CN114838297A - 一种原油管道泄露检测方法、装置、存储介质及系统 - Google Patents

一种原油管道泄露检测方法、装置、存储介质及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种原油管道泄露检测方法、装置、存储介质及系统。泄露检测方法包括：获取原油管道的红外图像、原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度；设置温度阈值，所述温度阈值大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度；基于温度阈值从所述红外图像中提取原油泄露区域，若所述原油泄露区域为空，则认为原油管道未泄露，若原油泄露区域非空，则认为原油管道泄露。对管道的红外图像进行分析来进行原油泄露检测，成本较低，无接触测量；设置的温度阈值准确反应了泄露区域的温度特征，十分贴近实际工况，基于该温度阈值进行原油泄露检测，准确性高，并且耗时短。

Description

一种原油管道泄露检测方法、装置、存储介质及系统
技术领域
本发明涉及管道泄露检测领域，特别是涉及一种原油管道泄露检测方法、装置、存储介质及系统。
背景技术
由于氧化、外部环境变化、管道破坏等因素影响，原油管道容易发生泄露等情况。原油泄露会造成环境污染和财产损失，严重情况下会威胁人身安全，所以对原油管道泄露检测对高效、安全的生产意义重大。
目前进行原油管道泄露检测的方法包括：传感器检测法、超声波检测法等。其中，传感器检测法主要是利用流量传感器检测管道流量，通过管道流量的变化来进行泄露检测，该方法对流量传感器的精度要求很高且成本较高，在工业现场普及率较低。超声波检测法虽然可以用于快速判断，但存在一定噪声。因此，目前还没有一种能够实时、低成本、高准确性的原油管道泄露检测技术方案。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，能够实时、低成本、高准确性的原油管道泄露检测，本发明提供了一种原油管道泄露检测方法、装置、存储介质及系统。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种原油管道泄露检测方法包括：获取原油管道的红外图像、原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度；设置温度阈值，所述温度阈值大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度；基于所述温度阈值从所述红外图像中提取原油泄露区域，若所述原油泄露区域为空，则认为原油管道未泄露，若所述原油泄露区域非空，则认为原油管道泄露。
在本发明的另一种优选地实施方式中，所述获取原油管道的红外图像，包括：获取原油管道的红外视频，对所述红外视频进行取帧处理得到多帧红外图像。
在本发明的再一种优选地实施方式中，还包括在红外图像中对原油泄露区域进行标记的步骤。
在本发明的再一种优选地实施方式中，将所述红外图像中的原油管道区域作为目标区域，基于所述温度阈值从所述目标区域中提取出原油泄露区域。
在本发明的再一种优选地实施方式中，所述温度阈值设置为：Qk＝t1*(1+k)，所述t1表示原油管道外表面温度；所述k表示阈值系数，
Figure BDA0003596449520000021
所述t2表示原油管道内原油的温度。
在本发明的再一种优选地实施方式中，所述基于所述温度阈值从所述红外图像中提取出原油泄露区域，包括：基于所述温度阈值对所述红外图像进行二值化处理获得二值化图像；求取所述二值化图像中疑似泄露区域的最大连通区域，将求得的最大连通区域作为原油泄露区域。
在本发明的再一种优选地实施方式中，所述基于所述温度阈值对所述红外图像进行二值化处理获得二值化图像，包括：按照如下公式对红外图像中像素点进行二值化处理：
Figure BDA0003596449520000022
其中，Q(x，y)表示红外图像中像素点(x，y)的像素值，Q(x，y)′表示像素点(x，y)在二值化图像中的像素值，第一数值a∈[0，255]，二值化图像中像素值为a的像素点为疑似泄露区域的像素点，第二数值b∈[0，255]，a≠b。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种原油管道泄露检测装置，包括：红外图像获取模块，用于获取原油管道的红外图像；温度参数获取模块，用于获取原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度；温度阈值设置模块，设置温度阈值，所述温度阈值大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度；原油泄露区域判断块，基于所述温度阈值从所述红外图像中提取出原油泄露区域，若所述原油泄露区域为空，则认为原油管道未泄露，若所述原油泄露区域非空，则认为原油管道泄露。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现本发明第一个方面所述的方法。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种原油管道泄露检测系统，包括红外相机和处理模块；所述红外相机用于拍摄原油管道获得红外图像；处理模块获取所述红外图像并执行本发明第一个方面所述方法的步骤进行原油泄露检测。
本发明的上述技术方案的有益技术效果包括：本发明采用红外成像，对红外图像进行分析来进行原油泄露检测，由于红外相机可以重复使用，相较而言，成本较低，并且实现了无接触测量，可应用于恶劣环境的原油泄露检测，能从获得的红外图像中实时提取原油泄露区域，效率高；本发明通过原油泄露区域的温度特征来进行泄露识别和提取，由于实际工况中部分物体因为阳光反射等情况导致局部温度高于管道正常工作时外表面的温度，因此，若原油泄露区域的温度特征选取不合理将会导致泄露误报，本发明设置一个大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度的温度阈值，该温度阈值准确反应了泄露区域的温度特征，贴近实际工况，基于该温度阈值进行原油泄露检测，准确性高，并且耗时短。
附图说明
图1是本发明提供的原油管道泄露检测方法的流程示意图；
图2是本发明提供的原油管道泄露检测方法中原油泄露区域标记示意图；
图3是本发明本发明提供的原油管道泄露检测系统的系统框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种原油管道泄露检测方法，在一种优选实施方式中，如图1所示，该方法包括：
步骤S1，获取原油管道的红外图像、原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度。红外图像中每个像素点的像素值为该像素点对应位置物体的温度值。
利用红外相机对原油管道进行拍摄，获取包含有原油管道的红外图像，红外相机优选但不限于为红外热成像相机。为提高现场红外图像获取的效率和确保红外图像有效，红外相机采用视频拍摄模式获得原油管道的红外视频图像，获取原油管道的红外视频，对红外视频进行取帧处理得到多帧红外图像，可以从多帧红外图像中选取最清晰或拍摄角度最合适的红外图像帧进行泄露区域检测；也可以选取至少两帧红外图像，比较每帧红外图像检测到的原油泄露区域差异，若每帧红外图像检测到的原油泄露区域相同或相似，则确定存在原油泄露区域，这样能够减少误判，提高泄露检测准确性。
原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度可通过温度传感器检测获得，如通过红外热成像仪或预先布置的温度传感器获得原油管道外表面温度，原油管道内原油的温度可通过事先在原油管道内的温度测试点布置温度传感器获得。原有管道内原油的温度一般为40到70℃，原油管道外表面受外部环境温度影响会低于原油温度。
步骤S2，设置温度阈值，温度阈值大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度。优选地，为提高设置速度，通过如下公式设置温度阈值Qk为：Qk＝t1*(1+k)，t1表示原油管道外表面温度；k表示阈值系数，
Figure BDA0003596449520000051
t2表示原油管道内原油的温度，t1＜t2，即t1＜Qk＜＝t2。阈值系数k优选但不限于为
Figure BDA0003596449520000061
或
Figure BDA0003596449520000062
或
Figure BDA0003596449520000063
在实际检测中，为提高原油泄露区域检测的准确性，避免原油管道上温度高于泄露区域温度的干扰点(如因为阳光反射等情况导致管道外表面局部温度较高的干扰点)带来的误判，对红外图像进行干扰点滤除处理，将红外图像中像素值不在区间[t1，t2]内的像素点的像素值赋值为第二数值b，将红外图像中像素值在区间[t1，t2]内的像素点的像素值保持不变，获得新的红外图像，基于温度阈值从新的红外图像中提取原油泄露区域。
在实际检测中，为进一步提高原油泄露区域检测的准确性，避免原油管道上温度低于泄露区域温度的干扰点(如因为阳光反射等情况导致管道外表面局部温度会高于管道外表面工作时的温度的干扰点)带来的误判，优选地，采用迭代算法在k的取值范围内选出最佳值，具体包括：设置迭代步进Δk，将k的初始值设为0，第n+1次迭代处理过程为：基于Qkn+1＝t1*(1+kn+1)从红外图像(或者新的红外图像)中获取原油泄露区域，与第n次迭代获得原油泄露区域比较，若第n+1次迭代获得的原油泄露区域小于第n次迭代获得原油泄露区域且两者差集大小达到预设的差集阈值，则停止迭代，输出第n+1次迭代的温度阈值Qkn+1以及获得原油泄露区域，kn+1表示第n+1次迭代的阈值系数。若第n+1次迭代获得的原油泄露区域不小于第n次迭代获得原油泄露区域，或者两者差集大小未达到预设的差集阈值，则令第n+2次迭代的阈值系数kn+2＝kn+1+Δk。n为大于等于2的正整数。差集大小优选但不限于为差集的像素点数量。Δk优选但不限于为0.001或0.005或0.01或0.05。
步骤S3，基于温度阈值从红外图像(或者新的红外图像)中提取原油泄露区域，若原油泄露区域为空，即原油泄露区域的像素点空，没有像素点被认为是原油泄露区域的像素点，则认为原油管道未泄露，若原油泄露区域非空，则认为原油管道泄露。
基于温度阈值从红外图像(或者新的红外图像)中提取原油泄露区域的方法，优选但不限于通过比较每个像素点的像素值与温度阈值的大小，若像素点的像素值大于等于温度阈值，则认为该像素点为原油泄露区域像素点，反之，则不认为该像素点为原油泄露区域像素点。
在一种优选实施方式中，为减少运算量，将红外图像中的原油管道区域作为目标区域，基于温度阈值从目标区域中提取出原油泄露区域。如图2所示，原始红外图像中还可能包含有地面、油罐等实体图像，可通过人工选取的方式选取出仅包括原油管道的目标区域。
在一种优选实施方式中，为便于进行矩阵式运算，提高运算速度，基于温度阈值从红外图像中提取出原油泄露区域步骤具体包括：
基于温度阈值对红外图像进行二值化处理获得二值化图像，将疑似泄露区域与正常温度区域分开，确定疑似泄露区域的图像轮廓信息；优选地，按照如下公式对红外图像中像素点进行二值化处理：
Figure BDA0003596449520000071
其中，Q(x，y)表示红外图像中像素点(x，y)的像素值，Q(x，y)′表示像素点(x，y)在二值化图像中的像素值，第一数值a∈[0，255]，a可为255，二值化图像中像素值为a的像素点为疑似泄露区域的像素点，第二数值b∈[0，255]，b可为0，a≠b。
求取二值化图像中疑似泄露区域的最大连通区域，将求得的最大连通区域作为原油泄露区域，优选但不限于通过形态学处理获得最大连通区域，如采用图像形态学的膨胀处理将疑似泄露区域面积变大在红外图像上变得明显。
在一种优选实施方式中，还包括在红外图像中对原油泄露区域进行标记的步骤，在获得原油泄露区域后，在红外图像中原油泄露区域位置对应处采用警示框或颜色渲染等方式进行标记，以便醒目观察，如图2所示为采用颜色渲染的方式在红外图像中的原油管道上标记出两个原油泄露区域A。
本发明还公开了一种原油管道泄露检测装置，包括红外图像获取模块，用于获取原油管道的红外图像；温度参数获取模块，用于获取原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度；温度阈值设置模块，设置温度阈值，温度阈值大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度；原油泄露区域判断块，基于温度阈值从所述红外图像中提取出原油泄露区域，若原油泄露区域为空，则认为原油管道未泄露，若原油泄露区域非空，则认为原油管道泄露。
本发明还公开了一种计算机可读介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如本发明上述的原油管道泄露检测方法。
本发明还公开了一种原油管道泄露检测系统，如图3所示，包括红外相机和处理模块；红外相机用于拍摄原油管道获得红外图像；处理模块获取红外图像并执行本发明上述的原油管道泄露检测方法的步骤进行原油泄露检测。红外相机在进行红外图像的抓拍与视频帧提取中应对原油管道部分作为目标且在背光、距离合适情况下进行图像的处理。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种原油管道泄露检测方法，其特征在于，包括：
获取原油管道的红外图像、原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度；
设置温度阈值，所述温度阈值大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度；
基于所述温度阈值从所述红外图像中提取原油泄露区域，若所述原油泄露区域为空，则认为原油管道未泄露，若所述原油泄露区域非空，则认为原油管道泄露。
2.如权利要求1所述的原油管道泄露检测方法，其特征在于，所述获取原油管道的红外图像，包括：
获取原油管道的红外视频，对所述红外视频进行取帧处理得到多帧红外图像。
3.如权利要求1所述的原油管道泄露检测方法，其特征在于，还包括在红外图像中对原油泄露区域进行标记的步骤。
4.如权利要求1所述的原油管道泄露检测方法，其特征在于，将所述红外图像中的原油管道区域作为目标区域，基于所述温度阈值从所述目标区域中提取出原油泄露区域。
5.如权利要求1或2或3或4所述的原油管道泄露检测方法，其特征在于，所述温度阈值设置为：
Qk＝t1*(1+k)，所述t1表示原油管道外表面温度；所述k表示阈值系数，
Figure FDA0003596449510000011
所述t2表示原油管道内原油的温度。
6.如权利要求1或2或3或4所述的原油管道泄露检测方法，其特征在于，所述基于所述温度阈值从所述红外图像中提取出原油泄露区域，包括：
基于所述温度阈值对所述红外图像进行二值化处理获得二值化图像；
求取所述二值化图像中疑似泄露区域的最大连通区域，将求得的最大连通区域作为原油泄露区域。
7.如权利要求6所述的原油管道泄露检测方法，其特征在于，所述基于所述温度阈值对所述红外图像进行二值化处理获得二值化图像，包括：
按照如下公式对红外图像中像素点进行二值化处理：
Figure FDA0003596449510000021
其中，Q(x，y)表示红外图像中像素点(x，y)的像素值，Q(x，y)′表示像素点(x，y)在二值化图像中的像素值，第一数值a∈[0，255]，二值化图像中像素值为a的像素点为疑似泄露区域的像素点，第二数值b∈[0，255]，a≠b。
8.一种原油管道泄露检测装置，其特征在于，包括：
红外图像获取模块，用于获取原油管道的红外图像；
温度参数获取模块，用于获取原油管道外表面温度和原油管道内原油的温度；
温度阈值设置模块，设置温度阈值，所述温度阈值大于原油管道外表面温度且小于原油管道内原油的温度；
原油泄露区域判断块，基于所述温度阈值从所述红外图像中提取出原油泄露区域，若所述原油泄露区域为空，则认为原油管道未泄露，若所述原油泄露区域非空，则认为原油管道泄露。
9.一种计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1-7之一所述的方法。
10.一种原油管道泄露检测系统，其特征在于，包括红外相机和处理模块；所述红外相机用于拍摄原油管道获得红外图像；处理模块获取所述红外图像并执行权利要求1-7之一所述方法的步骤进行原油泄露检测。
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