CN110648482A - 基于长输油气管道gis的分布式振动光缆的定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法及系统，该方法包括：S1、在长输油气管道上设置标记物；S2、计算两个标记物之间的距离和光缆长度信息；S3、计算每相邻的两个标记物之间的长度误差；S4、如果长度误差大于误差系数，表示标记物之间有盘绕光缆；在这两个标记物的正中间增加新的标记物，分为两段，分别对其执行步骤S2和S3的处理；S5、如果所有相邻标记物之间的长度误差均小于或等于误差系数，或两个相邻标记物之间的光缆长度均小于空间分辨率，表示标记物定位结束；S6、在GIS上标记出所有标记物和盘绕点信息。本发明用最小的工作量，快速精准定位，同时定位光缆盘绕点，为以后事件发生报警定位，通信维护工作提供便利。

Description

基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法及系统

技术领域

本发明涉及分布式振动传感器光缆定位技术领域，尤其涉及一种基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法及系统。

背景技术

国内外自启动管道运输工程开始，就开始了对管道第三方破坏在线监测方法的研究，经过数十年的发展，也取得了一些重要成果。传统的以人工巡线为主的方法，成功发现了多起管道安全事故，取得了明显的经济效益。但是这些监测的方法基本属于事后监测，都是当事故发生后才能监测及定位。分布式光纤振动传感器是近年来发展的一种用于实时测量空间振动分布的光纤传感系统。与管道同沟铺设的光缆作为传感介质，感知管道沿线的风险，通过机器学习，对管道沿线入侵事件进行智能识别，实现对管道的实时监测、定位、预警和报警。

但是分布式光纤振动监测系统，获取的是光纤的入侵位置信息，比如系统报警10km的光缆发生入侵行为，那么存在一个问题，10km的光缆对应的管道距离信息不清楚。因为管道以类似多条线段(最长几公里)连接方式铺设，而光缆存在盘绕，尤其光缆连接处都存在盘绕，那么光缆距离和管道距离不是相等关系。所以要确定光缆和管道的距离关系，需要基于GIS的定位技术。目前最简单的方法是沿着管道间隔一段距离定位。如果间隔太短，工作量增大，定位精度不会提高。如果间隔太长，定位精度减小。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法及系统，其目的在最小的工作量，快速精准定位，同时定位光缆盘绕点，为以后事件发生报警定位，通信维护工作提供便利。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法，长输油管道同沟铺设有光缆，光缆一端连接有解调仪表，光缆中设置有多段用于维护的盘绕光缆；该方法包括以下步骤：

S1、在长输油气管道上方设置多个标记物，对标记物进行定位得到其坐标信息，通过解调仪表解析光缆的反射信号，得到每个标记物对应的光缆长度信息；

S2、分别计算出每相邻的两个标记物之间的距离，以及对应的光缆长度信息；

S3、设置误差系数和分布式振动光缆的空间分辨率，依次计算每相邻的两个标记物之间的长度误差，将其与设置的误差系数进行比较；

S4、如果两个相邻标记物之间的长度误差大于误差系数，表示这两个相邻标记物之间的光缆有盘绕光缆，记录盘绕点的位置；并在这两个相邻标记物的正中间增加新的标记物，将其分为两段，并分别对这两段执行步骤S2和步骤S3的处理；

S5、如果所有相邻标记物之间的长度误差均小于或等于误差系数，或者两个相邻标记物之间的光缆长度均小于空间分辨率，表示标记物定位结束；

S6、在地理信息系统上标记出所有标记物和盘绕点信息，完成长输油气管道的分布式振动光缆的定位工作。

进一步地，本发明的步骤S1的具体方法为：

在各个标记物的位置，对管道采用认为施加一定规律的敲击，从解调仪表中获取光缆的反射信号，进而解析得到各个标记物对应的光缆长度信息；通过GPS定位设备获取各个标记物的GPS坐标信息；将光缆长度信息、GPS坐标信息和管道位置对应起来，构建得到光缆路由地理位置信息。

进一步地，本发明的步骤S1中的标记物包括管线上的里程桩或转交桩。

进一步地，本发明的步骤S3的具体方法为：

计算每相邻的两个标记物之间的长度误差的公式具体为：

其中，i表示第i个标记物，LP(i+1,i)表示第i到i+1标记物之间的距离，Lf(i+1,i)表示第i到i+1标记物之间对应的光缆长度；

记η为误差系数，L₀为分布式振动光缆的空间分辨率；

判断与η的大小，Lf(i+1,i)与L₀大小。

进一步地，本发明的步骤S4的具体方法为：

如果表示第i到i+1标记物之间光缆有盘绕；

在第i到i+1标记物正中间增加新标记物，变成两段，分别对两段执行步骤S2到步骤S3处理。

进一步地，本发明的步骤S5的具体方法为：

如果满足条件A：

或者条件B：Lf(i+1,i)≤L₀，第i到i+1标记物定位结束；

如果满足条件A表示两个标记物之间光缆距离与管道距离的关系是

如果满足条件B，表示两个标记物之间这一段光缆对应于一个物理空间分辨率距离。

本发明提供一种基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位系统，该系统包括以下模块：

探测光缆模块，包括与长输油管道同沟铺设的光缆，光缆中设置有多段用于维护的盘绕光缆；

标记物，设置有多个，分别间隔设置在长输油气管道上方；

定位模块，对标记物进行定位得到其坐标信息；

解调仪表模块，与光缆一端连接；通过解调仪表解析光缆的反射信号，得到每个标记物对应的光缆长度信息；该模块包括以下单元：

距离计算单元，用于分别计算出每相邻的两个标记物之间的距离，以及对应的光缆长度信息；

误差比较单元，用于设置误差系数和分布式振动光缆的空间分辨率，依次计算每相邻的两个标记物之间的长度误差，将其与设置的误差系数进行比较；

盘绕点检测单元，用于进行判断，如果两个相邻标记物之间的长度误差大于误差系数，表示这两个相邻标记物之间的光缆有盘绕光缆，记录盘绕点的位置；并在这两个相邻标记物的正中间增加新的标记物，将其分为两段，并分别将这两段送入距离计算单元和误差比较单元进行处理；

标记物定位模块，用于进行判断，如果所有相邻标记物之间的长度误差均小于或等于误差系数，或者两个相邻标记物之间的光缆长度均小于空间分辨率，表示标记物定位结束；

GIS信息标记模块，用于在地理信息系统上标记出所有标记物和盘绕点信息，完成长输油气管道的分布式振动光缆的定位工作。

本发明产生的有益效果是：本发明的基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法及系统：

(1)本发明方法能以最小的工作量，快速精准定位，同时定位光缆盘绕点，为以后通信维护工作提供便利。而传统方法是沿着管道间隔一段距离定位。如果间隔太短，工作量增大，定位精度不会提高。如果间隔太长，定位精度减小；本发明方法定位次数为n≥log₂(Lp/L₀)，传统方法次数为Lp/L₀。

(2)通用性好，可使用于通信光缆、电力光缆的伴行光缆等；

(3)当光缆出现事件，比如断纤，第三方施工，挖掘偷油等，分布式振动仪表发出报警，结合建立的光缆长度与地理位置信息，将报警事件点的距离定位在光缆路由地图上，方便相关工作人员快速精准知道事件位置。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明长输油气管道基于GIS的分布式振动光缆的定位系统图；

图2是本发明实施例GIS地图中，油气管道、标记物、同沟铺设光缆路由示意图；

图3是本发明实施例查找盘绕光纤，精准定位方法示意图；

图4是本发明实施例长输油气管道GIS的分布式振动光缆的快速精准定位方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的硬件系统与环境是长输油气管道1及其同沟铺设的通信光缆2，通信光缆2的其中一芯连接分布式振动仪表3，可以解调沿线光缆2周围的振动信号。图1是本发明长输油气管道基于GIS的分布式振动光缆的定位系统图。包括长输油气管道1，同沟铺设的通信光缆2，分布式振动解调仪表3，监控电脑4。

图2是本发明实施例GIS地图中，油气管道1、标记物5、同沟铺设光缆2路由示意图；长输油气管道1经过地理环境非常复杂，管线上的标记物5(管线上一般是里程桩号，转交桩)可以把管道1分割成很多段，每段几乎为直线。同沟铺设的光缆2也是如此，但是光缆2每间隔几公里必然出现盘绕光缆21留下余量，为以后维护提供方便。光缆2铺设完成后，在某一个点发生断纤事故，熔接光缆时必然在此处盘绕大量光缆。对于每一小段来说管道1是直线铺设，但是有盘绕光缆21存在的话，光缆2长度和管道1长度不一致。所以要找出盘绕点21，同时也要找出非盘绕地方的管道1与光缆2的线性对应关系。

图3是本发明实施例查找盘绕光纤，精准定位方法示意图；本实施列图3中，光缆2存在大量的盘绕光缆21，盘绕地方集中在一个地方(实际施工中，一般放在几米的坑中)。

本发明实施例的长输油气管道GIS的分布式振动光缆的快速精准定位方法，如图4所示，主要包括以下步骤：

S1：在长输油气管道上方的标记物5进行定位，采用人为施加一定规律的敲击，从解调仪表中可以获取光缆长度的信息，通过GPS定位设备获取GPS坐标信息。那么光缆长度，GPS，与管道信息对应起来，构建完整的光缆路由地理位置信息；

S2：计算出标记物5及下一个标记物的物理距离Lp(也就是管道1距离)，计算出光缆的长度Lf；

S3：判断与η的大小，Lf与L₀大小。其中η为误差系数(在油气管道中η要求不大于10％)，L₀是分布式振动光缆的空间分辨率(一般在10米)。从图3；

S4：根据图3，S3中两个条件，A：

B：Lf≤L₀都不满足，于是插入标记物51，分成两段。进入S2，S3。前一段还是不满足条件，继续插入标记物52。后一段满足条件进入S5。插入标记物52后，还是有一段不满足条件，如是循环，插入标记物53，54，最终确定盘绕点在标记物53和54之间。如果1km的管道1，查找到10米空间的盘绕光缆21，需要每间隔10米进行定位，那么定位次数为1km/10米＝100次。采用本发明方法次数计算方法

米，定位次数n＝7。可以看出，达到同样的定位精度，本发明方法工作量大大减少。

S5：如果条件A：

或者条件B：Lf≤L₀，这一段标记物定位结束。如果满足条件A表示两个标记物之间光缆距离与物理距离(管道距离)的关系是

如果满足条件B，表示两个标记物之间这一段光缆对应于一个物理空间分辨率距离10米；

S6：所有段完成后，在GIS上标记出标记物和所有盘绕点信息，长输油气管道基于GIS的分布式振动光缆的快速精准定位工作完成。

与现有方法相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明方法最小的工作量，快速精准定位，同时定位光缆盘绕点，为以后通信维护工作提供便利。而传统方法是沿着管道间隔一段距离定位。如果间隔太短，工作量增大，定位精度不会提高。如果间隔太长，定位精度减小；本发明方法定位次数为n≥log₂(Lp/L₀)，传统方法次数为Lp/L₀。

(2)通用性好，可使用于通信光缆、电力光缆的伴行光缆等；

(3)当光缆出现事件，比如断纤，第三方施工，挖掘偷油等，分布式振动仪表发出报警，结合建立的光缆长度与地理位置信息，将报警事件点的距离定位在光缆路由地图上，方便相关工作人员快速精准知道事件位置。

本发明实施例的基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位系统，该系统包括以下模块：

探测光缆模块，包括与长输油管道同沟铺设的光缆，光缆中设置有多段用于维护的盘绕光缆；

标记物，设置有多个，分别间隔设置在长输油气管道上方；

定位模块，对标记物进行定位得到其坐标信息；

解调仪表模块，与光缆一端连接；通过解调仪表解析光缆的反射信号，得到每个标记物对应的光缆长度信息；该模块包括以下单元：

距离计算单元，用于分别计算出每相邻的两个标记物之间的距离，以及对应的光缆长度信息；

误差比较单元，用于设置误差系数和分布式振动光缆的空间分辨率，依次计算每相邻的两个标记物之间的长度误差，将其与设置的误差系数进行比较；

盘绕点检测单元，用于进行判断，如果两个相邻标记物之间的长度误差大于误差系数，表示这两个相邻标记物之间的光缆有盘绕光缆，记录盘绕点的位置；并在这两个相邻标记物的正中间增加新的标记物，将其分为两段，并分别将这两段送入距离计算单元和误差比较单元进行处理；

标记物定位模块，用于进行判断，如果所有相邻标记物之间的长度误差均小于或等于误差系数，或者两个相邻标记物之间的光缆长度均小于空间分辨率，表示标记物定位结束；

GIS信息标记模块，用于在地理信息系统上标记出所有标记物和盘绕点信息，完成长输油气管道的分布式振动光缆的定位工作。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法，其特征在于，长输油管道同沟铺设有光缆，光缆一端连接有解调仪表，光缆中设置有多段用于维护的盘绕光缆；该方法包括以下步骤：

S1、在长输油气管道上方设置多个标记物，对标记物进行定位得到其坐标信息，通过解调仪表解析光缆的反射信号，得到每个标记物对应的光缆长度信息；

S2、分别计算出每相邻的两个标记物之间的距离，以及对应的光缆长度信息；

S3、设置误差系数和分布式振动光缆的空间分辨率，依次计算每相邻的两个标记物之间的长度误差，将其与设置的误差系数进行比较；

S4、如果两个相邻标记物之间的长度误差大于误差系数，表示这两个相邻标记物之间的光缆有盘绕光缆，记录盘绕点的位置；并在这两个相邻标记物的正中间增加新的标记物，将其分为两段，并分别对这两段执行步骤S2和步骤S3的处理；

S5、如果所有相邻标记物之间的长度误差均小于或等于误差系数，或者两个相邻标记物之间的光缆长度均小于空间分辨率，表示标记物定位结束；

S6、在地理信息系统上标记出所有标记物和盘绕点信息，完成长输油气管道的分布式振动光缆的定位工作。

2.根据权利要求1所述的基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法，其特征在于，步骤S1的具体方法为：

在各个标记物的位置，对管道采用认为施加一定规律的敲击，从解调仪表中获取光缆的反射信号，进而解析得到各个标记物对应的光缆长度信息；通过GPS定位设备获取各个标记物的GPS坐标信息；将光缆长度信息、GPS坐标信息和管道位置对应起来，构建得到光缆路由地理位置信息。

3.根据权利要求1所述的基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法，其特征在于，步骤S1中的标记物包括管线上的里程桩或转交桩。

4.根据权利要求1所述的基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法，其特征在于，步骤S3的具体方法为：

计算每相邻的两个标记物之间的长度误差的公式具体为：

其中，i表示第i个标记物，LP(i+1,i)表示第i到i+1标记物之间的距离，Lf(i+1,i)表示第i到i+1标记物之间对应的光缆长度；

记η为误差系数，L₀为分布式振动光缆的空间分辨率；

判断与η的大小，Lf(i+1,i)与L₀大小。

5.根据权利要求4所述的基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法，其特征在于，步骤S4的具体方法为：

如果

表示第i到i+1标记物之间光缆有盘绕；

在第i到i+1标记物正中间增加新标记物，变成两段，分别对两段执行步骤S2到步骤S3处理。

6.根据权利要求5所述的基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位方法，其特征在于，步骤S5的具体方法为：

如果满足条件A：

或者条件B：Lf(i+1,i)≤L₀，第i到i+1标记物定位结束；

如果满足条件A表示两个标记物之间光缆距离与管道距离的关系是

如果满足条件B，表示两个标记物之间这一段光缆对应于一个物理空间分辨率距离。

7.一种基于长输油气管道GIS的分布式振动光缆的定位系统，其特征在于，该系统包括以下模块：

探测光缆模块，包括与长输油管道同沟铺设的光缆，光缆中设置有多段用于维护的盘绕光缆；

标记物，设置有多个，分别间隔设置在长输油气管道上方；

定位模块，对标记物进行定位得到其坐标信息；

解调仪表模块，与光缆一端连接；通过解调仪表解析光缆的反射信号，得到每个标记物对应的光缆长度信息；该模块包括以下单元：

距离计算单元，用于分别计算出每相邻的两个标记物之间的距离，以及对应的光缆长度信息；

误差比较单元，用于设置误差系数和分布式振动光缆的空间分辨率，依次计算每相邻的两个标记物之间的长度误差，将其与设置的误差系数进行比较；

盘绕点检测单元，用于进行判断，如果两个相邻标记物之间的长度误差大于误差系数，表示这两个相邻标记物之间的光缆有盘绕光缆，记录盘绕点的位置；并在这两个相邻标记物的正中间增加新的标记物，将其分为两段，并分别将这两段送入距离计算单元和误差比较单元进行处理；

标记物定位模块，用于进行判断，如果所有相邻标记物之间的长度误差均小于或等于误差系数，或者两个相邻标记物之间的光缆长度均小于空间分辨率，表示标记物定位结束；

GIS信息标记模块，用于在地理信息系统上标记出所有标记物和盘绕点信息，完成长输油气管道的分布式振动光缆的定位工作。

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