CN114323246A - 一种管道安全监测方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道安全监测方法及装置，该方法为：沿管道的轨迹，选取多个待测试区域，在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；根据多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，对照当前测得的光纤振动信号值，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。可以用于在管道光纤的埋深不同、所敷设的土壤性质不同时，通过光纤传感的数据质量能够精确识别与判定所对应管道异常行为，解决了现有技术中会产生大量漏报和误报的问题。

Description

一种管道安全监测方法、装置

技术领域

本申请属于管道安全监测技术领域，具体涉及一种管道安全检测方法、装置。

背景技术

油气管道是国家能源输送的动脉，事关人民群众的基本生产和生活，需要高度可控和可靠。

为了实时监测管道沿线状况，及时发现第三方施工和破坏等，油气管道急需安装基于伴行光缆的光纤振动传感监测设备，将用于通信的伴行光缆改造为传感光缆，沿线感知振动，根据接收到的周边土体的振动信号，通过检测信号变化判断管道周边是否存在危险振动源。

申请人认识到，由于管道光纤的埋深不同、所敷设的土壤性质不同，严重影响了目前方案光纤传感的数据质量和精确识别与判定，无法精确识别振动源的异常行为，导致产生大量漏报和误报，严重影响了该技术的可用性。只有解决这个问题，才能精准实现对监测信号真实性和强度的识别与判定，减低漏报率，提升预警水平。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种可以用于在管道光纤的埋深不同、所敷设的土壤性质不同时，通过光纤传感的数据质量能够精确识别与判定所对应管道异常行为的管道安全检测方法、装置。

第一方面，一种管道安全监测方法，所述管道埋设在土壤内，并设置有基于管道伴行光缆的光纤振动传感监测设备，其特征在于，所述方法包括：

S1：沿所述管道的轨迹，选取多个待测试区域，每个待测试区域的中心位置记为里程桩，所述里程桩处于管道正上方；

S2：在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；

S3：根据所述多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；

S4：在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，得出当前测得的光纤振动信号值对应的冲击能量，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。

可选的，步骤S1中，选取的所述多个待测试区域为等间距分布，或者参考地形、管道光纤的深度和土壤性质因素确定多个待测试区域的分布。

可选的，所述待测试区域为矩形待测试区域，所述矩形待测试区域的两侧边缘与所述管道的中轴线之间的距离均为4-6米。

可选的，步骤S2具体为：S201：对每个待测试区域内的不同位置分别依次进行第一能量冲击，检测在多次第一能量冲击下所述光纤振动传感监测设备感应到的该待测试区域的光纤振动信号值，得到多个第一光纤振动信号，取其平均值，记为第一光纤振动信号值。

S202：多次改变冲击能量，分别重复步骤S201，最终得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值。

可选的，使用多个不同质量的球体，在同一高度的装置中自由落体对所述每个待测试区域进行能量冲击测试。

可选的，步骤S3具体为：通过建立沿所述多个待检测区域中相邻两个待检测区域之间的弥合曲线，构成表征整条管道测试信息的完整曲线，作为所述冲击能量和光纤振动信号模型。

第二方面，一种管道安全监测装置，所述装置包括：

测试模块，用于在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；

建立模型模块，用于根据多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；

实测模块，用于在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，对照当前测得的光纤振动信号值，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。

可选的，还包括里程桩设定模块，具体的，包括所述管道地形图、管道光纤埋藏深度和土壤性质因素参数。

可选的，所述测试模块包括支架、多个不同质量的球体。

本发明基于对现有技术问题的进一步分析和研究，认识到由于管道光纤的埋深不同、所敷设的土壤性质不同，严重影响了目前方案光纤传感的数据质量和精确识别与判定，无法精确识别振动源的异常行为，导致产生大量漏报和误报，严重影响了该技术的可用性。S1：沿所述管道的轨迹，选取多个待测试区域，每个待测试区域的中心位置记为里程桩，所述里程桩处于管道正上方；S2：在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；S3：根据所述多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；S4：在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，对照当前测得的光纤振动信号值，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。通过本申请发明构思能够达到在管道光纤的埋深不同、所敷设的土壤性质不同时，通过光纤传感的数据质量能够精确识别与判定所对应管道异常行为，能够较好的修正了不同条件下信号强度与真实强度的关系，利用该模型可以直接较准确的输出震动强度，方便了进一步的判定与分析，提高了精确度、降低了漏报率，在数据模型中应用后效果显著提升。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的管道安全监测方法的流程示意图；

图2为本发明中冲击能量与信号强度模型关系示意图；

具体实施方式

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

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种管道安全监测方法，包括以下步骤：

一种管道安全监测方法，所述管道埋设在土壤内，并设置有基于管道伴行光缆的光纤振动传感监测设备，所述方法包括：

S1：沿所述管道的轨迹，选取多个待测试区域，每个待测试区域的中心位置记为里程桩，所述里程桩处于管道正上方；

其中，步骤S1中的管道为本方案中所要进行安全监测的管道，泛指石油管道、天然气管道等，不限于上述管道，例如可以是其他任何适应于该场景中需要进行安全监测的管道。

其中，步骤S1中选取的多个待检测区域可以是人为进行选取，也可以是机器进行选取，例如可以是人为借助卷尺进行测量选取，也可以是无人机进行选取，上述选取待检测区域方法在此不做限定。

其中，步骤S1中里程桩设置在待监测管道的正上方，里程桩也在每个待检测区域的正中心位置。

步骤S1中在每个待检测区域建立里程桩可以清楚的展示出每个待检测区域的位置与对应待监测管道的位置，在之后的监测中起到确定管道位置的作用。

S2：在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；

步骤S2中进行能量冲击测试可以是通过标准能量冲击装备，实现在现场管道正上方所述待检测区域开展不同能量的冲击，具体的，可以为使用不同质量铁球在每个待测试区域不同位置进行相同高度、相同初速度对所述待检测区域土壤表层进行能量冲击，然后通过在每次测试时获取相对应的待检测区域位置的不同能量冲击下对应的光纤震动信号值，并作出对应的记录。例如：可以使用质量分别为10、20、40、60、80千克的铁球在每个待检测区域的不同的位置，进行初速度为0高度为五米的位置进行多次能量冲击，并对多次仅从能量冲击下获得的光纤信号振动值和每次对应的能量冲击能量记录，所述能量冲击能量即铁球在五米位置以初速度为0下落砸到土壤表面所产生的能量。上述能量冲击使用了不同质量的球体，采用其他类似的可以作为冲击能量进行记录的物体也可以进行代替，本实施例在此不作限定。

S3：根据所述多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；

在S2中获取每个待测试区域的能量冲击测试结果，所述能量冲击测试结果包含有每次测试的冲击能量强度和对应的光纤振动信号值，通过获得的每个待检测区域的每次冲击能量强度和对应的纤振动信号值建立整条管道的的冲击能量与光纤振动信号模型。

S4：在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，得出当前测得的光纤振动信号值对应的冲击能量，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。

在收到光纤振动信号时，首先通过产生光纤振动信号的定位信息，查找到所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，对照当前测得的光纤振动信号值，根据设定的阈值对管道安全进行判断是否安全。我们设定的阈值可以为多个，例如阈值可以为第一危险等级阈值、第二危险等级阈值、第三危险等级阈值、第四危险等级阈值、第五危险等级阈值，其中，第一危险等级阈值对应到10千克铁球在5米高度初速度为零产生的能量对应的光纤振动信号强度、第二危险等级阈值对应到20千克铁球在5米高度初速度为零产生的能量对应的光纤振动信号强度、第三危险等级阈值对应到40千克铁球在5米高度初速度为零产生的能量对应的光纤振动信号强度、第四危险等级阈值对应到60千克铁球在5米高度初速度为零产生的能量对应的光纤振动信号强度、第五危险等级阈值对应到80千克铁球在5米高度初速度为零产生的能量对应的光纤振动信号强度，上述例如的五个危险等级对应的能量冲击并不限定为上述数值，也可以为其他数值，本申请实施例仅展示方法，并不限定于上述对应数值。

在实际应用中，可以是光纤振动传感监测设备收到光纤振动信号，也可以是其他终端，在此实施例不做限定；

本实施例中，步骤S1中，选取的所述多个待测试区域为等间距分布，或者参考地形、管道光纤的深度和土壤性质因素确定多个待测试区域的分布。

本实施例中给出两种选取待测试区域的方法，方法1为在待监测管道正上方的表层土壤上进行等间距的选取；方法2为根据待监测管道正上方的土壤密度、管道的深度等因素进行人为选取。所述方法1可以是人为借助卷尺进行丈量每隔M米选取一个待测试区域，也可以为无人机进行等间距选取待测试区域，本实施例对选取等间距的待测试区域方法不做限定。所述方法2可以时人为对所述待监测管道正上方土壤进行检测然后选出待测试区域；本实施例对上述方法不做限定。

本实施例中，待测试区域可以是矩形待测试区域，矩形待测试区域的两侧边缘与所述管道的中轴线之间的距离均为4-6米。

本实施例中，步骤S2具体可包括：

S201：对每个待测试区域内的不同位置分别依次进行第一能量冲击，检测在多次第一能量冲击下所述光纤振动传感监测设备感应到的该待测试区域的光纤振动信号值，得到多个第一光纤振动信号，取其平均值，记为第一光纤振动信号值。

S202：多次改变冲击能量，分别重复步骤S201，最终得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值。

本实施例中，使用多个不同质量的球体，在同一高度的装置中自由落体对所述每个待测试区域进行能量冲击测试。

本实施例中，步骤S3具体为：通过建立沿所述多个待检测区域中相邻两个待检测区域之间的弥合曲线，构成表征整条管道测试信息的完整曲线，作为所述冲击能量和光纤振动信号模型。

本实施例中，根据所述多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型，具体为：建立沿所述多个待检测区域中每两个待检测区域中间区域的弥合曲线，构成表征整条管道测试信息的完整曲线，作为所述冲击能量和光纤振动信号模型。

本实施例基于对现有技术问题的进一步分析和研究，认识到由于管道光纤的埋深不同、所敷设的土壤性质不同，严重影响了目前方案光纤传感的数据质量和精确识别与判定，无法精确识别振动源的异常行为，导致产生大量漏报和误报，严重影响了该技术的可用性。通过本申请发明构思能够达到在管道光纤的埋深不同、所敷设的土壤性质不同时，通过光纤传感的数据质量能够精确识别与判定所对应管道异常行为，能够较好的修正了不同条件下信号强度与真实强度的关系，利用该模型可以直接较准确的输出震动强度，方便了进一步的判定与分析，提高了精确度、降低了漏报率，在数据模型中应用后效果显著提升。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在本发明的另外一个实施例中：

本实施例是一种标准能量冲击测得光纤震动信号强度，建立对应关系的测试和计算方法，依靠对管道沿线不同埋深和土壤性质点的振动测试数据，建立震动能量与信号强度的对应关系图谱，本实施例主要由测试装置和算法构成。

首先通过实施例标准能量冲击装备，实现在现场管道正上方开展不同能量的冲击，建立科学的冲击测试过程，获得不同里程位置的不同埋深、土壤性质和垂直距离等条件下的光纤感应强度值，建立不同位置数据对应关系和模型，获取振动强度和信号强度的对应关系空间图谱和数据模型，用于建立管道沿线的信号强度和真实震动数据分析模型，计算各点真实震动强度，分析危害程度。

步骤1：使用不同质量的球体，在土壤表面同一位置的装置中自由落体，记录测量位置、时间和能量。在每一个里程桩附近的管道正上方和垂直两侧各 4-6米范围内的不同距离测量。

步骤2：从光纤预警系统中识别和分析每次冲击测试对应时间点的信号强度。分析各点不同冲击能量对应信号强度的对应关系，建立对应数据模型，包括正上方冲击能量模型和两侧距离变化动态模型。

步骤3：沿里程桩建立里程桩中间区域的弥合曲线，预测出连续的冲击能量和信号强度对应数据模型。

步骤4：对线性对应关系直接用于信号分析模型中，对非线性对应关系，进行相应的数据分析给出数据模型，用于信号分析模型。

本发明提出的光纤振动信号强度的测试和计算方法，对现有的信号强度对应的真实震动强度识别模型进行优化，实现了管道全线不同类型土壤和埋深的准确识别和计算，避免了由于过深或土壤性质对强震动信号的不敏感而造成的漏报或性质判定错误，可大幅降低系统漏报或误报。与现有的光纤振动信号判定的模式方法相比，可实现5米范围内和沿线所有位置对各种震动感应关系的动态区分、强度还原和报警，减少误报，提高系统应用水平。

在一个实施例中，提供了一种管道监测装置，包括以下程序模块：测试模块、建立模型模块和实测模块，其中：

测试模块，用于在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；

建立模型模块，用于根据多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；

实测模块，用于在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，对照当前测得的光纤振动信号值，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。

在一个实施例中，还包括里程桩设定模块，具体的，包括所述管道地形图、管道光纤埋藏深度和土壤性质因素参数。

在一个实施例中，所述测试模块包括支架、多个不同质量的球体。

关于一种管道监测装置的具体限定可以参见上文中对于一种管道监测方法的限定，在此不再赘述。上述一种管道监测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。

本领域技术人员可以理解，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种管道安全监测方法，所述管道埋设在土壤内，并设置有基于管道伴行光缆的光纤振动传感监测设备，其特征在于，所述方法包括：

S1：沿所述管道的轨迹，选取多个待测试区域，每个待测试区域的中心位置记为里程桩，所述里程桩处于管道正上方；

S2：在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；

S3：根据所述多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；

S4：在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，得出当前测得的光纤振动信号值对应的冲击能量，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，选取的所述多个待测试区域为等间距分布，或者参考地形、管道光纤的深度和土壤性质因素确定多个待测试区域的分布。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测试区域为矩形待测试区域，所述矩形待测试区域的两侧边缘与所述管道的中轴线之间的距离均为4-6米。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S201：对每个待测试区域内的不同位置分别依次进行第一能量冲击，检测在多次第一能量冲击下所述光纤振动传感监测设备感应到的该待测试区域的光纤振动信号值，得到多个第一光纤振动信号，取其平均值，记为第一光纤振动信号值；

S202：多次改变冲击能量，分别重复步骤S201，最终得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用多个不同质量的球体，在同一高度的装置中自由落体对所述每个待测试区域进行能量冲击测试。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为：通过建立沿所述多个待检测区域中相邻两个待检测区域之间的弥合曲线，构成表征整条管道测试信息的完整曲线，作为所述冲击能量和光纤振动信号模型。

7.一种管道安全监测装置，其特征在于，包括：

测试模块，用于在每个待测试区域，进行能量冲击测试，得到不同冲击能量对应的光纤振动信号值；

建立模型模块，用于根据多个待测试区域的能量冲击测试结果，建立覆盖整条管道的冲击能量与光纤振动信号模型；

实测模块，用于在实际工作中测得光纤振动信号时，根据该光纤振动信号的定位信息，查找所述冲击能量与光纤振动信号模型中对应位置的能量冲击测试结果，对照当前测得的光纤振动信号值，根据设定的冲击能量阈值，判定管道是否安全。

8.根据权利要求7中所述的装置，其特征在于，还包括里程桩设定模块，用于根据用户的设定参数和/或管道敷设相关的地图、土壤性质以及管道光纤埋藏深度，计算需要设置的里程桩的总数量和分布位置。

9.根据权利要求7中所述的装置，其特征在于，所述测试模块包括支架和多个不同质量的球体，所述支架高度可调，并设置有球体释放结构。

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