CN111486345A - 一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，该粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，包括以下步骤：一、基于协同过滤对选出待检测的当前节点的可信邻居集；二、选出构成最终可信邻居集；三、检测时根据当前节点与最终可信邻居集中的所有节点的流速差，统计流速差超过流速差阈值的最终可信邻居集中的节点数，如果该节点数大于数量阈值时标记当前节点为异常节点；四、异常节点能够在支管上确定异常管道段，此时监测平台发出预警；本发明配置在线测量参数的节点，汇集节点数据基于协同过滤对节点进行选择对比，依据对比差值的差异性得出异常节点，再根据异常节点确定异常管段发出警报预警，值得大力推广。

Description

一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法及装置

技术领域

本发明属于智能粮库技术领域，具体涉及一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法。

背景技术

泄漏检测方法一般用来检测管道的完整性，大致可分为生物方法和硬件方法。

1.1生物方法

生物方法，是指有经验的工作人员用肉眼观测、闻气味、听声音查出泄漏的位置，或专门训练过的狗通过辨气味确认泄漏位置。

早期的管道渗漏检测方法是有经验的技术人员沿管线行走查看管道附近异常情况，闻管道释放出来的介质的气味，或听介质从管道泄漏时发出的声音。这种检测方法的结果主要依赖于个人经验和查看前后泄漏的发展。另外一种方法是用经过训练的、能够对管道泄漏物质的气味很敏感的狗进行检测。生物方法无法对管道泄漏进行连续检测，灵敏性较差。

1.2硬件方法

硬件方法是依靠不同的硬件装置用来辅助检测确定泄漏位置。所用典型装置根据设计原理可分为5种类型:气体取样检测器、温度检测器、声学检测器、电参数检测器和管内行走检测器。

1.2.1气体取样检测器

气体取样检测器主要有火焰电离检测器和可燃气体监测器两种。

火焰电离检测器的基本工作原理:在有电场存在的情况下，烃类(气态)在纯氢火焰灼烧下产生带电碳原子，碳原子被收集到一个电极板上并计数；当碳原子的数量超过预设值时，则表明周围空气中存在超过了警戒浓度的可燃气体，检测器即报警。利用检测有无可燃性气体的方法来确定可燃性气体的泄漏，一般采用基于接触燃烧原理的可燃性气体检测器，可检测约22.4×104mol/m3气体，常用于气体管道。

可燃气体检测器是一种监视可燃气体的独立传感器。它通过扩散作用从空气中取样，利用催化氧化原理产生一种与可燃气体浓度成比例的信号，一旦可燃气体浓度超过爆炸下限的20％，继电器驱动信号便传送到远方控制板上的报警器报警。

1.2.2温度检测器

泄漏会引起管道周围环境的温度变化。采用搭载在车辆、直升机上的光谱检测和分析设备，可通过监测泄漏引起的热点检漏。美国佛罗里达技术网络公司利用直升飞机载红外线摄像装置，记录埋地管道周围某些不规则的地热辐射效应，利用光谱分析检测较小的泄漏。美国天然气研究所现正致力于利用以激光为基础的遥感技术检漏研究，以开发一种能在相当远的距离内选用遥感技术快速扫描大幅地区，检测管道气体泄漏产生的热点并提供有关图像的装置。

近年来先进的大面积温度传感器的发展使温度检测技术更加实用。温度传感器，如多传感器电缆和采用光导纤维的光学时间域反射测定法等都被用于检测泄漏附近温度的变化。

1.2.3声学检测器

渗漏发生后，流体流出管道后会发生声音，声波按照管道内流体物理性质决定的速度传播开去。声音检测器检测出这种波而发现泄漏。由于检测范围的局限有必要沿管道安装很多声音传感器，这些传感器在管道内检测声音信号，从正常运行的声音中鉴别出泄漏声音。

1.2.4电参数检测器

电参数检测器主要有电缆阻抗检测和土壤电参数检测两种。

电缆阻抗检测法是由加拿大技术人员所开发。在管道建设时，沿管道铺设一种能与天然气进行某种反应的电缆。如果泄漏发生，则泄漏天然气会与电缆发生反应，改变电缆的阻抗特性并将此信号传回检测中心。该电缆既是传感器又是信号传输设备，可利用阻抗、电阻率和长度的关系确定泄漏的程度和泄漏的位置。

泄漏会引起管道周围土壤电参数的变化，采用雷达系统(发射器和接收器)可通过检测土壤电参数准确定位地下管道的泄漏，即为土壤电参数检测法。

1.2.5管道机器人

随着科学技术的发展，机器人也在管道检测中得到较为广泛的运用。管道机器人是一种可在管道内行走的机械，可以携带一种或多种传感器，在操作人员的远端控制下进行一系列的管道检侧维修作业，是一种理想的管道自动化检测装置。一个完整的管道检测机器人应当包括移动载体、视觉系统、信号传送系统、动力系统和控制系统。管道机器人利用超声波传感器、漏磁通传感器等多种检侧传感器进行信息检测，对管道环境进行识别，自动完成检测任务。其核心组成为管道环境识别系统(视觉系统)和移动载体。目前国外的管道机器人的技术已经发展得比较成熟，它不仅能进行管道检测，还具有管道维护与维修等功能，是一个综合的管道检测维修系统。

现有技术中的管道泄漏监测方法存在诸多缺陷，生物监测方法只能作为辅助，机械检测方法存在耗费人力以及无法实时监测预警的缺陷。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实时监测预警的粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，包括以下步骤：

一、基于协同过滤对选出待检测的当前节点的可信邻居集，分别以流量作为项目选出待检测的当前节点的流量可信邻居集，以压力作为项目选出待检测的当前节点的流速可信邻居集；

二、对比当前节点的流量可信邻居集和压力可信邻居集，将流量可信邻居集和压力可信邻居集中的相同节点选出构成最终可信邻居集；

三、检测时根据当前节点与最终可信邻居集中的所有节点的流速差，统计流速差超过流速差阈值的最终可信邻居集中的节点数，如果该节点数大于数量阈值时标记当前节点为异常节点；

四、重复步骤一至三遍历粮库地下管网上的节点，得到所有异常节点，如果一个支管上的异常节点数＜2，则无法构成异常管道段，说明无管道异常；如果一个支管上的异常节点数≥2，则异常节点能够在支管上确定异常管道段，此时监测平台发出预警。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤一种协同过滤的方法包括以下步骤：

S1、建立节点-项目矩阵，该矩阵包含节点、项目以及节点对项目的评分，项目为某一压力值或流量值，评分为节点处于项目的压力值或流量值的次数；

S2、对于待检测的当前节点，计算节点与当前节点的相似度，采用Top-N的方法得出由N位节点组成的可信邻居集。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中根据优化的Pearson相关系数计算公式计算节点与当前节点的相似度，优化的Pearson相关系数计算公式如下:

给定节点集U、项目集P以及节点对项目的评分矩阵R，

表示节点u对项目p评分的平均值。

作为本发明的进一步优化方案，所述节点设置于粮库地下管网的支管上，每个支管上设有若干个等距分布的节点，节点能够检测管道流量、流速和压力。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤四中的异常管道段进行人工或机械进一步检查确定泄露点，然后再进行开挖维修。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤三中流速差阈值为标准流速差的107％；取最终可信邻居集的所有节点的流速差取平均值作为标准流速差。

一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法的监测预警装置，包括若干个节点、数据收发单元和粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，节点通过数据收发单元连接粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，数据收发单元将节点数据上传到粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，并下行数据到节点。

节点包括流速检测单元、流量检测单元和压力检测单元，流速检测单元包括相互通讯的流速传感器和数据采集RTU模块，流量检测单元包括相互通讯的流量传感器和数据采集RTU模块，压力检测单元包括相互通讯的压力传感器和数据采集RTU模块；节点采集管道点位流速、流量和压力数据，分别通过数据采集RTU模块上传到数据收发单元统一发送。

作为本发明的进一步优化方案，所述粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台连接服务器。

本发明的有益效果在于：

1)本发明配置在线测量参数的节点，汇集节点数据基于协同过滤对节点进行选择对比，依据对比差值的差异性得出异常节点，再根据异常节点确定异常管段发出警报预警；

2)本发明通过协同过滤过滤不相关节点，并且通过设置阈值进行过滤能够避免管道内部波动以及测量误差的影响，得到较为准确的预警结果。

附图说明

图1是实施例四中本发明的粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法的监测装置的结构示意图；

图2是实施例四中本发明的粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法的监测装置的节点分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例一

一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，包括以下步骤：

一、基于协同过滤对选出待检测的当前节点的可信邻居集，分别以流量作为项目选出待检测的当前节点的流量可信邻居集，以压力作为项目选出待检测的当前节点的流速可信邻居集；

二、对比当前节点的流量可信邻居集和压力可信邻居集，将流量可信邻居集和压力可信邻居集中的相同节点选出构成最终可信邻居集；

三、检测时根据当前节点与最终可信邻居集中的所有节点的流速差，统计流速差超过流速差阈值的最终可信邻居集中的节点数，如果该节点数大于数量阈值时标记当前节点为异常节点；

四、重复步骤一至三遍历粮库地下管网上的节点，得到所有异常节点，如果一个支管上的异常节点数＜2，则无法构成异常管道段，说明无管道异常；如果一个支管上的异常节点数≥2，则异常节点能够在支管上确定异常管道段，此时监测平台发出预警。

所述步骤一种协同过滤的方法包括以下步骤：

S1、建立节点-项目矩阵，该矩阵包含节点、项目以及节点对项目的评分，项目为某一压力值或流量值，评分为节点处于项目的压力值或流量值的次数；

S2、对于待检测的当前节点，计算节点与当前节点的相似度，采用Top-N的方法得出由N位节点组成的可信邻居集。

步骤S2中根据优化的Pearson相关系数计算公式计算节点与当前节点的相似度，优化的Pearson相关系数计算公式如下:

给定节点集U、项目集P以及节点对项目的评分矩阵R，

表示节点u对项目p评分的平均值。

优选的，节点设置于粮库地下管网的支管上，每个支管上设有若干个等距分布的节点，节点能够检测管道流量、流速和压力。

优选的，对于异常管道段进行人工或机械进一步检查确定泄露点，然后再进行开挖维修。

优选的，支管进端和出端的节点不作为检测节点进行检测。

必要说明，粮库地下管网主管道进行恒压处理，保持管道总压恒压。

实施例二

在实施例一的基础上提供一种流速差阈值的确定方法，同一压力和流量的支管上的节点的流速理论上一致，但是由于实际测量误差和波动的影响会出现5％左右的偏差，可取最终可信邻居集的所有节点的流速差取平均值作为标准流速差，异常节点由于泄露损失需要流速增大弥补，因此可取流速差阈值选为标准流速差的107％，大于该阈值偏离正常偏差，标记为异常。

实施例三

在实施例一的基础上提供一种数量阈值的确定方法，理论上该数量阈值为1，但是实际上存在误差以及偏差以及设备不良的影响，因此可适当的提高该阈值，可根据支管数量进行设定，例如主管上的支管数量为X，则数量阈值为X，大于该阈值即标记为异常节点。

实施例四

如图1-2所示，本发明还提供一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法的监测装置，具体包括若干个节点、数据收发单元和粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，节点通过数据收发单元连接粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，数据收发单元将节点数据上传到粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，并下行数据到节点。

节点包括流速检测单元、流量检测单元和压力检测单元，流速检测单元包括相互通讯的流速传感器和数据采集RTU模块，流量检测单元包括相互通讯的流量传感器和数据采集RTU模块，压力检测单元包括相互通讯的压力传感器和数据采集RTU模块；节点采集管道点位流速、流量和压力数据，分别通过数据采集RTU模块上传到数据收发单元统一发送。

优选的，节点中的流速传感器、流量传感器、压力传感器检测粮库地下管网同一点位的流速、流量和压力。

优选的，粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台连接服务器。通过服务器提供运算和存储。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、基于协同过滤对选出待检测的当前节点的可信邻居集，分别以流量作为项目选出待检测的当前节点的流量可信邻居集，以压力作为项目选出待检测的当前节点的流速可信邻居集；

二、对比当前节点的流量可信邻居集和压力可信邻居集，将流量可信邻居集和压力可信邻居集中的相同节点选出构成最终可信邻居集；

三、检测时根据当前节点与最终可信邻居集中的所有节点的流速差，统计流速差超过流速差阈值的最终可信邻居集中的节点数，如果该节点数大于数量阈值时标记当前节点为异常节点；

四、重复步骤一至三遍历粮库地下管网上的节点，得到所有异常节点，如果一个支管上的异常节点数＜2，则无法构成异常管道段，说明无管道异常；如果一个支管上的异常节点数≥2，则异常节点能够在支管上确定异常管道段，此时监测平台发出预警。

2.根据权利要求1所述的一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，其特征在于：所述步骤一种协同过滤的方法包括以下步骤：

S1、建立节点-项目矩阵，该矩阵包含节点、项目以及节点对项目的评分，项目为某一压力值或流量值，评分为节点处于项目的压力值或流量值的次数；

S2、对于待检测的当前节点，计算节点与当前节点的相似度，采用Top-N的方法得出由N位节点组成的可信邻居集。

3.根据权利要求2所述的一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，其特征在于：所述步骤S2中根据优化的Pearson相关系数计算公式计算节点与当前节点的相似度，优化的Pearson相关系数计算公式如下:

给定节点集U、项目集P以及节点对项目的评分矩阵R，

表示节点u对项目p评分的平均值。

4.根据权利要求1所述的一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，其特征在于：所述节点设置于粮库地下管网的支管上，每个支管上设有若干个等距分布的节点，节点能够检测管道流量、流速和压力。

5.根据权利要求1所述的一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，其特征在于：所述步骤四中的异常管道段进行人工或机械进一步检查确定泄露点，然后再进行开挖维修。

6.根据权利要求1所述的一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法，其特征在于：所述步骤三中流速差阈值为标准流速差的107％；取最终可信邻居集的所有节点的流速差取平均值作为标准流速差。

7.一如权利要求1-6任一所述的一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法的监测预警装置，其特征在于：包括若干个节点、数据收发单元和粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，节点通过数据收发单元连接粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，数据收发单元将节点数据上传到粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台，并下行数据到节点；

节点包括流速检测单元、流量检测单元和压力检测单元，流速检测单元包括相互通讯的流速传感器和数据采集RTU模块，流量检测单元包括相互通讯的流量传感器和数据采集RTU模块，压力检测单元包括相互通讯的压力传感器和数据采集RTU模块；节点采集管道点位流速、流量和压力数据，分别通过数据采集RTU模块上传到数据收发单元统一发送。

8.根据权利要求7所述的一种粮库地下管网液体泄漏在线监测预警方法的监测预警装置，其特征在于：所述粮库地下管网液体泄漏在线监测预警监测平台连接服务器。

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