CN113124326A - 油气管道泄漏巡线检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了油气管道泄漏巡线检测方法和系统，其中所述方法包括通过无人机机载的图像采集装置采集巡检过程中的实时图像；在实时图像中进行预设特征点的识别；对预设特征点进行位置分析，当预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，通过激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描；当预设特征点在所述实时图像中的位置超出预设范围时，同步调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向。当本发明中图像采集装置的当前朝向已经对准了油气管道的位置，从而也就可以确定激光气体遥测仪的朝向也对准了油气管道的位置；此时，通过激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，可以获得准确的气体浓度数据。

Description

油气管道泄漏巡线检测方法和系统

技术领域

本发明涉及管道运输领域，特别涉及油气管道泄漏巡线检测方法和系统。

背景技术

石油、天然气等输送管道作为国家的能源动脉，其安全性显得尤为重要。在实际输送管道维护过程中发现，输送管道的焊接处，有些焊接质量缺陷质量在焊接完成后难以及时检测出，而经过一段时间的投入使用后，才在管道内外压力的作用下表现出来，从而产生泄漏。进而造成引起火灾或爆炸等安全隐患。

现有技术中，为了提高巡检效率以及降低巡检人员的工作强度，包括了采用无人机进行巡检的技术方案，发明人经过研究发现，现有技术中采用无人机对输送管道进行巡检的技术方案中，至少包括以下缺陷：

但目前激光器气体遥测仪主要以单点检测为主，在空中对地进行遥测时，受无人机的航线规划定位精度及无人机飞行姿态的影响，难以准确定位遥测仪探测光束的扫描位置，从而影响管道泄漏检测结果的准确性和可信度，造成漏检形成安全隐患。

为减小无人机漏检机率，提高检测的准确性和可靠性，现有的处理方式是在无人机巡线过程中使激光器气体遥测仪对整个飞行区域进行扫描检测；

发明人经过研究发现，现有技术中的这种方式至少包括以下缺点：

一是单纯的扫描检测方式并不能修正无人机定位精度误差引入的位置偏移造成的气体浓度检测误差；另一方面，全管线区域的气体浓度扫描检测会降低无人机巡线检测效率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于降低通过无人机对输送管道巡检时的气体浓度检测误差。

本发明提供了一种油气管道泄漏巡线检测方法，包括步骤：

S11、通过无人机机载的图像采集装置采集巡检过程中的实时图像；所述图像采集装置与无人机机载的激光气体遥测仪平行设置；

S12、在所述实时图像中进行预设特定点的识别；

S13、对所述预设特征点进行位置分析，当所述预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，通过所述激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描；

S14、当所述预设特征点在所述实时图像中的位置超出预设范围时，同步所述调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向并返回步骤S11。

在本发明中，所述在所述实时图像中进行预设特定点的识别，包括：

根据预存与参考图像库的参考图像中的预设特征点，在识别所述实时图像中进行预设特定点或预设特定点的位置的识别。

在本发明中，所述根据预存的参照特征点的图像特征，在所述实时图像中进行预设特定点的识别，包括：

所述无人机还设有定位模块，通过所述无人机的当前位置来从所述参考图像库中确定与该位置对应的多个参考图像。

在本发明中，所述同步所述调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向，包括：

调整所述无人机的飞行姿态和/或调整所述无人机的光电吊舱角度；所述光电吊舱分别与所述调整图像采集装置和所述激光气体遥测固定连接。

在本发明中，当通过所述激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，检测到油气管道发生泄露时，还包括：

启动所述激光气体检测仪的二维扫描检测模式，对飞行区域进行二维扫描检测，绘制泄漏区域的气体浓度二维分布图。

在本发明中，还包括：

将包括有实时图像、路径积分浓度和气体浓度二维分布图的数据信息发送至预设的控制分析平台。

在本发明中，所述图像采集装置包括：

可见光相机和/或红外热像仪。

在本发明实施例的另一面，还提供了一种油气管道泄漏巡线检测系统，包括无人机、机载的图像采集装置、激光气体遥测仪、朝向调节装置和处理装置；所述图像采集装置和激光气体遥测仪平行设置；

所述图像采集装置用于采集巡检过程中的实时图像；

所述处理装置包括图像识别单元、朝向分析单元和控制单元；

所述图像识别单元用于在所述实时图像中进行预设特定点的识别；

所述朝向分析单元用于分析所述预设特征点在所述实时图像中的位置是否处于预设范围内；

所述控制单元用于当所述预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，启动所述激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描；

所述朝向调节装置用于当所述预设特征点在所述实时图像中的位置超出预设范围时，同步所述调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向。

在本发明中，还包括通讯装置；

所述通讯装置用于将包括有实时图像、路径积分浓度和气体浓度二维分布图的数据信息发送至预设的控制分析平台。

在本发明中，还包括控制分析平台；

所述控制分析平台用于根据所述数据信息生成巡线记录或巡检结果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中用于油气管道泄漏巡线的无人机设有图像采集装置和激光气体遥测仪，并将图像采集装置和激光气体遥测仪设置为平行，这样，图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向相同，并且两者的朝向可以同步调整；在通过无人机进行巡线时，图像采集装置获取与激光气体遥测仪朝向相同的当前实时图像，然后，通过图像识别来判断预设特征点在实时图像中的位置是否处于预设范围内；本发明中的预设特征点可以是设于埋设油气管道位置的标志物，或是，裸露于外的油气管道本身；此外，预设特征点还可以是预先采集的视频或图像数据中油气管道的位置内或是中油气管道近场中能够标识油气管道位置的特定图像特征点；当无人机的图像采集装置所获取的实时图像中，当识别出的预设特征点在实时图像中处于预设范围时，说明图像采集装置的当前朝向已经对准了油气管道的位置，从而也就可以确定激光气体遥测仪的朝向也对准了油气管道的位置；此时，通过激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，可以获得准确的气体浓度数据；如果识别出的预设特征点在实时图像中没有处于预设范围，说明图像采集装置的当前朝向偏离了油气管道的位置；此时，通过调节整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向来使其对准油气管道的位置，从而可以避免进行气体浓度采集时因位置偏移造成的气体浓度检测误差。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明所述油气管道泄漏巡线检测方法的步骤示意图；

图2是本发明所述油气管道泄漏巡线检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

为了能够降低通过无人机对输送管道巡检时的气体浓度检测误差，如图1所示，在本发明实施例中提供了一种油气管道泄漏巡线检测方法，包括步骤：

S11、通过无人机机载的图像采集装置采集巡检过程中的实时图像；所述图像采集装置与无人机机载的激光气体遥测仪平行设置；

无人机的巡检过程中，其目的是通过激光气体遥测仪来检测油气管道及其近场区域的预设气体成分的浓度，以判断油气管道是否发生泄露。但是由于无人机的飞行姿态、所处位置等因素，容易造成机载的激光气体遥测仪的朝向偏离油气管道及其近场位置，从而也就造成气体浓度检测误差。

本发明实施例中的图像采集装置用于校正激光气体遥测仪的朝向，在实际应用中，图像采集装置和激光气体遥测仪可以同时固定在无人机的光电吊舱上，图像采集装置和激光气体遥测仪平行设计，以使两者的朝向相同，通过控制光电吊舱可以同步调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向。

需要说明的是，本发明实施例中的图像采集装置可以是可见光相机，也可以是红外热像仪，此外，还可以是同时设有这两种图像采集装置，从而可以适应与不同的应用环境（如夜间和日间）。

在巡检过程中，无人机可以通过预设频率的拍摄来不断地获取实时图像，拍摄实时图像的具体的间隔时间可以由本领域技术人员根据实际需要设定，在此并不做具体的限定。

S12、在所述实时图像中进行预设特征点的识别；

一方面，在本发明实施例中，通过图像采集装置所采集的实时图像，可以得知激光气体遥测仪当前的朝向；

另一方面，在本发明实施例中，还预先设定了预设特征点来作为参照物，具体来说，预设特征点可以是设于埋设油气管道位置的标志物（该标志物设于地面），或是，裸露于外的油气管道本身。

在实时图像中可以通过图像识别的方式来识别出这些预设特征点。

进一步的，在本发明实施例中，为了适应不在油气管道位置设置标志物的场景，

还可以预先沿油气管道采集全管道的视频或是图像，然后在各个图像或是视频的图像帧中设定用于标识油气管道位置的预设特征点，进而构建包括多个参考图像的参考图像库；这样，首先通过图像匹配可以从参考图像库获得与图像采集装置所采集的实时图像适配的参考图像；接着，通过参考图像中预设特征点的位置，可以转换计算出实时图像中预设特征点的位置。也就是说，本发明实施例，可以根据预存的参考图像中的预设特征点，在识别所述实时图像中进行预设特定点或预设特定点的位置的识别。

优选的，为了减少从参考图像库获得与图像采集装置所采集的实时图像适配的参考图像的运算量，在本发明实施例中，无人机还可以设有定位模块，这样通过无人机的当前位置来从所述参考图像库中确定与该位置对应的多个参考图像，从而可以有效的减少进行图像匹配时的图像处理量，进而可以提高效率。

进一步的，在本发明实施例中，光电吊舱还可以固定连接有激光测距仪，来测定无人机距离拍摄对象的高度，从而可以为后续的图像处理提供数据支持。具体来说，无人机在不同的高度，获得实时图像在地面的区域是不同的，高度越高，实时图像中能够包括的区域也就越大，为了能够准确的体现各个预设特征点在实时图像中的位置，本发明实施例还可以根据当前无人机的高度数据来对实时图像进行预处理，将实时图像转换为与参考图像相同的高度视角所获得的区域范围。

S13、对所述预设特征点进行位置分析，当所述预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，通过所述激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描；

如果激光气体遥测仪的朝向偏离了油气管道，那么实时图像中的预设特征点也就会在实时图像中发生偏离；因此，可以预先设定一个预设范围来规定激光气体遥测仪合理的偏离范围，当预设特征点在实时图像中发生偏离超过了该预设范围，说明激光气体遥测仪的朝向也发生了过大的偏离，此时进行气体浓度的测定将会造成浓度偏差。

如果预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，说明激光气体遥测仪的朝向没有发生严重偏差，此时通过激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，可以获得准确的检测结果。

S14、当所述预设特征点在所述实时图像中的位置超出预设范围时，同步所述调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向并返回步骤S11。

当预设特征点在实时图像中发生偏离超过了该预设范围，说明激光气体遥测仪的朝向也发生了过大的偏离，此时需要通过对无人机的飞行姿态或是光电吊舱的角度进行调整，以使激光气体遥测仪的朝向对准油气管道。

具体的方式，可以是每次同步调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向后，返回至步骤S11，然后通过重新采集实时图像并重复步骤S12至步骤S14，直至激光气体遥测仪的朝向对准油气管道。

在本发明实施例中，当通过激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，检测到油气管道发生泄露时，还可以包括：

S15、启动所述激光气体检测仪的二维扫描检测模式，对飞行区域进行二维扫描检测，绘制泄漏区域的气体浓度二维分布图。

当通过激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，检测到油气管道发生泄露时，除了需要生成警报信息以外，在本发明实施例中，还可以启动激光气体检测仪的二维扫描检测模式，对飞行区域进行二维扫描检测，绘制泄漏区域的气体浓度二维分布图，从而为分析当前的油气管道泄露事件提供更加全面的数据支持。

S16、将包括有实时图像、路径积分浓度和气体浓度二维分布图的数据信息发送至预设的控制分析平台。

本发明实施例中的无人机作为整个油气管道泄漏巡线检测系统中的一部分，用于实地寻线检测，以获取泄露点的气体浓度信息；远程的控制分析平台则可以通过无线的通讯模块来实时与无人机进行数据交互，以获取无人机的包括有实时图像、路径积分浓度和气体浓度二维分布图的数据信息，或是，向无人机发送控制指令等。此外，本发明实施例中的参考图像库也可以设于控制分析平台；控制分析平台还可以根据无人机的实时位置数据来确定对应的参考图像。

需要说明的是，本发明实施例中在实时图像中进行预设特征点的识别的步骤，以及，对预设特征点进行位置分析的步骤，既可以在设于无人机的处理模块中实施，也可以在控制分析平台中实施。

综上所述，本发明实施例中用于油气管道泄漏巡线的无人机设有图像采集装置和激光气体遥测仪，并将图像采集装置和激光气体遥测仪设置为平行，这样，可以使图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向相同，并且两者的朝向可以同步调整；在通过无人机进行巡线时，图像采集装置获取与激光气体遥测仪朝向相同的当前实时图像，然后，通过图像识别来判断预设特征点在实时图像中的位置是否处于预设范围内；本发明中的预设特征点可以是设于埋设油气管道位置的标志物，或是，裸露于外的油气管道本身；此外，预设特征点还可以是预先采集的视频或图像数据中油气管道的位置内或是中油气管道近场中能够标识油气管道位置的特定图像特征点；当从无人机的图像采集装置所获取的实时图像中，识别出的预设特征点或是预设特征点的位置在实时图像中处于预设范围时，说明图像采集装置的当前朝向已经对准了油气管道的位置，从而也就可以确定激光气体遥测仪的朝向也对准了油气管道的位置；此时，通过激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，可以获得准确的气体浓度数据；如果识别出的预设特征点在实时图像中没有处于预设范围，说明图像采集装置的当前朝向偏离了油气管道的位置；此时，通过调节整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向来使其对准油气管道的位置，从而可以避免进行气体浓度采集时因位置偏移造成的气体浓度检测误差。

在本发明实施例的另一面，还提供了一种油气管道泄漏巡线检测系统，如图2所示，包括无人机01、机载的图像采集装置02、激光气体遥测仪03、朝向调节装置04和处理装置05；所述图像采集装置02和激光气体遥测仪03平行设置；

所述图像采集装置02用于采集巡检过程中的实时图像；

所述处理装置05包括图像识别单元（图中未示出）、朝向分析单元（图中未示出）和控制单元（图中未示出）；

所述图像识别单元用于在所述实时图像中进行预设特定点的识别；

所述朝向分析单元用于分析所述预设特征点在所述实时图像中的位置是否处于预设范围内；

所述控制单元用于当所述预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，启动所述激光气体遥测仪03对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描；

所述朝向调节装置用于当所述预设特征点在所述实时图像中的位置超出预设范围时，同步所述调整图像采集装置02和激光气体遥测仪03的朝向。

进一步的，在本发明实施例中，无人机还可以包括有无线的通讯装置；通讯装置用于将包括有实时图像、路径积分浓度和气体浓度二维分布图的数据信息发送至预设的控制分析平台。本发明实施例中的控制分析平台用于通过所述通讯装置与所述无人机数据交互，以获取所述数据信息。

由于本发明实施例中油气管道泄漏巡线检测系统的工作原理和有益效果已经在图1所对应的油气管道泄漏巡线检测方法中也进行了记载和说明，因此可以相互参照，在此就不再赘述。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储设备中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储设备包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、ReRAM、MRAM、PCM、NAND Flash，NOR Flash，Memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种油气管道泄漏巡线检测方法，其特征在于，包括步骤：

S11、通过无人机机载的图像采集装置采集巡检过程中的实时图像；所述图像采集装置与无人机机载的激光气体遥测仪平行设置；

S12、在所述实时图像中进行预设特征点的识别；

S13、对所述预设特征点进行位置分析，当所述预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，通过所述激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描；

S14、当所述预设特征点在所述实时图像中的位置超出预设范围时，同步所述调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向并返回步骤S11。

2.根据权利要求1所述的油气管道泄漏巡线检测方法，其特征在于，所述在所述实时图像中进行预设特定点的识别，包括：

根据预存与参考图像库的参考图像中的预设特征点，在识别所述实时图像中进行预设特定点或预设特定点的位置的识别。

3.根据权利要求2中所述的油气管道泄漏巡线检测方法，其特征在于，所述根据预存的参照特征点的图像特征，在所述实时图像中进行预设特定点的识别，包括：

所述无人机还设有定位模块，通过所述无人机的当前位置来从所述参考图像库中确定与该位置对应的多个参考图像。

4.根据权利要求1至3中任一所述的油气管道泄漏巡线检测方法，其特征在于，所述同步所述调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向，包括：

调整所述无人机的飞行姿态和/或调整所述无人机的光电吊舱角度；所述光电吊舱分别与所述调整图像采集装置和所述激光气体遥测固定连接。

5.根据权利要求4中所述的油气管道泄漏巡线检测方法，其特征在于，当通过所述激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描，检测到油气管道发生泄露时，还包括：

启动所述激光气体检测仪的二维扫描检测模式，对飞行区域进行二维扫描检测，绘制泄漏区域的气体浓度二维分布图。

6.根据权利要求5中所述的油气管道泄漏巡线检测方法，其特征在于，还包括：

将包括有实时图像、路径积分浓度和气体浓度二维分布图的数据信息发送至预设的控制分析平台。

7.根据权利要求1中所述的油气管道泄漏巡线检测方法，其特征在于，所述图像采集装置包括：

可见光相机和/或红外热像仪。

8.一种油气管道泄漏巡线检测系统，其特征在于，包括无人机、机载的图像采集装置、激光气体遥测仪、朝向调节装置和处理装置；所述图像采集装置和激光气体遥测仪平行设置；

所述图像采集装置用于采集巡检过程中的实时图像；

所述处理装置包括图像识别单元、朝向分析单元和控制单元；

所述图像识别单元用于在所述实时图像中进行预设特定点的识别；

所述朝向分析单元用于分析所述预设特征点在所述实时图像中的位置是否处于预设范围内；

所述控制单元用于当所述预设特征点在所述实时图像中的位置在预设范围内时，启动所述激光气体遥测仪对泄漏气体路径积分浓度进行单点扫描；

所述朝向调节装置用于当所述预设特征点在所述实时图像中的位置超出预设范围时，同步所述调整图像采集装置和激光气体遥测仪的朝向。

9.根据权利要求8中所述的油气管道泄漏巡线检测系统，其特征在于，所述无人机还包括通讯装置；

所述通讯装置用于将包括有实时图像、路径积分浓度和气体浓度二维分布图的数据信息发送至预设的控制分析平台。

10.根据权利要求9中所述的油气管道泄漏巡线检测系统，其特征在于，还包括控制分析平台；

所述控制分析平台用于根据所述数据信息生成巡线记录或巡检结果。

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