CN109737317B - 流体管道泄漏的次声波定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体管道泄漏的次声波定位方法及系统，该系统包括：包括：主站和至少两个子站，至少两个子站沿流体管道的延伸方向依次排布；至少两个子站，用于采集流体管道内的压力数据；主站，用于获取流体管道内的流体信息，根据流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点；当判断一子站周围存在泄漏点时，根据流体信息及存在泄漏点的子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位泄漏点的位置。本发明通过多个子站采集多点压力，进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，结合压力阈值对管道工况进行分析，能够及时发现管道运行出现的故障，定位精度高，成本低。

Description

流体管道泄漏的次声波定位系统及方法

技术领域

本发明属于流体管道泄漏监测技术领域，具体涉及一种流体管道泄漏的次声波定位方法及系统。

背景技术

近年来，因为油气管道泄漏导致的灾难性事故频发，管道的安全运行和维护受到了威胁和挑战。因此需要通过有效的技术手段对管道内流体泄漏事故进行实时监测，准确发出泄漏报警并快速定位，以便于生产单位启动相应的应急预案，并能够实现泄漏事件处理过程监控。

目前，管道内流体泄漏监测方式主要有：压力点分析法、负压波法、流量差监测法、光缆监测法等，这些方式只能判断管道内流体是否泄露，无法准确定位流体的泄露位置。近年来，压力法被用于定位管道内流体泄露位置。通过检测管道内流体泄露时产生的压力信号到达检测器的时间，乘以流体内部压力的传播速度，既可定位流体泄露位置。但是，压力传播速度受流体种类和性质、管道介质类型、温度、压力、流速和密度等影响、波动范围大，有些管段还需要加装信号隔离器，导致定位精度低，成本高。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种流体管道泄漏的次声波定位方法及系统，通过多个子站采集多点压力，进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，能够及时发现管道运行出现的故障，定位精度高，成本低。本发明通过以下几个方面来解决以上问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种流体管道泄漏的次声波定位系统，包括：主站和至少两个子站，至少两个所述子站沿流体管道的延伸方向依次排布；

至少两个所述子站，用于采集所述流体管道内的压力数据；

所述主站，用于获取所述流体管道内的流体信息，根据所述流体信息及各所述子站采集的压力数据，分别判断各所述子站周围是否存在泄漏点；当判断一子站周围存在泄漏点时，根据所述流体信息及存在泄漏点的所述子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位所述泄漏点的位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，至少两个所述子站沿流体管道的延伸方向依次串联排布形成子站串，所述子站串的首站及末站与所述主站连接，将各子站采集的压力数据或次声波数据传输给所述主站。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，至少两个所述子站均包括压力传感器、次声波传感器、数据转换器和连接线缆；

所述压力传感器及所述次声波传感器均与所述数据转换器连接；所述数据转换器通过所述连接线缆与相邻子站连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述主站包括：服务器、中心交换机、第一流量计、第二流量计、第一数据汇集器及第二数据汇集器；

所述中心交换机分别与所述服务器、所述第一数据汇集器及所述第二数据汇集器连接；

所述第一数据汇集器分别与所述第一流量计及所述首站的数据转换器连接；

所述第二数据汇集器分别与所述第二流量计及所述末站的数据转换器连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种流体管道泄漏的次声波定位方法，应用于上述第一方面或第一方面的各种可能的实现方式所述的系统，所述方法包括：

获取流体管道内的流体信息及各子站采集的压力数据；

根据所述流体信息及所述各子站采集的压力数据，分别判断所述各子站周围是否存在泄漏点；

当判断一子站周围存在泄漏点时，根据所述流体信息及存在泄漏点的所述子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位所述泄漏点的位置。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第一种可能的实现方式，其中，根据所述流体信息及所述各子站采集的压力数据，分别判断所述各子站周围是否存在泄漏点，包括：

根据所述流体信息、所述流体管道的总长度及所述各子站中参考子站采集的压力数据，获取所述流体管道的压力分布曲线，所述参考子站为所述各子站中的首站或末站；

根据第一子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第一子站与所述参考子站之间的距离，判断所述第一子站周围是否存在泄漏点，所述第一子站为所述各子站中的任意一个子站。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第二方面的第二种可能的实现方式，其中，所述根据第一子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第一子站与所述参考子站之间的距离，判断所述第一子站周围是否存在泄漏点，包括：

根据所述第一子站与所述参考子站之间的距离，从所述压力分布曲线上确定所述第一子站对应的压力估计值；

计算所述第一子站在预设时长内采集的压力数据与所述压力估计值之间的差值；

若在所述预设时长内所述差值均大于所述第一子站对应的压力阈值，则确定所述第一子站周围存在泄漏点。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第二方面的第三种可能的实现方式，其中，所述根据所述流体信息及存在泄漏点的所述子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位所述泄漏点的位置，包括：

根据第二子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第二子站与所述参考子站之间的距离，获取所述第二子站对应的压力差值，所述第二子站为所述第一子站上游与所述第一子站距离最近且未出现故障的子站；

根据第三子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第三子站与所述参考子站之间的距离，获取所述第三子站对应的压力差值，所述第三子站为所述第一子站下游与所述第一子站距离最近且未出现故障的子站；

若所述第二子站对应的压力差值大于所述第二子站对应的压力阈值，且所述第三子站对应的压力差值大于所述第三子站对应的压力阈值，则确定所述泄漏点位于所述第二子站与所述第三子站之间；

根据所述第二子站采集的压力数据和所述第三子站采集的压力数据，计算所述泄漏点与所述第二子站或所述第三子站之间的距离。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第四种可能的实现方式，其中，所述方法还包括：

接收第四子站通过其上游子站发送的第一通讯异常信息，以及接收第五子站通过其下游子站发送的第二通讯异常信息，所述第四子站与所述第五子站之间的连接线缆损坏；

根据所述第一通讯异常信息及所述第二通讯异常信息，发送线缆损坏通知给所述各子站。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第五种可能的实现方式，其中，当判断一子站周围存在泄漏点时，所述方法还包括：

获取所述各子站采集的次声波数据；

根据所述次声波数据定位所述泄漏点的位置。

在本发明实施例中提供的定位系统中，设置至少两个子站，各子站采集流体管道内的压力数据；主站获取流体管道内的流体信息，根据流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点；当判断一子站周围存在泄漏点时，根据流体信息及存在泄漏点的子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位泄漏点的位置。通过多个子站采集多点压力，进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，结合压力阈值对管道工况进行分析，能够及时发现管道运行出现的故障，定位精度高，成本低。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例1所提供的一种流体管道泄漏的次声波定位系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例1所提供的一种压力转换器的示意图；

图3示出了本发明实施例2所提供的一种流体管道泄漏的次声波定位方法的流程示意图；

图4示出了本发明实施例3所提供的一种流体管道泄漏的次声波定位装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

参见图1，本发明实施例提供了一种流体管道泄漏的次声波定位系统，该系统包括：主站和至少两个子站2；至少两个子站2沿流体管道的延伸方向依次排布；

至少两个子站2，用于采集流体管道内的压力数据；

主站，用于获取流体管道内的流体信息，根据流体信息及各子站2采集的压力数据，分别判断各子站2周围是否存在泄漏点；当判断一子站2周围存在泄漏点时，根据流体信息及存在泄漏点的子站2及其上下游的子站2采集的压力数据，定位泄漏点的位置。

在流体管道中由于工况变化对泄漏检测及定位影响较大，本发明实施例通过分布在流体管道上的多个子站2采集分布在流体管道上的压力，进行压力分布计算，压力分布建模，压力趋势计算，压力分布点压力突变分析，进行管道泄漏判定和定位计算。采集多点压力，再通过数学模型建立管道内的压力分布曲线，一旦采集到的压力分布与数学模型计算的压力分布出现较大的差值，再进行泄漏判定及泄漏定位，容错性强，通过多点压力进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，较强的压力波动有着很稳定的识别率，结合压力阈值，对管道工况进行分析，及时发现管道运行出现的故障，包括管道增压设备以及减压设备的故障监测。

在本发明实施例提供的定位系统中，至少两个子站2沿流体管道的延伸方向依次串联排布形成子站2串，子站2串的首站及末站与主站连接，将各子站 2采集的压力数据或次声波数据传输给主站。各个子站2之间的间距可以相同，也可以不相同。其中，在流体管道的延伸方向上，首站为子站2串中的第一个子站2，末站为子站2串中的最后一个子站2。

如图1所示，至少两个子站2均包括压力传感器20、次声波传感器21、数据转换器22和连接线缆23；压力传感器20及次声波传感器21均与数据转换器22连接；数据转换器22通过连接线缆23与相邻子站2连接。

压力传感器20和次声波传感器21通过管路与流体管道的主管路相连，压力传感器20采集流体管道中对应的连接点的压力数据，次声波传感器21采集流体管道中对应的连接点的次声波数据。

其中，上述数据转换器22包括压力转换器和次声波转换器，如图2所示，压力转换器内设置有压力输入端子220和压力输出端子221，压力传感器20与压力转换器通过内部数据线相连，主站通过连接线缆23与首站的压力转换器中的压力输入端子220连接，首站的压力转换器中的压力输出端子221通过连接线缆23与第二个子站2的压力转换器中的压力输入端子220相连，如此各个子站2依次串联，末站的压力转换器中的压力输出端子221通过连接线缆23与主站连接。

相似地，次声波转换器中设置有次声波输入端子和次声波输出端子，次声波传感器21与次声波转换器通过内部数据线相连，主站通过连接线缆23与首站的次声波转换器中的次声波输入端子连接，首站的次声波转换器中的次声波输出端子通过连接线缆23与第二个子站2的次声波转换器中的次声波输入端子相连，如此各个子站2依次串联，末站的次声波转换器中的次声波输出端子通过连接线缆23与主站连接。

子站2通过压力传感器20采集流体管道内的压力数据，通过压力输入端子将压力数据传输给压力转换器，压力转换器再通过压力输出端子和连接线缆23 将压力数据传输给与该子站2相邻的上游子站2，该上游子站2再将该压力数据经由上游的各个子站2传递给首站，最后由首站将该压力数据传输给主站。子站2通过次声波传感器21采集流体管道内的次声波数据，通过次声波输入端子将采集的次声波数据传输给次声波转换器，次声波转换器再通过次声波输出端子和连接线缆23将次声波数据传输给与该子站2相邻的上游子站2，该上游子站2再将该次声波数据经由上游的各个子站2传递给首站，最后由首站将该次声波数据传输给主站。

或者，压力转换器可以通过压力输出端子和连接线缆23将压力传感器20 采集的压力数据传输给予该子站2相邻的下游子站2，该下游子站2再将该压力数据经由下游的各个子站2传递给末站，最后由末站将该压力数据传输给主站。同样地，次声波转换器可以通过次声波输出端子和连接线缆23将次声波数据传输给与该子站2相邻的下游子站2，该下游子站2再将该次声波数据经由下游的各个子站2传递给末站，最后由末站将该次声波数据传输给主站。

子站2串中各个子站2采集的压力数据和/或次声波数据经由首站和/或末站传输给主站后，主站可根据各个子站2采集的压力数据，进行压力分布计算和建模，从而进行泄漏判定及泄漏定位，通过多点压力进行泄漏监测及定位，容错性强，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，结合压力阈值对管道工况进行分析，能够及时发现管道运行出现的故障。主站也可以根据各个子站2采集的次声波数据进行泄漏判定及泄漏定位，尤其在气体管道中，通过多子站2的分布式次声波监测及定位，精度更高。

如图1所示，主站包括：服务器10、中心交换机11、第一流量计12、第二流量计13、第一数据汇集器14及第二数据汇集器15；

中心交换机11分别与服务器10、第一数据汇集器14及第二数据汇集器15 连接；第一数据汇集器14分别与第一流量计12及首站的数据转换器22连接；第二数据汇集器15分别与第二流量计13及末站的数据转换器22连接。

其中，如图1所示，第一流量计12安装在流体管道上各子站2中首站之前的位置，第二流量计13安装在流体管道上各子站2中末站之后的位置。第一流量计12采集的流体信息经由第一数据汇集器14和中心交换机11传输给服务器10，第二流量计13采集的流体信息经由第二数据汇集器15和中心交换机11 传输给服务器10。首站将自身及其他各子站2采集的压力数据和/或次声波数据通过第一数据汇集器14和中心交换机11传输给服务器10，末站将自身及其他各子站2采集的压力数据和/或次声波数据通过第二数据汇集器15和中心交换机11传输给服务器10。

如图1所示，上述第一数据汇集器14中设置有第一电源140、第一GPS (GlobalPositioning System，全球定位系统)天线141和第一3G/4G天线142。第一电源140为第一数据汇集器14供电，第一GPS天线141用于获取第一数据汇集器14的位置信息，第一3G/4G天线142用于建立第一数据汇集器14 与中心交换机11和/或服务器10之间的3G/4G通信连接。

同样地，第二数据汇集器15中中设置有第二电源150、第二GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)天线151和第二3G/4G天线152。第二电源150为第二数据汇集器15供电，第二GPS天线151用于获取第二数据汇集器15的位置信息，第二3G/4G天线152用于建立第二数据汇集器15与中心交换机11和/或服务器10之间的3G/4G通信连接。

如图1中所示，第一流量计12通过第一数据线120与第一数据汇集器14 连接，第二流量计13通过第二数据线130与第二数据汇集器15连接。中心交换机11通过以太网分别与第一数据汇集器14、第二数据汇集器15及服务器 10相连并进行通信。

第一数据汇集器14通过连接线缆23与首站的压力转换器及次声波转换器连接，第一数据汇集器14为首站的压力转换器及次声波转换器供电，并获取首站的压力数据和/或次声波数据，以及与首站串联的其他各子站2的压力数据和 /或次声波数据。第二数据汇集器15通过连接线缆23与末站的压力转换器及次声波转换器连接，第二数据汇集器15为末站的压力转换器及次声波转换器供电，并获取末站的压力数据和/或次声波数据，以及与末站串联的其他各子站2 的压力数据和/或次声波数据。在本发明实施例中，连接线缆23为4芯线缆，其中有2根线缆是负责供电的，有2根线缆是负责传输数据的。在本发明实施例中，各个子站可以由第一数据汇集器14或第二数据汇集器15供电，也可以由外部电源供电。当采用外部电源供电时，外部电源与首站及末站直接连接，由于各个子站依次串联为子站串，因此除首站和末站外的其他子站通过串联线路与外部电源间接连接，实现通过外部电源为各个子站供电。

本发明通过多个站点采集流体管道的压力数据，后续服务器10通过数学模型建立管道的压力分布曲线，一旦子站2采集到的压力分布与数学模型计算的压力分布出现较大的差值，则判定子站2周围存在泄漏点。再根据模式识别，针对液体管道和气体管道选择不同的算法，然后进行泄漏判定及泄漏定位，该算法的容错性较强，通过多点压力进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，通过结合压力阈值对管道工况进行分析，能够及时发现管道运行出现的故障，包括管道增压设备以及减压设备的故障监测。而对于气体管道，当检测到子站2周围存在泄漏点时，根据各子站2采集的次声波数据来定位泄漏点的位置，定位准确性更高。

在本发明实施例中提供的定位系统中，设置至少两个子站，各子站采集流体管道内的压力数据；主站获取流体管道内的流体信息，根据流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点；当判断一子站周围存在泄漏点时，根据流体信息及存在泄漏点的子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位泄漏点的位置。通过多个子站采集多点压力，进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，结合压力阈值对管道工况进行分析，能够及时发现管道运行出现的故障，定位精度高，成本低。

实施例2

参见图3，本发明实施例提供了一种流体管道泄漏的次声波定位方法，该方法应用于上述实施例1所提供的流体管道泄漏的次声波定位系统中，该方法的执行主体为上述系统中包括的服务器，该方法具体包括以下步骤：

步骤201：获取流体管道内的流体信息及各子站采集的压力数据。

如图1所示的流体管道泄漏的次声波定位系统中，第一流量计将采集的流体信息通过第一数据汇集器和中心交换机传输给服务器。第二流量计将采集的流体信息通过第二数据汇集器和中心交互机传输给服务器。其中，对于液体管道，流体信息包括液体流经管道时单位时间内的流量以及有效截面上的平均流速等。对于气体管道，流体信息包括气体流经管道时的平均流速、管道内的气体密度、润湿周边及断面积等。

首站将各子站采集的压力数据通过第一数据汇集器及中心交换机传输给服务器，或者末站将各子站采集的压力数据通过第二数据汇集器及中心交换机传输给服务器。或者，各子站中靠近首站的部分子站采集的压力数据通过首站传输给服务器，剩余的子站采集的压力数据通过末站传输给服务器。

步骤202：根据流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点。

在本发明实施例中，服务器通过如下步骤A1和A2的操作来判断各个子站周围是否存在泄漏点，具体包括：

A1：根据流体信息、流体管道的总长度及各子站中参考子站采集的压力数据，获取流体管道的压力分布曲线。

其中，参考子站为各子站中的首站或末站。对于液体管道和气体管道，获取压力分布曲线的方式不同，下面对于不同类型的流体管道分别进行详细说明。

第一，当流体管道为液体管道时，通过如下方式获取液体管道的压力分布曲线，包括：

(1)、根据流体信息包括的平均流速及流量，通过如下公式(1)计算液体通过流体管道的压力损失曲线。

Δh＝∑λL/d*(v²/2g)+∑ξv²/2g…(1)

在公式(1)中，Δh为液体流经管道的压力损失值，λ和ξ为能够在手册上查询到的系数，L为流体管道的管路长度，d为管道内径，v为流体管道的有效截面上的平均流速，v＝Q/s，Q为流量，s为管道的内截面积，g为重力加速度。

(2)、根据各子站中参考子站采集的压力数据、压力损失曲线及流体管道的总长度，获取流体管道的压力分布曲线。

通过上述公式(1)获得液体流经管道的压力损失曲线后，已知液体管道的总长度Lz，设ΔL为距离首站的距离，将ΔL从零开始，每次递增预设距离，每次递增后将ΔL赋值给上述公式(1)中的管路长度L，能够分别计算出每次递增后的压力损失值Δh，服务器获取到首站采集的压力数据后，通过首站的压力数据分别减去每次计算出的压力损失值Δh，能够得到流体管道上与首站之间的距离为上述预设距离的倍数的各个位置处的压力数据，进而根据得到的各个位置处的压力数据绘制出液体流经管道的压力分布曲线。

同样地，若设ΔL为距离末站的距离，则根据末站采集的压力数据，能够计算出流体管道上与末站之间的距离为上述预设距离的倍数的各个位置处的压力数据，同样能够得到液体流经管道的压力分布曲线。

在本发明实施例中，除通过上述按照预设距离递增的方式来获取液体流经管道的压力分布曲线外，还可以在部署图1所示的流体管道泄漏的次声波定位系统时记录每个子站与首站及末站之间的距离，将每个子站与首站之间的距离赋值给上述公式(1)中的管路长度L，能够分别计算出每个子站对应的压力损失值Δh，服务器获取到首站采集的压力数据后，通过首站的压力数据分别减去每个子站对应的压力损失值Δh，能够得到每个子站处的压力数据，进而根据得到的每个子站的压力数据绘制出液体流经管道的压力分布曲线。同样地，根据每个子站与末站之间的距离以及末站采集的压力数据，也能够获取到压力分布曲线。

第二，当流体管道为气体管道时，通过如下方式获取气体管道的压力分布曲线，具体包括：

(1)、根据流体信息包括的平均流速、气体密度润湿周边及气体的断面积，通过如下公式(2)计算气体通过流体管道的压力损失曲线。

ΔP_L＝lR_m…(2)

在公式(2)中，ΔP_L为气体流经管道的压力损失值，R_m为比压损，即单位长度管道的摩擦压力损失；l为直管段长度，δ为摩擦压损系数， v为流体管道内气体的平均流速，ρ为管道内的气体密度，R_S为管道的水力半径，R_S＝A/x(m)，A为流体的断面积，x(m)为润湿周边。

(2)、根据各子站中参考子站采集的压力数据、压力损失曲线及流体管道的总长度，获取流体管道的压力分布曲线。

通过上述公式(2)获得气体流经管道的压力损失曲线后，已知气体管道的总长度Lz，设ΔL为距离首站的距离，将ΔL从零开始，每次递增预设距离，每次递增后将ΔL赋值给上述公式(2)中的直管段长度l，能够分别计算出每次递增后的压力损失值ΔP_L，服务器获取到首站采集的压力数据后，通过首站的压力数据分别减去每次计算出的压力损失值ΔP_L，能够得到流体管道上与首站之间的距离为上述预设距离的倍数的各个位置处的压力数据，进而根据得到的各个位置处的压力数据绘制出气体流经管道的压力分布曲线。

同样地，若设ΔL为距离末站的距离，则根据末站采集的压力数据，能够计算出气体管道上与末站之间的距离为上述预设距离的倍数的各个位置处的压力数据，同样能够得到气体流经管道的压力分布曲线。

在本发明实施例中，除通过上述按照预设距离递增的方式来获取气体流经管道的压力分布曲线外，还可以在部署图1所示的流体管道泄漏的次声波定位系统时记录每个子站与首站及末站之间的距离，将每个子站与首站之间的距离赋值给上述公式(2)中的直管段长度l，能够分别计算出每个子站对应的压力损失值ΔP_L，服务器获取到首站采集的压力数据后，通过首站的压力数据分别减去每个子站对应的压力损失值ΔP_L，能够得到每个子站处的压力数据，进而根据得到的每个子站的压力数据绘制出气体流经管道的压力分布曲线。同样地，根据每个子站与末站之间的距离以及末站采集的压力数据，也能够获取到压力分布曲线。

液体管道通过上述第一种方式获取压力分布曲线，气体管道通过上述第二种方式获取压力分布曲线，之后通过如下步骤A2来判断各子站周围是否存在泄漏点。

A2：根据第一子站采集的压力数据、压力分布曲线及第一子站与参考子站之间的距离，判断第一子站周围是否存在泄漏点，第一子站为各子站中的任意一个子站。

具体地，根据第一子站与参考子站之间的距离，从压力分布曲线上确定第一子站对应的压力估计值。其中，参考子站为首站或末站，若压力分布曲线是根据首站的压力数据获取的，则本步骤中参考子站为首站。若压力分布曲线是根据末站的压力数据获取的，则本步骤中参考子站为末站。在预设时长内持续获取第一子站采集的压力数据，计算第一子站在预设时长内采集的压力数据与上述压力估计值之间的差值。若在预设时长内第一子站采集的压力数据与压力估计值之间的差值均大于第一子站对应的压力阈值，则确定第一子站周围存在泄漏点。

当判断各个子站周围均不存在泄漏点时返回步骤201重新进行监测。当判断一子站周围存在泄漏点时，通过如下步骤203来定位泄漏点。

步骤203：当判断一子站周围存在泄漏点时，根据流体信息及存在泄漏点的子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位泄漏点的位置。

若判断第一子站周围存在泄漏点，第一子站为各个子站中的任意一个子站，则确定第一子站上游与第一子站距离最近且未出现故障的子站作为第二子站。具体地，首先判断第一子站上游与第一子站相邻的子站是否出现故障，若超过预设时长未接收到该子站采集的压力数据，则可判定该子站出现故障。若与第一子站相邻的上游子站故障，则继续判断第一子站上游的下一个子站是否出现故障，直到确定出上游与第一子站距离最近的一个未出现故障的子站，将确定的子站作为第二子站。同样地，按照上述方式确定出第一子站的下游中与第一子站距离最近且未出现故障的子站作为第三子站。

根据第二子站采集的压力数据、压力分布曲线及第二子站与参考子站之间的距离，获取第二子站对应的压力差值。其中，若压力分布曲线是根据首站的压力数据获取的，则此处参考子站为首站。若压力分布曲线是根据末站的压力数据获取的，则此处参考子站为末站。具体地，根据第二子站与参考子站之间的距离，从压力分布曲线上确定出第二子站对应的压力估计值，计算第二子站采集的压力数据与该压力估计值之间的差值，得到第二子站对应的压力差值。

根据第三子站采集的压力数据、压力分布曲线及第三子站与参考子站之间的距离，获取第三子站对应的压力差值。同样地，若压力分布曲线是根据首站的压力数据获取的，则此处参考子站为首站。若压力分布曲线是根据末站的压力数据获取的，则此处参考子站为末站。具体地，根据第三子站与参考子站之间的距离，从压力分布曲线上确定出第三子站对应的压力估计值，计算第三子站采集的压力数据与该压力估计值之间的差值，得到第三子站对应的压力差值。

若第二子站对应的压力差值大于第二子站对应的压力阈值，且第三子站对应的压力差值大于第三子站对应的压力阈值，则确定泄漏点位于第二子站与第三子站之间。之后根据第二子站采集的压力数据和第三子站采集的压力数据，计算泄漏点与第二子站或第三子站之间的距离。

对于液体管道，根据第二子站采集的压力数据和第三子站采集的压力数据，通过负压波算法进行计算，可得到泄漏点距离第二子站或第三子站之间的距离。对于气体管道，根据第二子站采集的压力数据和第三子站采集的压力数据，通过负压波算法可得出泄漏点距离第二子站或第三子站之间的距离。对于气体管道，还可以根据第二子站采集的压力数据和第三子站采集的次声波数据，通过次声波算法可得出泄漏点距离第二子站或第三子站之间的距离。气体管道基于次声波进行定位的精确度要高于基于压力数据进行定位的精确度。

在本发明实施例中，除根据压力数据进行泄漏判定及定位外，还可以根据次声波数据进行泄漏判定及定位。具体地，服务器获取各子站采集的次声波数据后，根据次声波数据计算得到流体管道的时频域图像，并基于当前流体管道的时频域图像和标准管道时频域图像判断当前流体管道是否存在泄漏点。当判断存在泄漏点时，获取各子站采集的次声波数据；根据次声波数据定位泄漏点的位置。具体地，获取距离泄漏点最近的两个子站采集的次声波数据，对这两个子站采集的次声波数据进行互相关计算得到时间差平均值，并根据时间差平均值定位出泄漏点的位置。对于气体管道中出现气体泄漏时，根据次声波进行泄漏监测及定位，精确度更高。

在图1所示的流体管道泄漏的次声波定位系统中，有时会出现两个子站之间的连接线缆损坏的情况，假设第四子站与第五子站之间的连接线缆损坏了，第四子站是第五子站的上游子站，则第四子站将无法通过第五子站将压力数据和/或次声波数据通过下游各子站传输给末站并最终传输给服务器。而第五子站将无法通过第四子站将压力数据和/或次声波数据通过上游各子站传输给首站并最终传输给服务器。此时第四子站会通过与其相邻的上游子站发送第一通讯异常信息给服务器，第五子站会通过与其相邻的下游子站发送第二通讯异常信息给服务器，第四子站与第五子站之间的连接线缆损坏，第一通讯异常信息和第二通讯异常信息中均包括第四子站和第五子站的标识及线缆损坏指示信息。服务器根据第一通讯异常信息及第二通讯异常信息，发送线缆损坏通知给各子站，线缆损坏通知包括第四子站和第五子站的标识及线缆损坏指示信息。后续第四子站及其上游各子站将仅通过首站传输数据，而第五子站及其下游各子站将仅通过末站传输数据。

在本发明实施例中，若首站发生故障，无法采集压力数据和次声波数据，也无法转发其他子站的数据，则服务器自动放弃首站，其他子站的数据将通过末站转发，与首站相邻的下游子站成为当前监测管道的起始子站，首站与该相邻的下游子站之间的管道将无法监测，该相邻的下游子站到末站之间的管道仍然能够正常监测。

若末站发生故障，无法采集压力数据和次声波数据，也无法转发其他子站的数据，则服务器自动放弃末站，其他子站的数据将通过首站转发，与末站相邻的上游子站成为当前监测管道的终止子站，末站与该相邻的上游子站之间的管道将无法监测，该相邻的上游子站到首站之间的管道仍然能够正常监测。

在本发明实施例中提供的定位系统中，设置至少两个子站，各子站采集流体管道内的压力数据；主站获取流体管道内的流体信息，根据流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点；当判断一子站周围存在泄漏点时，根据流体信息及存在泄漏点的子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位泄漏点的位置。通过多个子站采集多点压力，进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，结合压力阈值对管道工况进行分析，能够及时发现管道运行出现的故障，定位精度高，成本低。

实施例3

参见图4，本发明实施例提供一种流体管道泄漏的次声波定位装置，该装置用于执行上述实施例2所提供的流体管道泄漏的次声波定位方法，该装置包括：

获取模块30，用于获取流体管道内的流体信息及各子站采集的压力数据；

判断模块31，用于根据所述流体信息及所述各子站采集的压力数据，分别判断所述各子站周围是否存在泄漏点；

定位模块32，用于当所述判断模块31判断一子站周围存在泄漏点时，根据所述流体信息及存在泄漏点的所述子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位所述泄漏点的位置。

上述判断模块31包括：

第一获取单元，用于根据所述流体信息、所述流体管道的总长度及所述各子站中参考子站采集的压力数据，获取所述流体管道的压力分布曲线，所述参考子站为所述各子站中的首站或末站；

判断单元，用于根据第一子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第一子站与所述参考子站之间的距离，判断所述第一子站周围是否存在泄漏点，所述第一子站为所述各子站中的任意一个子站。

上述判断单元，用于根据所述第一子站与所述参考子站之间的距离，从所述压力分布曲线上确定所述第一子站对应的压力估计值；计算所述第一子站在预设时长内采集的压力数据与所述压力估计值之间的差值；若在所述预设时长内所述差值均大于所述第一子站对应的压力阈值，则确定所述第一子站周围存在泄漏点。

上述定位模块32包括：

第二获取单元，用于根据第二子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第二子站与所述参考子站之间的距离，获取所述第二子站对应的压力差值，所述第二子站为所述第一子站上游与所述第一子站距离最近且未出现故障的子站；根据第三子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第三子站与所述参考子站之间的距离，获取所述第三子站对应的压力差值，所述第三子站为所述第一子站下游与所述第一子站距离最近且未出现故障的子站；

确定单元，用于若所述第二子站对应的压力差值大于所述第二子站对应的压力阈值，且所述第三子站对应的压力差值大于所述第三子站对应的压力阈值，则确定所述泄漏点位于所述第二子站与所述第三子站之间；

计算单元，用于根据所述第二子站采集的压力数据和所述第三子站采集的压力数据，计算所述泄漏点与所述第二子站或所述第三子站之间的距离。

在本发明实施例中，该装置还包括：

接收模块，用于接收第四子站通过其上游子站发送的第一通讯异常信息，以及接收第五子站通过其下游子站发送的第二通讯异常信息，所述第四子站与所述第五子站之间的连接线缆损坏；

发送模块，用于根据所述第一通讯异常信息及所述第二通讯异常信息，发送线缆损坏通知给所述各子站。

当所述判断模块31判断一子站周围存在泄漏点时，所述定位模块32，还用于获取所述各子站采集的次声波数据；根据所述次声波数据定位所述泄漏点的位置。

在本发明实施例中提供的定位系统中，设置至少两个子站，各子站采集流体管道内的压力数据；主站获取流体管道内的流体信息，根据流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点；当判断一子站周围存在泄漏点时，根据流体信息及存在泄漏点的子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位泄漏点的位置。通过多个子站采集多点压力，进行多次建模，可排除因工况波动引起的错误泄漏判定，对于较强的压力波动有着很稳定的识别率，结合压力阈值对管道工况进行分析，能够及时发现管道运行出现的故障，定位精度高，成本低。

实施例4

本发明实施例提供一种流体管道泄漏的次声波定位设备，包括一个或多个处理器；一个或多个存储装置，所述一个或多个存储装置中存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器加载并执行，以实现上述实施例2所提供的流体管道泄漏的次声波定位方法。

实施例5

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行时实现上述实施例1所提供的流体管道泄漏的次声波定位方法。

需要说明的是：

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备有固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序 (例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种流体管道泄漏的次声波定位系统，其特征在于，包括：主站和至少两个子站，至少两个所述子站沿流体管道的延伸方向依次排布；

至少两个所述子站，用于采集所述流体管道内的压力数据；

所述主站，用于获取所述流体管道内的流体信息，根据所述流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点，当判断一子站周围存在泄漏点时，根据所述流体信息及存在泄漏点的所述子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位所述泄漏点的位置；其中，所述根据所述流体信息及各子站采集的压力数据，分别判断各子站周围是否存在泄漏点，包括：根据所述流体信息、所述流体管道的总长度及所述各子站中参考子站采集的压力数据，获取所述流体管道的压力分布曲线，所述参考子站为所述各子站中的首站或末站；根据第一子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第一子站与所述参考子站之间的距离，判断所述第一子站周围是否存在泄漏点，所述第一子站为所述各子站中的任意一个子站；其中，

至少两个所述子站沿流体管道的延伸方向依次串联排布形成子站串，所述子站串的首站及末站与所述主站连接，将各子站采集的压力数据或次声波数据传输给所述主站；

至少两个所述子站均包括压力传感器、次声波传感器、数据转换器和连接线缆；

所述压力传感器及所述次声波传感器均与所述数据转换器连接；所述数据转换器通过所述连接线缆与相邻子站连接；

服务器、中心交换机、第一流量计、第二流量计、第一数据汇集器及第二数据汇集器；

所述中心交换机分别与所述服务器、所述第一数据汇集器及所述第二数据汇集器连接；

所述第一数据汇集器分别与所述第一流量计及所述首站的数据转换器连接；

所述第二数据汇集器分别与所述第二流量计及所述末站的数据转换器连接。

2.一种流体管道泄漏的次声波定位方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的系统，所述方法包括：

获取流体管道内的流体信息及各子站采集的压力数据；

根据所述流体信息及所述各子站采集的压力数据，分别判断所述各子站周围是否存在泄漏点；

当判断一子站周围存在泄漏点时，根据所述流体信息及存在泄漏点的所述子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位所述泄漏点的位置，其中，

所述根据所述流体信息及所述各子站采集的压力数据，分别判断所述各子站周围是否存在泄漏点，包括：

根据所述流体信息、所述流体管道的总长度及所述各子站中参考子站采集的压力数据，获取所述流体管道的压力分布曲线，所述参考子站为所述各子站中的首站或末站；根据第一子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第一子站与所述参考子站之间的距离，判断所述第一子站周围是否存在泄漏点，所述第一子站为所述各子站中的任意一个子站；

其中，所述获取所述流体管道的压力分布曲线包括：

第一，当流体管道为液体管道时，通过如下方式获取液体管道的压力分布曲线，包括：

(1)、根据流体信息包括的平均流速及流量，通过如下公式(1)计算液体通过流体管道的压力损失曲线

Δh＝∑λL/d*(v²/2g)+∑ξv²/2g…(1)

在公式(1)中，Δh为液体流经管道的压力损失值，λ和ξ为能够在手册上查询到的系数，L为流体管道的管路长度，d为管道内径，v为流体管道的有效截面上的平均流速，v＝Q/s，Q为流量，s为管道的内截面积，g为重力加速度；

(2)、根据各子站中参考子站采集的压力数据、压力损失曲线及流体管道的总长度，获取流体管道的压力分布曲线

通过上述公式(1)获得液体流经管道的压力损失曲线后，已知液体管道的总长度Lz，设ΔL为距离首站的距离，将ΔL从零开始，每次递增预设距离，每次递增后将ΔL赋值给上述公式(1)中的管路长度L，能够分别计算出每次递增后的压力损失值Δh，服务器获取到首站采集的压力数据后，通过首站的压力数据分别减去每次计算出的压力损失值Δh，能够得到流体管道上与首站之间的距离为上述预设距离的倍数的各个位置处的压力数据，进而根据得到的各个位置处的压力数据绘制出液体流经管道的压力分布曲线；

第二，当流体管道为气体管道时，通过如下方式获取气体管道的压力分布曲线，具体包括：

(1)、根据流体信息包括的平均流速、气体密度润湿周边及气体的断面积，通过如下公式(2)计算气体通过流体管道的压力损失曲线

ΔP_L＝lR_m…(2)

在公式(2)中，ΔP_L为气体流经管道的压力损失值，R_m为比压损，即单位长度管道的摩擦压力损失；l为直管段长度，δ为摩擦压损系数，v为流体管道内气体的平均流速，ρ为管道内的气体密度，R_S为管道的水力半径，R_S＝A/x(m)，A为流体的断面积，x(m)为润湿周边；

(2)、根据各子站中参考子站采集的压力数据、压力损失曲线及流体管道的总长度，获取流体管道的压力分布曲线

通过上述公式(2)获得气体流经管道的压力损失曲线后，已知气体管道的总长度Lz，设ΔL为距离首站的距离，将ΔL从零开始，每次递增预设距离，每次递增后将ΔL赋值给上述公式(2)中的直管段长度l，能够分别计算出每次递增后的压力损失值ΔP_L，服务器获取到首站采集的压力数据后，通过首站的压力数据分别减去每次计算出的压力损失值ΔP_L，能够得到流体管道上与首站之间的距离为上述预设距离的倍数的各个位置处的压力数据，进而根据得到的各个位置处的压力数据绘制出气体流经管道的压力分布曲线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据第一子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第一子站与所述参考子站之间的距离，判断所述第一子站周围是否存在泄漏点，包括：

根据所述第一子站与所述参考子站之间的距离，从所述压力分布曲线上确定所述第一子站对应的压力估计值；

计算所述第一子站在预设时长内采集的压力数据与所述压力估计值之间的差值；

若在所述预设时长内所述差值均大于所述第一子站对应的压力阈值，则确定所述第一子站周围存在泄漏点。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述流体信息及存在泄漏点的所述子站及其上下游的子站采集的压力数据，定位所述泄漏点的位置，包括：

根据第二子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第二子站与所述参考子站之间的距离，获取所述第二子站对应的压力差值，所述第二子站为所述第一子站上游与所述第一子站距离最近且未出现故障的子站；

根据第三子站采集的压力数据、所述压力分布曲线及所述第三子站与所述参考子站之间的距离，获取所述第三子站对应的压力差值，所述第三子站为所述第一子站下游与所述第一子站距离最近且未出现故障的子站；

若所述第二子站对应的压力差值大于所述第二子站对应的压力阈值，且所述第三子站对应的压力差值大于所述第三子站对应的压力阈值，则确定所述泄漏点位于所述第二子站与所述第三子站之间；

根据所述第二子站采集的压力数据和所述第三子站采集的压力数据，计算所述泄漏点与所述第二子站或所述第三子站之间的距离。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收第四子站通过其上游子站发送的第一通讯异常信息，以及接收第五子站通过其下游子站发送的第二通讯异常信息，所述第四子站与所述第五子站之间的连接线缆损坏；

根据所述第一通讯异常信息及所述第二通讯异常信息，发送线缆损坏通知给所述各子站。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当判断一子站周围存在泄漏点时，所述方法还包括：

获取所述各子站采集的次声波数据；

根据所述次声波数据定位所述泄漏点的位置。