理算法融合有若干信号预处理技术和定位算法，包括但不限于对各通道信号预处理、检测、同步对齐、时延补偿、数据融合、声学事件定位与修正运算；具体步骤为，通过各通道采集到数据后，采用时域处理方法，对信号进行预处理，减少噪声的影响，增强目标信号强度，而后，对于不同通道的信号，进行同步对齐和时域补偿，接着对各通道数据进行数据融合，最终实现声学事件的定位，并针对结果，进行修正运算。

在进一步的技术方案中，为了进一步识别突发事件类型，需要利用信号空间变换方法把监测到的噪声信号投影到特征空间，采用特征空间的特征参数来描述环境噪声的构成情况。

在进一步的技术方案中，所述信号空间变换方法包括时频分析方法和信号处理方法，其中时频分析方法包括小波分析方法，信号处理方法包括频谱分析、倒谱分析、包络谱分析，并结合频谱细化、经验模态分解、希尔伯特变换。

在进一步的技术方案中，利用精确定位确定区域时，使用若干台阵列组网的麦克风，采用DOA方法进行站场突发事件定向，进而利用多个定向结果精确定位或给出大致区域。

在进一步的技术方案中，进行定位时，使用的方法包括波束形成和信号子空间法，在声学探测子系统中，根据不同定向结果的最小二乘交汇估计声学事件坐标；对于强脉冲声源，采用广义互相关法和互功率谱法来确定通道间时延差。

本发明公开的天然气站场无人值守声像定位监控系统及方法，具有以下有益效果：

本发明通过建立本地区的声场数据特征库，并采用多种信号处理方法对声信号进行分析，当存在异常事件时，如管道漏气声、爆炸声及其他异常事件时，可以及时发警报，并采用广义互相关法和互功率谱法等方法来确定异常事件的发生位置。由于声波的物理特性，声侦测技术具有360度全向监测，无观测盲区；低功耗被动工作，可长期值守；不受夜间光线影响，适应长期连续工作。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

图2是本发明流程示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供天然气站场无人值守声像定位监控系统及方法，实现无人值守且能够不受光线影响。

请参见图1，天然气站场无人值守声像定位监控系统，包括声探测子系统、视频子系统、主控系统、通信子系统和供电子系统：

声探测子系统，采集音频信号，通过网络传输到云平台并与站场环境声学数据库和异常事件数据库比对进行识别定位，并与相应的视频、气象数据综合，形成完整的站场监控管理系统；声探测子系统实时采集本地声信号，通过对网络化声学节点数据的融合处理，能够反应整个监控区域内不同时刻的声场分布情况，并根据声信号特征的变化情况实时检测识别突发事件；

视频子系统，通过现场布置的摄像头实时采集视频信息，发送至视频服务器，融合其他子系统，进行综合分析；

主控系统，汇集城探测子系统的数据，实时监测突发事件，并与数据库中典型突发事件声信号比对，识别相关事件类型，对于危险级别的敏感事件，并联动视频子系统复核；主控软件背景采用监控区域高分辨率卫星地图，可实现如下功能：实时显示声学监测定位结构，历史数据调用回放；给出各声探测节点状态参数，包括数据量、同步信标状态等，出现故障节点时，系统自动检测上报，将不同的界面结果推送到控制中心大屏或移动监控中心，实现异地实时监控，自动生成监控报告，给出包括系统各节点工作状态及上位机运算的核心参数，在维护时帮助操作人员掌握整个系统的运行状况；

通信子系统，实现主控系统与视频子系统、声探测子系统之间的通信；

供电子系统，为主控系统、视频子系统、声探测子系统供电。

在本发明的一种实施例中，所述声探测子系统包括4台8元麦克风阵列，以及相应的信号采集处理主机。

在本发明的一种实施例中，所述通信系统包括有线和无线两种结构中的一种或多种。

在本发明的一种实施例中，所述供电子系统包括市电供电、太阳能供电、蓄电池供电中的一种或多种。

请参见图2，本发明公开的天然气站场无人值守声像定位监控方法，包括如下步骤：

建立起天然气站场的声场数据库特征：天然气站场区域环境下需要根据不同环境设定相应的检测准则，并通过前期运行建立起本地区的声场数据特征库；

利用信息融合和信号处理算法完成监控区域内突发事件的检测和定位；

当事件类型识别为强冲击声学特征的异常事件时，在事件发生的时间与空间点产生异于相关统计分布的监测值，判断异常事件满足定位条件时，利用精确定位确定区域，启用视频子系统联动复核，启动应急预案处理，从而发出警报，实现对站场的异常而行时间进行预警及控制。

在本发明的一种实施例中，所述信号处理算法融合有若干信号预处理技术和定位算法，包括但不限于对各通道信号预处理、检测、同步对齐、时延补偿、数据融合、声学事件定位与修正运算；具体步骤为，通过各通道采集到数据后，采用时域处理方法，对信号进行预处理，减少噪声的影响，增强目标信号强度，而后，对于不同通道的信号，进行同步对齐和时域补偿，接着对各通道数据进行数据融合，最终实现声学事件的定位，并针对结果，进行修正运算。

在本发明的一种实施例中，为了进一步识别突发事件类型，需要利用信号空间变换方法把监测到的噪声信号投影到特征空间，采用特征空间的特征参数来描述环境噪声的构成情况。特征提取可以压缩数据量，提高检测的工作效率，同时还去掉了大量的冗余信息，很好地保留信号的主要特征，并能快速地反映故障噪声构成的变化情况，

在本发明的一种实施例中，所述信号空间变换方法包括时频分析方法和信号处理方法，其中时频分析方法包括小波分析方法，信号处理方法包括频谱分析、倒谱分析、包络谱分析，并结合频谱细化、经验模态分解(EMD)、希尔伯特变换。

在本发明的一种实施例中，利用精确定位确定区域时，使用若干台阵列组网的8元麦克风，采用DOA方法进行站场突发事件定向，进而利用多个定向结果精确定位或给出大致区域。

在本发明的一种实施例中，进行定位时，使用的方法包括波束形成和信号子空间法等，在声学探测子系统中，根据不同定向结果的最小二乘交汇估计声学事件坐标；对于强脉冲声源，采用广义互相关法和互功率谱法来确定通道间时延差。

当存在异常事件时，如管道漏气声、爆炸声，及其他异常事件等强冲击声学特征时，会在事件发生的时间与空间点产生异于相关统计分布的监测值，从而出发警报，实现对站场的异常恶性事件进行预警及控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.天然气站场无人值守声像定位监控系统，其特征在于，包括声探测子系统、视频子系统、主控系统、通信子系统和供电子系统：

声探测子系统，采集音频信号，通过网络传输到云平台并与站场环境声学数据库和异常事件数据库比对进行识别定位，并与相应的视频、气象数据综合，形成完整的站场监控管理系统；声探测子系统实时采集本地声信号，通过对网络化声学节点数据的融合处理，能够反应整个监控区域内不同时刻的声场分布情况，并根据声信号特征的变化情况实时检测识别突发事件；

视频子系统，通过现场布置的摄像头实时采集视频信息，发送至视频服务器，融合其他子系统，进行综合分析；

主控系统，汇集城探测子系统的数据，实时监测突发事件，并与数据库中典型突发事件声信号比对，识别相关事件类型，对于危险级别的敏感事件，并联动视频子系统复核；

通信子系统，实现主控系统与视频子系统、声探测子系统之间的通信；

供电子系统，为主控系统、视频子系统、声探测子系统供电。

2.根据权利要求1所述的天然气站场无人值守声像定位监控系统，其特征在于，所述声探测子系统包括4台8元麦克风阵列，以及相应的信号采集处理主机。

3.根据权利要求1所述的天然气站场无人值守声像定位监控系统，其特征在于，所述通信系统包括有线和无线两种结构中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的天然气站场无人值守声像定位监控系统，其特征在于，所述供电子系统包括市电供电、太阳能供电、蓄电池供电中的一种或多种。

5.天然气站场无人值守声像定位监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立起天然气站场的声场数据库特征；

利用信息融合和信号处理算法完成监控区域内突发事件的检测和定位；

当事件类型识别为强冲击声学特征的异常事件时，在事件发生的时间与空间点产生异于相关统计分布的监测值，判断异常事件满足定位条件时，利用精确定位确定区域，启用视频子系统联动复核，启动应急预案处理，从而发出警报，实现对站场的异常而行时间进行预警及控制。

6.根据权利要求5所述的天然气站场无人值守声像定位监控方法，其特征在于，所述信号处理算法融合有若干信号预处理技术和定位算法，包括但不限于对各通道信号预处理、检测、同步对齐、时延补偿、数据融合、声学事件定位与修正运算；具体步骤为，通过各通道采集到数据后，采用时域处理方法，对信号进行预处理，减少噪声的影响，增强目标信号强度，而后，对于不同通道的信号，进行同步对齐和时域补偿，接着对各通道数据进行数据融合，最终实现声学事件的定位，并针对结果，进行修正运算。

7.根据权利要求5所述的天然气站场无人值守声像定位监控方法，其特征在于，为了进一步识别突发事件类型，需要利用信号空间变换方法把监测到的噪声信号投影到特征空间，采用特征空间的特征参数来描述环境噪声的构成情况。

8.根据权利要求7所述的天然气站场无人值守声像定位监控方法，其特征在于，所述信号空间变换方法包括时频分析方法和信号处理方法，其中时频分析方法包括小波分析方法，信号处理方法包括频谱分析、倒谱分析、包络谱分析，并结合频谱细化、经验模态分解、希尔伯特变换。

9.根据权利要求5所述的天然气站场无人值守声像定位监控方法，其特征在于，利用精确定位确定区域时，使用若干台阵列组网的麦克风，采用DOA方法进行站场突发事件定向，进而利用多个定向结果精确定位或给出大致区域。

10.根据权利要求9所述的天然气站场无人值守声像定位监控方法，其特征在于，进行定位时，使用的方法包括波束形成和信号子空间法，在声学探测子系统中，根据不同定向结果的最小二乘交汇估计声学事件坐标；对于强脉冲声源，采用广义互相关法和互功率谱法来确定通道间时延差。