CN110230990B - 燃气管网地质形变监测系统和方法 - Google Patents

燃气管网地质形变监测系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃气管网地质形变监测系统和方法，所述系统包括：现场检测装置，现场检测装置用于获取燃气管网所在地的现场地质形变数据；遥感影像检测装置，遥感影像检测装置用于获取燃气管网所在地的影像地质形变数据；数据处理装置，数据处理装置用于根据现场地质形变数据和影像地质形变数据判断燃气管网所在地是否发生地质形变。本发明能够方便、实时、准确地对燃气管网所在地的地质形变情况进行监测，节省人力，效率较高。

Description

燃气管网地质形变监测系统和方法
技术领域
本发明涉及地质监测技术领域，具体涉及一种燃气管网地质形变监测系统和一种燃气管网地质形变监测方法。
背景技术
地质形变会对燃气网造成损坏，导致燃气泄漏，进而导致燃气浪费，严重可导致管道爆炸等危险。目前对于燃气管网处地质的监测大多是通过人工等方式按规定时间进行巡检，无法实现实时监测，并且由于燃气网面积较广，人工巡检费时费力，需要多人耗费大量时间才能完成。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种燃气管网地质形变监测系统和方法，能够方便、实时、准确地对燃气管网所在地的地质形变情况进行监测，节省人力，效率较高。
本发明采用的技术方案如下：
一种燃气管网地质形变监测系统，包括：现场检测装置，所述现场检测装置用于获取所述燃气管网所在地的现场地质形变数据；遥感影像检测装置，所述遥感影像检测装置用于获取所述燃气管网所在地的影像地质形变数据；数据处理装置，所述数据处理装置用于根据所述现场地质形变数据和所述影像地质形变数据判断所述燃气管网所在地是否发生地质形变。
所述现场检测装置包括定位模块，所述定位模块用于获取所述燃气管网所在地多个监测点的三维定位数据。
所述定位模块包括：北斗定位芯片，所述北斗定位芯片设置于对应的监测点，以获取对应监测点的三维定位数据；北斗基准单元，所述北斗基准单元为所述北斗定位芯片提供基准定位数据；数据传输单元，所述数据传输单元用于将所述三维定位数据传输至所述数据处理装置。
所述数据传输单元包括北斗短报文模块，所述北斗短报文模块将所述三维定位数据以北斗短报文的形式传输至所述数据处理装置。
所述数据传输单元包括GPRS通信模块、3G通信模块或4G通信模块。
所述现场检测装置包括倾角传感器，所述倾角传感器用于获取所述燃气管网所在地多个监测点的倾角数据。
所述遥感影像检测装置包括：遥感影像采集单元，所述遥感影像采集单元用于采集所述燃气管网所在地不同时相的遥感影像；数据预处理单元，所述数据预处理单元用于对所述不同时相的遥感影像进行正射校正、影像融合、影像配准、影像裁剪；影像特征匹配单元，所述影像特征匹配单元用于对预处理后的不同时相的遥感影像进行特征点匹配以获取特征点；形变场标定单元，所述形变场标定单元用于通过特征点的标定获取各特征点的滑动位移量和滑动方向。
所述的燃气管网地质形变监测系统还包括：辅助监测装置，所述辅助监测装置用于获取燃气管网所在地的环境数据。
所述的燃气管网地质形变监测系统还包括：手持端，所述手持端用于接收并展示所述现场地质形变数据、所述影像地质形变数据、所述数据处理装置的判断结果和所述环境数据。
一种燃气管网地质形变监测方法，包括：获取所述燃气管网所在地的现场地质形变数据；获取所述燃气管网所在地的影像地质形变数据；根据所述现场地质形变数据和所述影像地质形变数据判断所述燃气管网所在地是否发生地质形变。
本发明的有益效果：
本发明通过获取燃气管网所在地的现场地质形变数据和影像地质形变数据，并根据现场地质形变数据和影像地质形变数据判断燃气管网所在地是否发生地质形变，由此，能够方便、实时、准确地对燃气管网所在地的地质形变情况进行监测，节省人力，效率较高。
附图说明
图1为本发明实施例的燃气管网地质形变监测系统的方框示意图；
图2为本发明一个具体实施例的燃气管网地质形变监测系统的方框示意图；
图3为本发明一个实施例的遥感影像检测装置的方框示意图；
图4为本发明一个实施例的燃气管网地质形变监测系统的方框示意图；
图5为本发明实施例的燃气管网地质形变监测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
如图1所示，本发明实施例的燃气管网地质形变监测系统，包括现场检测装置10、遥感影像检测装置20和数据处理装置30，其中，现场检测装置10用于获取燃气管网所在地的现场地质形变数据；遥感影像检测装置20用于获取燃气管网所在地的影像地质形变数据；数据处理装置30用于根据现场地质形变数据和影像地质形变数据判断燃气管网所在地是否发生地质形变。
在本发明的一个实施例中，现场检测装置10所对应的监测点可以为燃气管网的关键点，例如可对应焊缝处、三通处、穿跨越路段等关键点设置，以检测关键点附近的现场地质形变数据。
在本发明的一个实施例中，现场检测装置10可包括定位模块，定位模块用于获取燃气管网所在地多个监测点的三维定位数据。具体地，如图2所示，定位模块可包括北斗定位芯片11、北斗基准单元12和数据传输单元13。
其中，北斗定位芯片11设置于对应的监测点，以获取对应监测点的三维定位数据。具体地，北斗定位芯片11可固定于监测点的地表，或埋设于监测点地下，能够随监测点处的地质形变而发生三维空间位置的变化。优选地，北斗定位芯片11贴设于燃气管道上，从而可直接检测到会使燃气管网发生损坏的地质形变。
北斗基准单元12可为北斗定位芯片11提供基准定位数据，北斗基准单元12可由北斗接收机、天线及供电辅助装置和防雷辅助装置构成，用于基准位置坐标的获取，基准位置坐标可对北斗定位芯片11获取的监测点三维坐标进行校准。北斗基准单元12也可由监测点附近的CORS(Continuously Operating Reference Stations，连续运行参考站)基站组成，基站自动控制网内的所有接收机，并自动完成数据的解算处理。
数据传输单元13可将三维定位数据传输至数据处理装置30。
在本发明的一个实施例中，现场检测装置10可包括倾角传感器，倾角传感器用于获取燃气管网所在地多个监测点的倾角数据。具体地，倾角传感器可固定于监测点的地表，或埋设于监测点地下，能够随监测点处的地质形变而发生倾斜角度值的变化。优选地，倾角传感器贴设于燃气管网上，从而可直接检测到会使燃气管网发生损坏的地质形变。
进一步地，数据传输单元13可包括北斗短报文模块，北斗短报文模块可将三维定位数据以北斗短报文的形式传输至数据处理装置30。也就是说，通过北斗系统获取的三维定位数据可直接通过北斗短报文传输至数据处理装置30。数据传输单元13还可包括GPRS通信模块、3G通信模块或4G通信模块等移动运营商网络通信模块，移动运营商网络通信模块可将倾角传感器获取的倾角数据传输至数据处理装置30。当然，在移动运营商网络通信模块的通信路径受阻时，倾角传感器获取的倾角数据也可通过北斗短报文模块传输至数据处理装置30。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，遥感影像检测装置20包括遥感影像采集单元21、数据预处理单元22、影像特征匹配单元23和形变场标定单元24。其中，遥感影像采集单元21可采集燃气管网所在地不同时相的遥感影像。数据预处理单元22可对不同时相的遥感影像进行正射校正、影像融合、影像配准、影像裁剪等预处理，确保影像融合后能够获取最大的信息量。影像特征匹配单元23可对预处理后的不同时相的遥感影像进行特征点匹配以获取特征点。本发明实施例主要采用国际上通用的算法如SIFT、CSIFT算法进行遥感影像特征点匹配。特征点指的是图像灰度值发生剧烈变化的点或者在图像边缘上曲率较大的点，简单来说，特征点就是图像中具有代表性和鲁棒性的点，可以是角，也可以是局部亮点，抑或是线段终点，根据检测算法的不同，所得到的特征点也有着区别。形变场标定单元24用于通过特征点的标定获取各特征点的滑动位移量和滑动方向。具体地，在获取不同时相遥感影像中的特征点后，可以以遥感影像的左上角点为原点建立像方坐标系，计算2幅影像特征点的像素坐标差，并将2幅影像中获取的滑坡体的特征点依次首尾相连，连接成特征矢量集。2幅影像各特征点滑动的像素个数乘以图像中每个像素代表的实际距离即为各特征点在监测阶段的滑动位移量，特征矢量方向即为各特征点的滑动方向。
在本发明的一个实施例中，数据处理装置30作为监控中心，能够规划和执行监测任务，汇集现场地质形变数据和影像地质形变数据，以及进行自动基线解算、历史数据评估和统计、形变态势评估和预测、曲线描述、报表输出和建立相应的数据库等。
由于本发明实施例采用监测点定点监测，难以满足大面积形变场的监测要求，因此可现场地质形变监测与影像地质形变监测相结合，进行关键特征点的融合对比监测分析。在选取监测点进行对比分析时，主要通过以下方式进行对比选点：
(1)在诸多监测点中，选择分布于特征匹配点密集且相对安全区域内的监测点，依据北斗系统获取的监测点的三维空间坐标与遥感影像上的空间坐标，将监测点标记于遥感影像上，并获取相应点的图像平面坐标信息；
(2)在遥感影像的特征矢量集中利用最邻近插值方法，内插得到监测点的位移量，与根据北斗系统获取的三维坐标计算出的位移量进行对比分析。
在具体分析时，数据处理装置30可根据某一监测点前后两次北斗的三维定位数据进行位移量的计算，计算得到的位移量小于等于位移阈值，可作为该监测点未发生地质形变的判断依据；计算得到的位移量大于位移阈值，可作为该监测点发生地质形变的判断依据。数据处理装置30可根据某一监测点前后两次的倾角数据进行倾角变化量的计算，计算得到的倾角变化量小于等于倾角变化阈值，可作为该监测点未发生地质形变的判断依据；计算得到的倾角变化量大于倾角变化阈值，可作为该监测点发生地质形变的判断依据。数据处理装置30可通过遥感影像检测装置获取某一特征点的滑动位移量，滑动位移量小于等于滑动位移阈值，可作为该特征点未发生地质形变的判断依据；滑动位移量大于滑动位移阈值，可作为该特征点发生地质形变的判断依据。
对于燃气管网所在地是否发生地质形变的判断，数据处理装置30可结合上述现场地质形变数据和影像地质形变数据实现判断，即如果某一点的位移量大于位移阈值，并且倾角变化量大于倾角变化阈值，并且滑动位移量大于滑动位移阈值，则判断该点发生地质形变；否则判断该点未发生地质形变。这种判断方式能够提高监测的可靠性。
在本发明的另一实施例中，数据处理装置30还可根据上述现场地质形变数据和影像地质形变数据中的任意一个实现判断，即如果某一点的位移量大于位移阈值，或者倾角变化量大于倾角变化阈值，或者滑动位移量大于滑动位移阈值，则判断该点发生地质形变；否则判断该点未发生地质形变。这种判断方式能够提高监测的灵敏度。
此外，在本发明实施例的燃气管网地质形变监测系统中，遥感影像检测装置20所获取的影像地质形变数据还可作为北斗定位芯片11所设置位置的依据。具体地，可根据遥感影像中分布于特征点密集且相对安全区域内的关键特征点的空间坐标，指导北斗定位芯片11的设置位置，即监测点的位置。
根据本发明实施例的燃气管网地质形变监测系统，可通过现场检测装置获取燃气管网所在地的现场地质形变数据，通过遥感影像检测装置获取燃气管网所在地的影像地质形变数据，并通过数据处理装置根据现场地质形变数据和影像地质形变数据判断燃气管网所在地是否发生地质形变，由此，能够方便、实时、准确地对燃气管网所在地的地质形变情况进行监测，节省人力，效率较高。
进一步地，如图4所示，本发明实施例的燃气管网地质形变监测系统还可包括辅助监测装置40和手持端50，辅助监测装置40可获取燃气管网所在地的环境数据，手持端50可接收并展示现场地质形变数据、影像地质形变数据、数据处理装置30的判断结果和环境数据。具体地，辅助监测装置40可包括设置在同一盒体内的温度传感器、湿度传感器、振动传感器、加速度传感器和控制器，辅助监测装置40设置于对应的监测点，温度传感器、湿度传感器、振动传感器、加速度传感器可在控制器的控制下分别获取监测点的温度数据、湿度数据、振动频率数据、加速度数据，控制器可将上述各环境数据以北斗短报文的形式传输至手持端50。同时，手持端50可通过与数据处理装置30之间的无线通信获取现场地质形变数据、影像地质形变数据、数据处理装置30的判断结果，从而向手持端50的用户展示现场地质形变数据、影像地质形变数据、数据处理装置30的判断结果和环境数据。用户可结合手持端50展示的数据来判断燃气管网的地质形变状况，例如，当某一监测点的湿度远超过此前平均湿度或设定的湿度阈值时，如果该监测点的三维空间坐标或倾角发生变化，则可能是因为该监测点因下雨等产生积水导致的，可暂不做该监测点发生地质形变的判定。通过结合环境数据综合判断燃气管网所在地是否发生地质形变，能够进一步提高判断准确度。
基于上述实施例的燃气管网地质形变监测系统，本发明还提出了一种燃气管网地质形变监测方法。
如图5所示，本发明实施例的燃气管网地质形变监测方法包括以下步骤：
S1，获取燃气管网所在地的现场地质形变数据。
在本发明的一个实施例中，可选取燃气管网的关键点，例如焊缝处、三通处、穿跨越路段等关键点，检测关键点附近的现场地质形变数据。其中，现场地质形变数据包括北斗定位系统获取的三维定位数据。
在本发明的一个实施例中，现场地质形变数据还可包括倾角传感器获取的倾角数据。
S2，获取燃气管网所在地的影像地质形变数据。
具体地，可采集燃气管网所在地不同时相的遥感影像，并对不同时相的遥感影像进行正射校正、影像融合、影像配准、影像裁剪等预处理，然后对预处理后的不同时相的遥感影像进行特征点匹配以获取特征点，再通过特征点的标定获取各特征点的滑动位移量和滑动方向。
S3，根据现场地质形变数据和影像地质形变数据判断燃气管网所在地是否发生地质形变。
首先可根据现场地质形变数据和影像地质形变数据进行对比选点：在诸多监测点中，选择分布于特征匹配点密集且相对安全区域内的监测点，依据北斗系统获取的监测点的三维空间坐标与遥感影像上的空间坐标，将监测点标记于遥感影像上，并获取相应点的图像平面坐标信息；在遥感影像的特征矢量集中利用最邻近插值方法，内插得到监测点的位移量，与根据北斗系统获取的三维坐标计算出的位移量进行对比分析。
在具体分析时，可以根据某一监测点前后两次北斗的三维定位数据进行位移量的计算，计算得到的位移量小于等于位移阈值，可作为该监测点未发生地质形变的判断依据；计算得到的位移量大于位移阈值，可作为该监测点发生地质形变的判断依据。可以根据某一监测点前后两次的倾角数据进行倾角变化量的计算，计算得到的倾角变化量小于等于倾角变化阈值，可作为该监测点未发生地质形变的判断依据；计算得到的倾角变化量大于倾角变化阈值，可作为该监测点发生地质形变的判断依据。可以通过遥感影像检测装置获取某一特征点的滑动位移量，滑动位移量小于等于滑动位移阈值，可作为该特征点未发生地质形变的判断依据；滑动位移量大于滑动位移阈值，可作为该特征点发生地质形变的判断依据。
对于燃气管网所在地是否发生地质形变的判断，可结合上述现场地质形变数据和影像地质形变数据实现判断，即如果某一点的位移量大于位移阈值，并且倾角变化量大于倾角变化阈值，并且滑动位移量大于滑动位移阈值，则判断该点发生地质形变；否则判断该点未发生地质形变。这种判断方式能够提高监测的可靠性。
在本发明的另一实施例中，还可根据上述现场地质形变数据和影像地质形变数据中的任意一个实现判断，即如果某一点的位移量大于位移阈值，或者倾角变化量大于倾角变化阈值，或者滑动位移量大于滑动位移阈值，则判断该点发生地质形变；否则判断该点未发生地质形变。这种判断方式能够提高监测的灵敏度。
此外，在本发明实施例的燃气管网地质形变监测系统中，所获取的影像地质形变数据还可作为设置现场地质形变数据采集位置的依据。具体地，可根据遥感影像中分布于特征点密集且相对安全区域内的关键特征点的空间坐标，指导现场地质形变数据采集位置的设置。
根据本发明实施例的燃气管网地质形变监测方法，通过获取燃气管网所在地的现场地质形变数据，获取燃气管网所在地的影像地质形变数据，并根据现场地质形变数据和影像地质形变数据判断燃气管网所在地是否发生地质形变，由此，能够方便、实时、准确地对燃气管网所在地的地质形变情况进行监测，节省人力，效率较高。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种燃气管网地质形变监测系统，其特征在于，包括：
现场检测装置，所述现场检测装置用于获取所述燃气管网所在地的现场地质形变数据；
遥感影像检测装置，所述遥感影像检测装置用于获取所述燃气管网所在地的影像地质形变数据，所述遥感影像检测装置包括：遥感影像采集单元，所述遥感影像采集单元用于采集所述燃气管网所在地不同时相的遥感影像；数据预处理单元，所述数据预处理单元用于对所述不同时相的遥感影像进行正射校正、影像融合、影像配准、影像裁剪；影像特征匹配单元，所述影像特征匹配单元用于对预处理后的不同时相的遥感影像进行特征点匹配以获取特征点；形变场标定单元，所述形变场标定单元用于通过特征点的标定获取各特征点的滑动位移量和滑动方向；
数据处理装置，所述数据处理装置用于根据所述现场地质形变数据和所述影像地质形变数据对比分析判断所述燃气管网所在地是否发生地质形变，
其中，所述现场检测装置包括定位模块，所述定位模块用于获取所述燃气管网所在地多个监测点的三维定位数据，所述定位模块包括：北斗定位芯片，所述北斗定位芯片设置于对应的监测点，以获取对应监测点的三维定位数据；北斗基准单元，所述北斗基准单元为所述北斗定位芯片提供基准定位数据；数据传输单元，所述数据传输单元用于将所述三维定位数据传输至所述数据处理装置，监测点为燃气管网的关键点，北斗定位芯片贴设于燃气管道上，
其中，所述数据处理装置在多个监测点中，选择分布于特征点密集且相对安全区域内的监测点，依据获取的监测点的三维定位数据与遥感影像上的空间坐标，将监测点标记于遥感影像上，并获取遥感影像上标记的监测点的图像平面坐标信息；在遥感影像的特征矢量集中利用最邻近插值方法，内插得到遥感影像上标记的监测点的滑动位移量，与获取的三维定位数据计算出的位移量进行对比分析。
2.根据权利要求1所述的燃气管网地质形变监测系统，其特征在于，所述数据传输单元包括北斗短报文模块，所述北斗短报文模块将所述三维定位数据以北斗短报文的形式传输至所述数据处理装置。
3.根据权利要求1所述的燃气管网地质形变监测系统，其特征在于，所述数据传输单元包括GPRS通信模块、3G通信模块或4G通信模块。
4.根据权利要求3所述的燃气管网地质形变监测系统，其特征在于，所述现场检测装置还包括倾角传感器，所述倾角传感器用于获取所述燃气管网所在地多个监测点的倾角数据。
5.根据权利要求4所述的燃气管网地质形变监测系统，其特征在于，还包括：
辅助监测装置，所述辅助监测装置用于获取燃气管网所在地的环境数据。
6.根据权利要求5所述的燃气管网地质形变监测系统，其特征在于，还包括：
手持端，所述手持端用于接收并展示所述现场地质形变数据、所述影像地质形变数据、所述数据处理装置的判断结果和所述环境数据。
7.一种燃气管网地质形变监测方法，其特征在于，包括：
获取所述燃气管网所在地的现场地质形变数据，其中，所述现场地质形变数据包括所述燃气管网所在地多个监测点的三维定位数据，监测点为燃气管网的关键点，通过贴设于燃气管道上的北斗定位芯片获取对应监测点的三维定位数据；
获取所述燃气管网所在地的影像地质形变数据，具体采集燃气管网所在地不同时相的遥感影像，并对不同时相的遥感影像进行正射校正、影像融合、影像配准、影像裁剪预处理，然后对预处理后的不同时相的遥感影像进行特征点匹配以获取特征点，再通过特征点的标定获取各特征点的滑动位移量和滑动方向；
根据所述现场地质形变数据和所述影像地质形变数据对比分析判断所述燃气管网所在地是否发生地质形变，
其中，对比分析包括：在多个监测点中，选择分布于特征点密集且相对安全区域内的监测点，依据获取的监测点的三维定位数据与遥感影像上的空间坐标，将监测点标记于遥感影像上，并获取遥感影像上标记的监测点的图像平面坐标信息；在遥感影像的特征矢量集中利用最邻近插值方法，内插得到遥感影像上标记的监测点的滑动位移量，与获取的三维定位数据计算出的位移量进行对比分析。
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