CN110657352B - 一种燃气管线监测布点优化方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

一种燃气管线监测布点优化方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃气管线监测布点优化方法，包括A：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置；B：计算检查井对该微元管段的有效监测长度和有效监测总长度；C：计算监测效率，以及平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；D：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；E：将有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。本发明提供的一种燃气管线监测布点优化方法的优点在于：能够快速、有效的确定燃气监测点位的最优分布。

Description

一种燃气管线监测布点优化方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及燃气管线安全监测技术领域，尤其涉及一种燃气管线监测布点优化方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
近年来，全球天然气使用量正处于快速增长的阶段，天然气应用的普及带来了城市燃气管线规模迅速扩大，城市地下管线错综复杂，一旦燃气管线发生泄漏，极易扩散至相邻的雨污、电力等地下空间并导致大规模爆炸。严重的事故后果使得预防城市地下空间可燃气体爆炸成为城市公共安全工作的重点关注对象。
为了能够及时发现燃气泄漏的问题，从而避免严重事故的发生，需要采取相应的检查监测措施。目前城市燃气管线泄漏探测有数据采集与监视控制系统(SupervisoryControl And Data Acquisition，SCADA)、人工定期巡检和按照危险等级选取监测点三种方法。(1)随着信息化技术的发展，现在城市燃气管线运营管理中普遍采用了SCADA系统，实现对城市管网总图重要参数的显示、应急调峰分析、计算管网储气量、动态平衡天然气供气四项主要功能。由于SCADA系统能在线实时监测各节点压力流量，因此对于全管断裂等原因引起的大规模泄漏导致压力骤然下降能做到有效监测，但是无法发现管网中出现的微小泄漏，容易造成微小泄漏事故或由于处理不及时而发生重大事故。(2)人工巡检是指各城市的管线运营单位，主要通过采用手持可燃气体监测终端、可燃气体监测车辆等人工巡检方式发现燃气管网微小泄漏，但该方法实时性较差，通常巡检周期为3-30天不等，部分燃气公司为减少巡检成本甚至会延长巡检周期。(3)按照危险等级选取监测点的方法是进行现场调研、搜集及整理相关数据后从中选取危险性较大检查井作为燃气管线安全监测点。但是在对窨井的危险性进行分级的过程中存在一定主观性且风险性评级仅针对对应风险区域进行讨论，若涉及多个区域间，不同区域间可比性较差，可能导致布点不均匀的情况出现。
因此，对燃气管线相邻地下空间进行监测可以从根本上杜绝爆炸事故的发生。然而，随着城市规模的不断扩大，城市地下分布着大量错综复杂的燃气管线，管线附近又存在大量的燃气检查井，通讯井，雨污水井等相邻地下空间，对所有地下空间进行监测是不现实的。
中国专利申请CN106354983A公开了一种确定CO2埋存泄漏风险监测点的方法，通过历史数据拟合和数值模拟的方法对二氧化碳泄漏风险的位置进行风险等级划分和排序，进而对泄漏风险较大的点位指定监测方案。显然本发明若仅对高风险地下空间进行监测显然是不合适的，如城市中商业区中，尤其在十字路口段，相邻地下空间分布密度大，爆炸风险都很高，对其都进行监测显然是不合适的。并且风险评估的结果一般是静态的结果，在目前各城市大力发展建设的背景下，评估结果难以实时更新。
综上所述，现有技术中的燃气管线安全监测方法选择直接针对燃气管线进行监测时存在结果不准确的问题，针对相邻地下空间进行监测时，没有有效的选择监测点位置的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于有效监测长度对燃气管线的监测布点位置进行优化选择的方法，以克服现有技术无法有效选择监测点位的缺陷。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种燃气管线监测布点优化方法，包括
A：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；
B：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
C：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
D：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
E：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。
优选地，步骤A中将目标管线划分为n段微元，每段微元的长度为Δli，所述检查井到微元中心点的距离d与在该检查井位置能够监测到该微元中心点发生燃气泄漏的监测概率Pd之间的关系为：
Figure BDA0002218819940000021
舍弃与微元中心点距离超过dmax的检查井位置。
优选地，步骤B所述检查井的有效监测长度Δli′为
Δl′i＝PDΔli
Δli＝L/n
有效监测总长度L′为
Figure BDA0002218819940000031
其中，L为目标管线长度。
优选地，步骤C所述的监测效率E为E＝L′/L
平均监测长度V为V＝L′/m
其中，m是满足要求的检查井数量。
本发明还提供了一种燃气管线监测布点优化系统，包括
检查井位置确定单元：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；
有效监测长度计算单元：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
数据处理单元：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
判断执行单元：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
数据选定单元：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。
本发明还提供了一种电子处理设备，包括至少一个处理器和存储有至少一个执行程序的存储装置，当所述至少一个执行程序被所述至少一个处理器执行，所述至少一个处理器实现所述优化方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现所述优化方法。
本发明提供的一种燃气管线监测布点优化方法的优点在于：对燃气管线沿线的所有检查井地下空间进行分析，基于有效监测长度寻找兼顾建设成本和监测效率的布点位置，有效的选取需要布设监测传感器的地下空间，并能够根据检测效率的要求给出对应的布点位置，降低点位选取的盲目性。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的燃气管线监测布点优化方法的流程图；
图2为本发明的实施例所提供的燃气管线监测布点优化方法的检查井分布图；
图3为本发明的实施例所提供的燃气管线监测布点优化方法得到的检测效率和布点数量的示意图；
图4为本发明的实施例所提供的燃气管线监测布点优化方法归一化后的有效监测总长度和平均监测长度与布点数量之间的关系；
图5为本发明的实施例所提供的燃气管线监测布点优化方法优化后的布点位置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本实施例提供的了一种燃气管线的布点优化方法，包括
A：将目标管线均匀划分成n段微元，每段微元的长度为Δli，在具体选择时，需要综合考量设备性能和处理时间，在允许的情况下n取尽可能大的值。查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；所述检查井包括雨污、电力等地下空间。
需要注意，结合德国水燃气协会(DVGW)的相关研究成果，在一个检查井对应的地下空间内能够检测到燃气泄漏的可能性和其与泄漏点之间的距离存在如下关系：
Figure BDA0002218819940000041
其中，d为检查井到微元中心点的距离，dmax表征覆盖介质下可燃气体可扩散的最远距离，dmin表征可燃气体泄漏一般扩散距离。Pd为检查井位置能够监测到该微元中心点发生燃气泄漏的监测概率；当然不同的环境下其该公式可能需要进行一定的微调，在具体实施本申请提供的布点优化方法时，可以先通过查找相关数据或进行试验来确定dmax和dmin的具体数值，一般情况下，dmax∈[10.15]，dmin∈[2,3]。
在查找检查井位置时，可以通过微元中心取半径为dmax的圆形区域，并在该区域内查找距离微元中心距离最近的检查井，如果该区域内不存在任何检查井，则跳过该微元，当然也可以将该微元对应的监测概率直接设定为0进行后续的计算。
要求n的值尽可能大实际上是希望微元长度Δli尽可能小，在目标管线总长度已知的情况下，可以根据设备性能和处理时间给定一个的Δli数值，一般情况下Δli∈[0.1m,1.0m]；基于Δli的数值计算找到符合要求的检查井的数量，然后将Δli取更小值，获得对应的检查井数量并与之前的数值比较，直到随着Δli的减小，检查井数量不再增加为止。
参考图2，本实施选取了某地长度为356m的地下燃气管线进行计算，横坐标为燃气管道所在位置，图上各点为各种地下空间所在位置，共121个，使用上述方法筛选优化后，得到60个点(图2中的实点)。
B：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
定义第i个微元的有效监测长度Δl′i为
Δl′i＝PDΔli
Δli＝L/n
有效监测总长度L′为
Figure BDA0002218819940000051
其中，L为目标管线长度。
C：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，
所述监测效率E为E＝L′/L
表征整个目标管段中被监测的部分占比；
平均监测长度V为V＝L′/m
表征每个检查井对应的地下空间平均监测的管段长度，m是满足要求的检查井数量。
由此可以看出，选出的检查井数量越多，有效监测总长度越高，对应的监测效率越高。
记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
D：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
基于平均检测长度的计算公式可以知道，如果依次将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，平均监测长度的数值会逐渐增大，即平均监测长度与布设监测传感器的检查井数量呈负相关关系，舍弃检查井位置后重复计算，最终能够得到一系列检查井数量对应的有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数据。其中，设置有传感器的检查井数量与监测效率之间的关系参考图3。
E：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。
所述归一化处理的方法为将最大有效监测总长度和最大平均监测长度的数值定义为标准1，并以此为基准确定其他数值。
处理后的布点数量与有效监测总长度和平均有效监测长度的关系如图4，随着布点数量的增加，有效监测总长度也随之增加，布点数量大于20时，增长速度明显变慢，尤其当布点数量达到40时，继续增加布点数量对有效监测总长度几乎没有影响。平均监测长度随着布点数量的增加而减小。此时，两条曲线存在一个交点，即有效监测总长度与平均监测长度之间达到平衡，在平衡点处，如果继续减少测点，有效监测总长度将减小，平均监测长度增加，因此平衡点处即为最优方案的理论解。交点位置取整为19，此时对应有效监测总长度为229.10m，较初步方案布点数量减少68.3％，有效监测长度仅减少16.6％。从图4可以看出，布点数量为19时，监测效率达到了64％，其检查井分布位置如图5所示。
需要注意的是，此时的监测效率并不高，基于本实施例提供的优化方法能够确定兼顾布设成本和检测效率的最优布设方式，在对监测效率有更高要求的情况下，可以根据图3查找满足监测效率要求的最优布点数量，并进一步确认具体布点位置。
本发明建立了有效监测长度的具体计算方法，有效监测长度概念表征了监测点的监测范围，应用这种方法能够很好的量化测点及整个目标管线的监测效果，为地下空间的选择与方案优化提供了理论依据。根据这一理论，本发明设计了城市燃气管线相邻地下空间布点优化策略，应用该策略可以快速，有效的从众多点位中选取监测效率高，覆盖面积广的地下空间。因此，本发明所述的方法就城市燃气管线相邻地下空间布点优化方面来讲，解决了基于风险大小的布点优化方法中存在的计算量大，评估结果存在主观性以及选点难，优化难的问题。
基于上述方法，本实施例还提供了一种燃气管线监测布点优化系统，包括
检查井位置确定单元：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；
有效监测长度计算单元：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
数据处理单元：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
判断执行单元：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
数据选定单元：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。
本实施例还提供了一种电子处理设备，包括至少一个处理器和存储有至少一个执行程序的存储装置，当所述至少一个执行程序被所述至少一个处理器执行，所述至少一个处理器如下方法：
A：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；
B：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
C：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
D：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
E：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现如下方法：
A：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；
B：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
C：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
D：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
E：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。

Claims (7)

1.一种燃气管线监测布点优化方法，其特征在于：包括
A：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；
B：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
C：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
D：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
E：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。
2.根据权利要求1所述的一种燃气管线监测布点优化方法，其特征在于：步骤A中将目标管线划分为n段微元，每段微元的长度为Δli，所述检查井到微元中心点的距离d与在该检查井位置能够监测到该微元中心点发生燃气泄漏的监测概率Pd之间的关系为：
Figure FDA0002743277890000011
舍弃与微元中心点距离超过dmax的检查井位置。
3.根据权利要求2所述的一种燃气管线监测布点优化方法，其特征在于：步骤B所述检查井的有效监测长度Δl′i为
Δl′i＝PDΔli
Δli＝L/n
有效监测总长度L′为
Figure FDA0002743277890000012
其中，L为目标管线长度。
4.根据权利要求3所述的一种燃气管线监测布点优化方法，其特征在于：步骤C所述的监测效率E为
E＝L′/L
平均监测长度V为
V＝L′/m
其中，m是满足要求的检查井数量。
5.实现如权利要求1-4任一项所述的燃气管线监测布点优化方法的系统，其特征在于：包括
检查井位置确定单元：将目标管线均匀划分成多段微元，查找距离每一段微元中心点最近的检查井位置，记录检查井与微元中心的距离；
有效监测长度计算单元：计算检查井对该微元管段的有效监测长度，并计算该目标管线对应的有效监测总长度；
数据处理单元：计算有效监测总长度与目标管线总长度的比值得到监测效率，以及每一个检查井的平均有效监测长度，记录检查井数量、有效监测总长度、监测效率和平均有效监测长度的数值；
判断执行单元：将有效监测长度最小的检查井位置舍弃，返回步骤B，直到所有检查井位置均被舍弃；
数据选定单元：将检查井数量对应的有效监测总长度和平均有效监测长度的数值进行归一化处理，查找归一化后的有效监测总长度和平均有效监测长度大致相同时的检查井数量和位置。
6.一种电子处理设备，其特征在于：包括至少一个处理器和存储有至少一个执行程序的存储装置，当所述至少一个执行程序被所述至少一个处理器执行，所述至少一个处理器实现如权利要求1-4任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时能够实现如权利要求1-4任一项所述的方法。
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