CN114877263B - 一种管道微泄露特征信息监测方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道微泄露特征信息监测方法、系统、设备及介质，用于基于敷设于管道上的传感光纤对管道微泄露进行监测，传感光纤包括间隔设置的多个传感单元，其方法包括：基于多个传感单元获取管道的多个时域特征信号；基于多个时域特征信号判断管道是否发生微泄露事件；当管道发生微泄漏事件时，确定多个时域特征信号中发生微泄露事件的微泄露时域特征信号；构建微泄露口径确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露口径确定模型确定所述微泄露事件的微泄露口径；构建微泄露位置确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露位置确定模型确定微泄露事件的微泄露位置。本发明可对微泄露事件的高精度、高准确率的监测。

Description

一种管道微泄露特征信息监测方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及分布式声波传感系统技术领域，具体涉及一种管道微泄露特征信息监测方法、系统、设备及介质。

背景技术

管道运输作为能源输送的重要手段，因其运量大、运输成本低、能耗小、易于管理等特点，被称为五大运输行业之中的“文明运输”。近年来，随着管道基础设施规模的不断增加，与管道安全相关的事故，如管道爆炸、断裂、泄漏、非法钻入管道和偷油等管道事故时有发生。其中泄漏会引起管道管体爆炸，导致严重的环境污染与经济损失，同时也会破坏管道完整性。因此，有效的管道泄漏检测系统对于保障管道基础设施安全、高效运营，提升管道寿命具有重要的意义。

目前，基于管道泄漏的监测方法主要分为三类，主要包括物理检测方法、软件检测方法以及光学类检测方法，其中物理检测方法包括应力波法，负压波法，超声波、声发射等。这类方法主要是通过在管道上布设传感器，泄漏引发的负压波、应力波沿管道上下游传播，通过传感器采集泄漏信号实现对泄漏信息的识别。实际应用中，管道长度较长，而泄漏引发的负压波在管壁传播时衰减严重，其恶化了泄漏定位精度，同时对于两点式泄漏检测方法，容易出现误报警。软件检测方法主要包括质量平衡法与压力梯度法，但其存在误报率高，难以实现微泄漏信号监测，限制了在油气管道泄漏方面的应用。近年来，一些基于光纤类的管道泄漏监测方法被提出，其主要可分为温度性传感技术与振动型传感技术。温度型传感技术是基于泄漏引发的温差梯度效应实现管道泄漏检测，如专利CN106813805A，CN112728424A提出了一种基于分布式光纤拉曼温度传感型的管道泄漏监测技术，但由于微小泄漏难以引起管道沿线温度的变化，导致误报率、漏报率较高，难以及时发现事故。此外，受限于分布式光纤拉曼传感技术空间分辨率与激光脉冲宽度之间的瓶颈效应，难以实现泄漏信号的精确定位，导致泄漏信号漏报警，且难以实现不同泄漏状态的有效评估。振动型泄漏检测方法是基于泄漏引发的负压波信号沿管道上下游传播，通过传感器检测泄漏负压波振动信号实现泄漏检测。如专利CN112066270A提出了一种振动型光纤泄漏检测技术，通过振动引发的不同频带阈值进行泄漏信号判断，但上述振动型泄漏检测方法的缺陷在于：依据管道频域信号实现泄漏判别，但实际情况中管道微泄漏、外界干扰、管道上下游泵的运行均会引入额外的频带成分，这会引入大量的误报警信号，导致对泄露位置定位不准确。

综上所述，目前存在的管道泄漏监测方法，难以实现对管道微泄漏信号的高精度、高灵敏度、高准确率在线监测，且对不同状态的泄漏信号缺乏分类判别机制，限制了上述方法在管道泄漏检测领域的进一步应用。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种管道微泄露特征信息监测方法、系统、设备及介质，用以解决现有技术中存在的难以实现微泄漏信号的精准检测及定位，且对不同状态的泄漏信号缺乏分类判别机制的技术问题。

一方面，本发明提供了一种管道微泄露特征信息监测方法，用于基于敷设于管道上的传感光纤对所述管道微泄露进行监测，所述传感光纤包括间隔设置的多个传感单元，所述管道微泄露特征信息监测方法包括：

基于所述多个传感单元获取所述管道的多个时域特征信号；

基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件；

当所述管道发生微泄漏事件时，确定所述多个时域特征信号中发生所述微泄露事件的微泄露时域特征信号；

获取所述管道的结构参数以及所述管道内流体的平均流速，并根据所述结构参数和所述平均流速构建微泄露口径确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及微泄露口径确定模型确定所述微泄露事件的微泄露口径；

获取所述多个传感单元的总个数和所述传感光纤的总长度，并根据所述总个数和所述总长度构建微泄露位置确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及微泄露位置确定模型确定所述微泄露事件的微泄露位置。

在一些可能的实现方式中，所述基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件，包括：

将所述多个时域特征信号进行滤波及标准偏差处理，获得多个时域信号标准偏差；

基于预设的判据模型和所述多个时域信号标准偏差获得判据结果；

判断所述判据结果是否大于判据阈值，若所述判据结果大于所述判据阈值，则所述管道发生所述微泄露事件，若所述判据结果小于或等于所述判据阈值，则所述管道未发生所述微泄露事件。

在一些可能的实现方式中，所述判据模型为：

式中，N为所述判据结果；S[T_c]为第c个时域信号标准偏差，S[T_c-1]为第c-1个时域信号标准偏差；Value{S[T_c]/S[T_c-1]≥T_h}为相邻两个传感单元的时域信号标准偏差的逻辑值，当S[T_c]/S[T_c-1]大于或等于T_h时，Value{S[T_c]/S[T_c-1]≥T_h}为1；当S[T_c]/S[T_c-1]小于T_h时，Value{S[T_c]/S[T_c-1]≥T_h}为0；T_h为信号阈值；n为所述多个时域信号标准偏差的总个数。

在一些可能的实现方式中，所述多个传感单元包括第一传感单元、第二传感单元以及第三传感单元，所述多个时域特征信号包括分别与所述第一传感单元、所述第二传感单元以及所述第三传感单元对应的第一时域特征信号、第二时域特征信号以及第三时域特征信号；所述基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件，还包括：

基于所述第一时域特征信号、所述第二时域特征信号以及所述第三时域特征信号确定所述第一传感单元和所述第二传感单元之间的第一负压传播速度以及所述第二传感单元和所述第三传感单元之间的第二负压传播速度；

当所述第一负压传播速度和所述第二负压传播速度相等时，所述管道未发生所述微泄露事件；当所述第一负压传播速度和所述第二负压传播速度不相等时，所述管道发生所述微泄露事件。

在一些可能的实现方式中，所述基于所述第一时域特征信号、所述第二时域特征信号以及所述第三时域特征信号确定所述第一传感单元和所述第二传感单元之间的第一负压传播速度以及所述第二传感单元和所述第三传感单元之间的第二负压传播速度，包括：

分别获取所述第一时域特征信号、所述第二时域特征信号以及所述第三时域特征信号的第一信号采集时间、第二信号采集时间以及第三信号采集时间；

获取所述第一传感单元与所述第二传感单元之间的第一距离以及所述第二传感单元与所述第三传感单元之间的第二距离；

基于所述第一信号采集时间、所述第二信号采集时间和所述第一距离确定第一负压传播速度；

基于所述第二信号采集时间、所述第三信号采集时间和所述第二距离确定第二负压传播速度。

在一些可能的实现方式中，所述微泄露口径确定模型为：

α_lea＝Dl²-Fl+G

D＝Az₁ ²

F＝2Az₁z₂-Bz₁

G＝Az₂ ²-Bz₂+C

C＝K₃

式中，α_lea为微泄露时域特征信号的标准偏差；l为微泄露口径；D为第一微泄露口径预测修正系数；F为第二微泄露口径预测修正系数；G为第三微泄露口径预测修正系数；z₁为第一微泄露修正系数；z₂为第二微泄露修正系数；A为第一管道结构修正系数；B为第二管道结构修正系数；C为第三管道结构修正系数；K₁为第一经验修正因子；K₂为第二修正因子；K₃为第三修正因子；E为湍流强度；α₁为第一算子产生系数；α₂为第二算子产生系数；ρ为管道内流体的密度；g为重力加速度；ξ为管道和流体之间的摩擦系数；E^*为内部耗散系数；t为管道的管壁厚度；r为管道半径；γ为管道的比重；I为管道的材料刚度；A₁为管道的横截面积；

为管道内流体的平均流速。

在一些可能的实现方式中，所述传感光纤还包括多个间隔设置的散射增强点，相邻两个所述散射增强点之间为一个所述传感单元；所述微泄露位置确定模型为：

式中，X_i,p为微泄露位置与第i个散射增强点之间的距离；L_i,i+1为第i个传感单元与第i+1个传感单元之间的距离；ν₁为负压波在第i个传感单元与第i+1个传感单元之间的传播速度；Δt_i,i+1为第i个时域特征信号与第i+1个时域特征信号之间的信号采集时间差；n为传感单元的总个数；L为传感光纤的总长度。

另一方面，本发明还提供了一种管道微泄露特征信息监测系统，包括：传感光纤、分布式声波传感子系统、泄露预警子系统以及泄露特征信息识别子系统；

所述传感光纤敷设于管道，所述传感光纤包括间隔设置的多个传感单元；

所述分布式声波传感子系统用于基于所述多个传感单元获取所述管道的多个时域特征信号；

所述泄露预警子系统用于基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件；

所述泄露特征信息识别子系统用于当所述管道发生微泄漏事件时，确定所述多个时域特征信号中发生所述微泄露事件的微泄露时域特征信号；获取所述管道的结构参数以及所述管道内流体的平均流速，并根据所述结构参数和所述平均流速构建微泄露口径确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及微泄露口径确定模型确定所述微泄露事件的微泄露口径；获取所述多个传感单元的总个数和所述传感光纤的总长度，并根据所述总个数和所述总长度构建微泄露位置确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及微泄露位置确定模型确定所述微泄露事件的微泄露位置。

另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，

所述存储器，用于存储程序；

所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述任意一种实现方式中所述的管道微泄露特征信息监测方法中的步骤。

另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时能够实现上述任意一种实现方式中所述的管道微泄露特征信息监测方法中的步骤。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的管道微泄露特征信息监测方法，首先基于多个传感单元获取管道的多个时域特征信号，可实现对管道的全天候、分布式在线监测。且基于多个时域特征信号判断管道是否发生微泄露事件，可对微泄露事件进行预警。进一步地，当管道发生微泄露事件时，根据微泄露时域特征信号和微泄露口径确定模型确定微泄露口径，可对微泄露进行分类，提高对微泄露事件评估的准确性。并且，还可基于微泄露时域特征信号和微泄露位置确定模型确定微泄露位置，可实现对微泄露事件的定位，提高对管道后续维护的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的管道微泄露特征信息监测方法的一个实施例流程示意图；

图2为本发明提供的传感光纤敷设的一个实施例结构示意图；

图3为本发明图1中S102的一个实施例流程示意图；

图4为本发明图1中S102的另一个实施例流程示意图；

图5为本发明图4中S401的一个实施例流程示意图；

图6为本发明提供的管道微泄露特征信息监测系统的一个实施例结构示意图；

图7为本发明提供的电子设备的一个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

在本发明实施例的描述中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供了一种管道微泄露特征信息监测方法、系统、设备及介质，以下分别进行说明。

图1为本发明提供的管道微泄露特征信息监测方法的一个实施例流程示意图，管道微泄露特征信息监测方法用于基于敷设于管道上的传感光纤对管道微泄露进行监测，传感光纤包括间隔设置的多个传感单元，如图1所示，管道微泄露特征信息监测方法包括：

S101、基于多个传感单元获取管道的多个时域特征信号；

S102、基于多个时域特征信号判断管道是否发生微泄露事件；

S103、当管道发生微泄漏事件时，确定多个时域特征信号中发生微泄露事件的微泄露时域特征信号；

S104、获取管道的结构参数以及管道内流体的平均流速，并根据结构参数和平均流速构建微泄露口径确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露口径确定模型确定微泄露事件的微泄露口径；

S105、获取多个传感单元的总个数和传感光纤的总长度，并根据总个数和总长度构建微泄露位置确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露位置确定模型确定微泄露事件的微泄露位置。

与现有技术相比，本发明实施例提供的管道微泄露特征信息监测方法，首先基于多个传感单元获取管道的多个时域特征信号，可实现对管道的全天候、分布式在线监测。且基于多个时域特征信号判断管道是否发生微泄露事件，可对微泄露事件进行预警。进一步地，当管道发生微泄露事件时，根据微泄露时域特征信号和微泄露口径确定模型确定微泄露口径，可对微泄露进行分类，提高对微泄露事件评估的准确性。并且，还可基于微泄露时域特征信号和微泄露位置确定模型确定微泄露位置，可实现对微泄露事件的定位，提高对管道后续维护的效率。

为了提高本发明实施例的监测精度，在本发明的具体实施例中，如图2所示，传感光纤100螺旋敷设在管道上，传感光纤100包括在管道轴向方向均匀设置的n+1个增强散射点，相邻两个增强散射点之间可视为一个传感单元110，假设传感光纤的长度为L，则传感光纤100上任意一个传感单元110的长度Δd＝L/n。

本发明实施例通过设置传感光纤100螺旋敷设在管道上，可实现管道上任意位置处的振动信号均被传感光纤100感知，提高管道微泄露监测方法的可靠性。

进一步地，本发明实施例通过设置传感光纤100包括多个增强散射点，可提高传感光纤100的监测灵敏度和保真度，进一步提高管道微泄露监测方法的可靠性和准确性。

由于在实际情况中，外界干扰会引入额外的频带成分，即：外界干扰会导致微泄露事件的误判断，为了降低微泄露事件的误判率，在本发明的一些实施例中，如图3所示，步骤S102包括：

S301、将多个时域特征信号进行滤波及标准偏差处理，获得多个时域信号标准偏差；

S302、基于预设的判据模型和多个时域信号标准偏差获得判据结果；

S303、判断判据结果是否大于判据阈值，若判据结果大于判据阈值，则管道发生微泄露事件，若判据结果小于或等于判据阈值，则管道未发生微泄露事件。

本发明实施例通过设置根据预设的判据模型和多个时域信号标准差得到的判据结果，对微泄露事件发生进行确定，可降低由于外界干扰带来的微泄露事件误判，提高对微泄露事件判断的准确性。

在本发明的具体实施例中，判据模型为：

式中，N为判据结果；S[T_c]为第c个时域信号标准偏差，S[T_c-1]为第c-1个时域信号标准偏差；Value{S[T_c]/S[T_c-1]≥T_h}为相邻两个传感单元的时域信号标准偏差的逻辑值，当S[T_c]/S[T_c-1]大于或等于T_h时，Value{S[T_c]/S[T_c-1]≥T_h}为1；当S[T_c]/S[T_c-1]小于T_h时，Value{S[T_c]/S[T_c-1]≥T_h}为0；T_h为信号阈值；n为多个时域信号标准偏差的总个数。

应当理解的是：信号阈值T_h可根据实际情况和经验进行调整，在此不做具体限定，判据阈值为1。

由于在实际情况中，管道上下游泵的开启/停止也会引入额外的频带成分，即：管道上下游泵的开启/停止会导致微泄露事件的误判断，为了进一步降低微泄露事件的误判率，在本发明的一些实施例中，多个传感单元包括第一传感单元、第二传感单元以及第三传感单元，多个时域特征信号包括分别与第一传感单元、第二传感单元以及第三传感单元对应的第一时域特征信号、第二时域特征信号以及第三时域特征信号；则如图4所示，步骤S102还包括：

S401、基于第一时域特征信号、第二时域特征信号以及第三时域特征信号确定第一传感单元和第二传感单元之间的第一负压传播速度以及第二传感单元和第三传感单元之间的第二负压传播速度；

S402、当第一负压传播速度和第二负压传播速度相等时，管道未发生微泄露事件；当第一负压传播速度和第二负压传播速度不相等时，管道发生微泄露事件。

其中，步骤S402的原理为：当第一负压传播速度和第二负压传播速度相等时，管道中的压力变化并不是有管道泄露引起的负压波产生的，而是由于如管道上下游泵的开启/停止等和泄露无关的因素引起的，则将这些因素排出，即可提高对微泄露事件判断的准确性和可靠性，降低对微泄露事件的误判率。

需要说明的是：在实际应用中，可通过步骤S301-S303的方式，和/或，步骤S401～S402的方式对微泄露事件是否发生进行判断，提高了判断微泄露事件是否发生的方法多样性和可靠性。

应当理解的是：第一传感单元、第二传感单元以及第三传感单元并不表示传感单元的位置关系和顺序关系，其仅仅表示不同的传感单元。

在本发明的具体实施例中，如图5所示，步骤S401包括：

S501、分别获取第一时域特征信号、第二时域特征信号以及第三时域特征信号的第一信号采集时间、第二信号采集时间以及第三信号采集时间；

S502、获取第一传感单元与第二传感单元之间的第一距离以及第二传感单元与第三传感单元之间的第二距离；

S503、基于第一信号采集时间、第二信号采集时间和第一距离确定第一负压传播速度；

S504、基于第二信号采集时间、第三信号采集时间和第二距离确定第二负压传播速度。

在本发明的一些实施例中，微泄露口径确定模型为：

α_lea＝Dl²-Fl+G

D＝Az₁ ²

F＝2Az₁z₂-Bz₁

G＝Az₂ ²-Bz₂+C

C＝K₃

式中，α_lea为微泄露时域特征信号的标准偏差；l为微泄露口径；D为第一微泄露口径预测修正系数；F为第二微泄露口径预测修正系数；G为第三微泄露口径预测修正系数；z₁为第一微泄露修正系数；z₂为第二微泄露修正系数；A为第一管道结构修正系数；B为第二管道结构修正系数；C为第三管道结构修正系数；K₁为第一经验修正因子；K₂为第二修正因子；K₃为第三修正因子；E为湍流强度；α₁为第一算子产生系数；α₂为第二算子产生系数；ρ为管道内流体的密度；g为重力加速度；ξ为管道和流体之间的摩擦系数；E^*为内部耗散系数；t为管道的管壁厚度；r为管道半径；γ为管道的比重；I为管道的材料刚度；A₁为管道的横截面积；

为管道内流体的平均流速。

本发明实施例通过确定微泄露口径，可对不同泄露等级进行评估，例如：当微泄漏口径为1.0mm时，认为管道为渗漏；当微泄漏口径为1.5mm，认为管道微滴漏；当微泄漏口径为2.0mm时，认为管道微重漏。

上述微泄露口径确定模型的推导过程为：首先，流体在管道内部流动时由于管壁限制只能沿轴向流动，流体分子以不同速度和角度撞击管壁，这种撞击将以不规律的压力波形式释放，从而诱发管壁振动，管道的振动会引起管壁上传感光纤的相位变化：

式中，

为传感光纤的相位变化；a为传感光纤的纤芯直径；β为传感光纤的传播系数；L为传感光纤的长度；Δa为纤芯直径的变化量；Δβ为传播系数的变化量；ΔL为传感光纤的长度变化量。

管道内压力波动与管道内流速的波动之间满足：

式中，P'为管道内压力；u'(t)为管道内流体的轴向瞬时流速；v'(t)为管道内流体的纵向瞬时流速。

管道内流体的轴向瞬时流速和管道内流体的纵向瞬时流速波动乘积的时间均值满足以下关系式：

v'(t)＝-K₁ξE^*u_i'(t)+K₂   (3)

联立方程式(2)和(3)，可得压力波动与轴向瞬时流速之间满足：

由于管道可视为一维梁模型，因此，管道内压力波动与力矩M之间满足：

式中，x为沿管道轴向的微小位移。

在流体的作用下，力矩与管道沿轴向的微小位移存在以下关系：

式中，y为沿管道的微小形变。

联系方程式(5)和(6)，可得压力波动与微小形变的关系式：

管道上敷设的传感光纤可以高灵敏感知管道振动信息，以及泄漏负压波产生的噪声振动信号，为了建立管道振动d²y/dt²与压力波动的联系，需要将管道沿轴向的位移变化转换至管道随时间变化的关系，根据横向运动方程，二者之间满足：

联立方程式(7)和(8)，可以得到管道振动与压力波动的关系式：

至此，建立了压力波动与流速波动以及压力波动与管壁振动的关系。以压力波动作为中间量建立流速波动与管道振动的关系，联立方程式(9)和(4)，得到：

对方程式(10)两边分别取标准偏差，可得：

其中，χ是算子作用后产生的交叉项，其为包含u_i'的一次和二次的交叉形式，被算子作用后产生系数为α₁，和α₂，如方程式(11)所示。由于流速波动与平均流速的比值定义为湍流强度，即

式中，m为流速波动。

将湍流强度带入到方程式(11)中，得到平均流速与时域信号标准偏差的关系：

C＝K₃

式中，α_SD为时域信号标准偏差。

由方程式(12)可以看到，管内平均流速与时域信号标准偏差呈二次函数关系。而管道振动可以通过敷设在管道上的传感光纤精确感知，这种振动信号会引发方程式(1)中相位变化，由此通过相位解调可获得时域特征信号。

微泄露口径大小影响管内压力释放的速度，由于微泄露口径与泄露流速呈近似线性关系，即有：

u＝z₁l+z₂  (13)

其中，u为管内流速。

将方程式(13)代入方程式(12)，即可得到微泄露口径确定模型。

在本发明的一些实施例中，微泄露位置确定模型为：

式中，X_i,p为微泄露位置与第i个散射增强点之间的距离；L_i,i+1为第i个传感单元与第i+1个传感单元之间的距离；ν₁为负压波在第i个传感单元与第i+1个传感单元之间的传播速度；Δt_i,i+1为第i个时域特征信号与第i+1个时域特征信号之间的信号采集时间差；n为传感单元的总个数；L为传感光纤的总长度。

相比于现有技术中的通过分别设置在管道上下游的两个传感器获得泄露位置，本发明实施例通过敷设的多个传感单元对微泄露事件进行定位，获得微泄露位置，可提高微泄露位置的确定精度，避免由于管道腐蚀缺陷位置、弯头、阀门等区域的存在，导致负压波衰减严重，造成管道泄漏事件定位准确率较低的技术问题。

需要说明的是：本发明实施例除了通过第i个传感单元与第i+1个传感单元对微泄露发生位置进行定位之外，还可通过第i-1个传感单元与第i+2个传感单元对微泄露发生位置进行定位，同样微泄露发生位置也会被i-2个对传感单元进与第i+3个传感单元所感知。

具体地：微泄露发生位置距各散射增强点的距离可通过下述任意一个公式中的方式确定，即：下述任意一个公式均可为微泄露位置确定模型：

即当一个传感单元漏报微泄露时，可通过其他传感单元辅助发现微泄露事件及微泄露发生位置，从而可有效降低微泄露事件和微泄露发生位置的漏报率，进一步提高管道微泄露特征信息监测方法的可靠性。

为了更好实施本发明实施例中的管道微泄露特征信息监测方法，在管道微泄露特征信息监测方法基础之上，对应的，如图2和图6所示，本发明实施例还提供了一种管道微泄露特征信息监测系统，管道微泄露特征信息监测系统600包括：传感光纤100、分布式声波传感子系统601、泄露预警子系统602以及泄露特征信息识别子系统603；

传感光纤100敷设于管道，传感光纤100包括间隔设置的多个传感单元110；

分布式声波传感子系统601用于基于多个传感单元获取管道的多个时域特征信号；

泄露预警子系统602用于基于多个时域特征信号判断管道是否发生微泄露事件；

泄露特征信息识别子系统603用于当管道发生微泄漏事件时，确定多个时域特征信号中发生微泄露事件的微泄露时域特征信号；获取管道的结构参数以及管道内流体的平均流速，并根据结构参数和平均流速构建微泄露口径确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露口径确定模型确定微泄露事件的微泄露口径；获取多个传感单元的总个数和传感光纤的总长度，并根据总个数和总长度构建微泄露位置确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露位置确定模型确定微泄露事件的微泄露位置。

上述实施例提供的管道微泄露特征信息监测系统600可实现上述管道微泄露特征信息监测方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述管道微泄露特征信息监测方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。

如图7所示，本发明还相应提供了一种电子设备700。该电子设备700包括处理器701、存储器702及显示器703。图7仅示出了电子设备700的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

处理器701在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器702中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的管道微泄露特征信息监测方法。

在一些实施例中，处理器701可以是单个服务器或服务器组。服务器组可为集中式或分布式的。在一些实施例中，处理器701可为本地的或远程的。在一些实施例中，处理器701可实施于云平台。在一实施例中，云平台可包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、内部间、多重云等，或以上的任意组合。

存储器702在一些实施例中可以是电子设备700的内部存储单元，例如电子设备700的硬盘或内存。存储器702在另一些实施例中也可以是电子设备700的外部存储设备，例如电子设备700上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。

进一步地，存储器702还可既包括电子设备700的内部储存单元也包括外部存储设备。存储器702用于存储安装电子设备700的应用软件及各类数据。

显示器703在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器703用于显示在电子设备700的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备700的部件701-703通过系统总线相互通信。

在一实施例中，当处理器701执行存储器702中的管道微泄露特征信息监测程序时，可实现以下步骤：

基于多个传感单元获取管道的多个时域特征信号；

基于多个时域特征信号判断管道是否发生微泄露事件；

当管道发生微泄漏事件时，确定多个时域特征信号中发生微泄露事件的微泄露时域特征信号；

获取管道的结构参数以及管道内流体的平均流速，并根据结构参数和平均流速构建微泄露口径确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露口径确定模型确定微泄露事件的微泄露口径；

获取多个传感单元的总个数和传感光纤的总长度，并根据总个数和总长度构建微泄露位置确定模型，基于微泄露时域特征信号以及微泄露位置确定模型确定微泄露事件的微泄露位置。

应当理解的是：处理器701在执行存储器702中的管道微泄露特征信息监测程序时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。

进一步地，本发明实施例对提及的电子设备700的类型不做具体限定，电子设备700可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personal digitalassistant，PDA)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载IOS、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备700也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。

相应地，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述各方法实施例提供的管道微泄露特征信息监测方法中的步骤或功能。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上对本发明所提供的管道微泄露特征信息监测方法、系统、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种管道微泄露特征信息监测方法，其特征在于，用于基于敷设于管道上的传感光纤对所述管道微泄露进行监测，所述传感光纤包括间隔设置的多个传感单元，所述管道微泄露特征信息监测方法包括：

基于所述多个传感单元获取所述管道的多个时域特征信号；

基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件；

当所述管道发生微泄漏事件时，确定所述多个时域特征信号中发生所述微泄露事件的微泄露时域特征信号；

获取所述管道的结构参数以及所述管道内流体的平均流速，并根据所述结构参数和所述平均流速构建微泄露口径确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及所述微泄露口径确定模型确定所述微泄露事件的微泄露口径；

获取所述多个传感单元的总个数和所述传感光纤的总长度，并根据所述总个数和所述总长度构建微泄露位置确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及所述微泄露位置确定模型确定所述微泄露事件的微泄露位置；

所述基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件，包括：

将所述多个时域特征信号进行滤波及标准偏差处理，获得多个时域信号标准偏差；

基于预设的判据模型和所述多个时域信号标准偏差获得判据结果；

判断所述判据结果是否大于判据阈值，若所述判据结果大于所述判据阈值，则所述管道发生所述微泄露事件，若所述判据结果小于或等于所述判据阈值，则所述管道未发生所述微泄露事件；

所述判据模型为：

式中，N为所述判据结果；为第c个时域信号标准偏差，为第c-1个时域信号标准偏差；为相邻两个传感单元的时域信号标准偏差的逻辑值，当大于或等于时，为1；当小于时，为0；为信号阈值；n为所述多个时域信号标准偏差的总个数。

2.根据权利要求1所述的管道微泄露特征信息监测方法，其特征在于，所述多个传感单元包括第一传感单元、第二传感单元以及第三传感单元，所述多个时域特征信号包括分别与所述第一传感单元、所述第二传感单元以及所述第三传感单元对应的第一时域特征信号、第二时域特征信号以及第三时域特征信号；所述基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件，还包括：

基于所述第一时域特征信号、所述第二时域特征信号以及所述第三时域特征信号确定所述第一传感单元和所述第二传感单元之间的第一负压传播速度以及所述第二传感单元和所述第三传感单元之间的第二负压传播速度；

当所述第一负压传播速度和所述第二负压传播速度相等时，所述管道未发生所述微泄露事件；当所述第一负压传播速度和所述第二负压传播速度不相等时，所述管道发生所述微泄露事件。

3.根据权利要求2所述的管道微泄露特征信息监测方法，其特征在于，所述基于所述第一时域特征信号、所述第二时域特征信号以及所述第三时域特征信号确定所述第一传感单元和所述第二传感单元之间的第一负压传播速度以及所述第二传感单元和所述第三传感单元之间的第二负压传播速度，包括：

分别获取所述第一时域特征信号、所述第二时域特征信号以及所述第三时域特征信号的第一信号采集时间、第二信号采集时间以及第三信号采集时间；

获取所述第一传感单元与所述第二传感单元之间的第一距离以及所述第二传感单元与所述第三传感单元之间的第二距离；

基于所述第一信号采集时间、所述第二信号采集时间和所述第一距离确定第一负压传播速度；

基于所述第二信号采集时间、所述第三信号采集时间和所述第二距离确定第二负压传播速度。

4.根据权利要求1所述的管道微泄露特征信息监测方法，其特征在于，所述微泄露口径确定模型为：

式中，为微泄露时域特征信号的标准偏差；为微泄露口径；为第一微泄露口径预测修正系数；为第二微泄露口径预测修正系数；为第三微泄露口径预测修正系数；为第一微泄露修正系数；为第二微泄露修正系数；A为第一管道结构修正系数；B为第二管道结构修正系数；C为第三管道结构修正系数；为第一经验修正因子；为第二修正因子；为第三修正因子；为湍流强度；为第一算子产生系数；为第二算子产生系数；为管道内流体的密度；为重力加速度；为管道和流体之间的摩擦系数；为内部耗散系数；为管道的管壁厚度；为管道半径；为管道的比重；为管道的材料刚度；为管道的横截面积；为管道内流体的平均流速。

5.根据权利要求1所述的管道微泄露特征信息监测方法，其特征在于，所述传感光纤还包括多个间隔设置的散射增强点，相邻两个所述散射增强点之间为一个所述传感单元；所述微泄露位置确定模型为：

式中，为微泄露位置与第i个散射增强点之间的距离；为第i个传感单元与第i+1个传感单元之间的距离；为负压波在第i个传感单元与第i+1个传感单元之间的传播速度；为第i个时域特征信号与第i+1个时域特征信号之间的信号采集时间差；为传感单元的总个数；为传感光纤的总长度。

6.一种管道微泄露特征信息监测系统，其特征在于，包括：传感光纤、分布式声波传感子系统、泄露预警子系统以及泄露特征信息识别子系统；

所述传感光纤敷设于管道，所述传感光纤包括间隔设置的多个传感单元；

所述分布式声波传感子系统用于基于所述多个传感单元获取所述管道的多个时域特征信号；

所述泄露预警子系统用于基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件；

所述泄露特征信息识别子系统用于当所述管道发生微泄漏事件时，确定所述多个时域特征信号中发生所述微泄露事件的微泄露时域特征信号；获取所述管道的结构参数以及所述管道内流体的平均流速，并根据所述结构参数和所述平均流速构建微泄露口径确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及微泄露口径确定模型确定所述微泄露事件的微泄露口径；获取所述多个传感单元的总个数和所述传感光纤的总长度，并根据所述总个数和所述总长度构建微泄露位置确定模型，基于所述微泄露时域特征信号以及微泄露位置确定模型确定所述微泄露事件的微泄露位置；

所述基于所述多个时域特征信号判断所述管道是否发生微泄露事件，包括：

将所述多个时域特征信号进行滤波及标准偏差处理，获得多个时域信号标准偏差；

基于预设的判据模型和所述多个时域信号标准偏差获得判据结果；

判断所述判据结果是否大于判据阈值，若所述判据结果大于所述判据阈值，则所述管道发生所述微泄露事件，若所述判据结果小于或等于所述判据阈值，则所述管道未发生所述微泄露事件；

所述判据模型为：

式中，N为所述判据结果；为第c个时域信号标准偏差，为第c-1个时域信号标准偏差；为相邻两个传感单元的时域信号标准偏差的逻辑值，当大于或等于时，为1；当小于时，为0；为信号阈值；n为所述多个时域信号标准偏差的总个数。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中，

所述存储器，用于存储程序；

所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述权利要求1至5中任意一项所述的管道微泄露特征信息监测方法中的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时能够实现上述权利要求1至5中任意一项所述的管道微泄露特征信息监测方法中的步骤。

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