CN116182086B - 一种采用物联网技术的油气管道监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种采用物联网技术的油气管道监测系统，包括：采集振动数据模块，用于采集每个位置每个时刻的振幅；异常振动识别模块，根据采集的振幅，得到异常振动程度；异常振动区分模块，根据异常振动程度，得到每个位置每个时刻的相邻可能性；根据异常振动程度以及相邻可能性，得到每个位置每个时刻的连续异常可能性；根据连续异常可能性，得到每个位置每个时刻的连续可能性；根据相邻可能性，异常振动程度，连续可能性得到最终异常振动的可能性；异常振动监测模块，根据最终异常振动的可能性进行监测异常振动。本发明避免了外部振动源对监测的影响，准确获得管道的异常振动，实现管道的有效监测。

Description

一种采用物联网技术的油气管道监测系统

技术领域

本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种采用物联网技术的油气管道监测系统。

背景技术

石油天然气，即油气，作为现阶段能源的核心支柱之一，已经深入到各个地区的生产生活中，由于油气在各个地区的储备量并不均衡，因而需要将油气在不同地区之间进行运输。因为油气具有较小密度较大体积，且具有较强的流动性的特点，所以在实际运输油气的过程中一般采用管道运输方式，此时为了保证油气运输的稳定性与安全性，需要对管道的健康状态进行监测，一般影响管道运输的因素主要为管道破裂与渗漏，在实际运输过程中表现为管道的异常振动，所以常常利用油气管道的振动反应管道的振动异常振动进行管道监测。

对于管道振动的监测目前主要利用管道不同位置振动数据之间的差异，确定异常振动，但是在实际管道监测中，对于掩埋在底下的管道外部环境的影响可能造成管道的振动，比如外部人工挖掘、机械挖掘，此时所对应的振动数据不影响管道正常使用，即为可接受的正常振动，而现有监测技术中没有对正常振动进行剔除，导致在实际振动数据中包含不同的来源振动数据，使得振动无法准确反应管道的状态，从而导致管道最终的异常监测不准确。

发明内容

本发明提供一种采用物联网技术的油气管道监测系统，以解决现有的问题。

本发明的一种采用物联网技术的油气管道监测系统采用如下技术方案：

本发明一个实施例提供了一种采用物联网技术的油气管道监测系统，该系统包括以下模块：

采集振动数据模块，用于采集油气管道的振动反应管道每个位置每个时刻的振幅；

异常振动识别模块，根据每个位置与相邻位置之间的振幅差异、每个时刻与相邻时刻之间的振幅差异以及每个位置每个时刻的振幅，得到每个位置每个时刻的异常振动程度；

异常振动区分模块，根据每个位置每个时刻的异常振动程度、每个位置的相邻位置在每个时刻的异常振动程度、每个位置的相邻位置在每个时刻的预设时间范围内的最大振幅与每个位置的相邻位置的振幅差异以及每个时刻与最大振幅对应时刻的时间间隔，得到每个位置每个时刻的相邻可能性；根据每个位置每个时刻的异常振动程度和相邻可能性，以及每个位置每个时刻的相邻时刻与相邻后一时刻的振幅差异，得到每个位置每个时刻的连续异常可能性；

将在每个时刻的预设相邻时间范围内获取每个位置的最大连续异常可能性所对应的时刻，记为第一时刻；在每个时刻的预设相邻时间范围内获取每个位置的前一位置的最大连续异常可能性所对应的时刻，记为第二时刻；根据第一时刻与第二时刻的差异以及每个位置每个时刻的连续异常可能性，得到每个位置每个时刻的连续可能性；根据相邻可能性、异常振动程度、连续可能性得到每个位置每个时刻最终异常振动的可能性；

异常振动监测模块，用于根据每个位置每个时刻最终异常振动的可能性进行监测油气管道的振动反应管道异常振动情况。

进一步地，所述每个位置每个时刻的异常振动程度，包括的具体步骤如下：

在每个位置下，获取每个时刻的振幅与其之前的每个相邻时刻的振幅的差异，记为每个相邻时刻的第一差异，获取所有相邻时刻的第一差异的均值，记为第一均值；在每个时刻下，获取每个位置的振幅与其每个相邻位置的振幅，记为每个相邻位置的第二差异，获取所有相邻位置的第二差异的均值，记为第二均值；将第一均值与第二均值求和，并与每个位置每个时刻的振幅相乘，得到每个位置每个时刻的异常振动程度。

进一步地，所述每个位置每个时刻的相邻可能性，包括的具体步骤如下：

其中

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振幅；/>

表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的第v个位置，在第i时刻之后预设时刻范围内的振幅的最大值；/>

表示/>

和/>

对应位置的时间间隔的绝对值；/>

表示/>

对应位置的异常振动程度；n1则表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的n1个位置，n1为预设的一个位置数量；/>

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度，/>

表示第j个位置在第i时刻的相邻可能性。

进一步地，所述每个位置每个时刻的连续异常可能性，包括的具体步骤如下：

其中

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度；/>

表示振动反应管道中第j个位置，在第i时刻前后相邻的第u个时刻的振幅；/>

表示振动反应管道中第j个位置，在第i时刻前后相邻的第u+1个时刻的振幅；2n0+1表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻前后相邻2n0+1个时刻，n0为预设的一个时刻数量；/>

表示相邻可能性；

表示第j个位置在第i时刻的连续异常可能性。

进一步地，所述每个位置每个时刻的连续可能性，包括的具体步骤如下：

其中

表示第一时刻；/>

表示第二时刻；n1表示第j个位置前后相邻的n1个位置，n1为预设的一个位置数量；/>

表示第j个位置在第i个时刻的连续异常可能性；/>

表示第j个位置在第i个时刻的连续可能性。

进一步地，所述每个位置每个时刻最终异常振动的可能性，包括的具体步骤如下：

获取每个位置每个时刻的相邻可能性，将每个位置每个时刻的相邻可能性求倒，求倒结果记为第一倒数；获取每个位置每个时刻的连续可能性，将每个位置每个时刻的连续可能性求倒，求倒结果记为第二倒数；将第一倒数与第二倒数求和，求和结果记为第三倒数；获取每个位置每个时刻的异常振动程度，根据异常振动程度与第三倒数的乘积，得到每个位置每个时刻最终异常振动的可能性。

本发明的技术方案的有益效果是：通过对振动来源进行区分，根据管道外部振动源到管道传播介质与管道内部振动传播介质的不同，所反映出管道不同位置对不同振动源的响应差异，即利用响应差异进行不同振动源的区分，便于对管道异常振动的监测，避免外部振动源形成管道振动对管道监测的影响，即准确获得由管道内部原因造成的异常振动，从而利用管道振动准确的管道状态，实现管道的有效监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明一种采用物联网技术的油气管道监测系统的结构框图；

图2为外部振动源振动能量传播示意图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种采用物联网技术的油气管道监测系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种采用物联网技术的油气管道监测系统的具体方案。

本实施例所针对的具体场景：在油气管道的监测过程中，首先对油气管道的振动反应管道的振动进行识别，然后利用油气管道的振动反应管道的振动的特点反映振动源的来源，根据油气管道的振动反应管道内部的振动源造成的振动对管道监测。不同的振动源相对于油气管道的振动反应管道不同位置的振动具有明显的振幅差异，所以本实施例根据相邻位置在相邻时刻振动关系反映振动传播关系，从而确定不同的振动源造成的振动并对油气管道的振动反应管道进行监测。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种采用物联网技术的油气管道监测系统的结构框图，该系统包括以下结构：

采集振动数据模块101，用于采集油气管道的振动反应管道不同位置的振动数据。

石油天然气，即油气，作为现阶段能源的核心支柱之一，已经深入到各个地区的生产生活中，由于油气在各个地区的储备量并不均衡，因而需要将油气在不同地区之间进行运输。因为油气具有较小密度较大体积，且具有较强的流动性的特点，所以在实际运输油气的过程中一般采用管道运输方式，此时为了保证油气运输的稳定性与安全性，需要对管道的健康状态进行监测，一般影响管道运输的因素主要为管道破裂与渗漏，在实际运输过程中表现为管道的异常振动，所以常常利用油气管道的振动反应管道的振动异常振动进行管道监测。

首先需要说明的是，由于分布式光纤振动传感技术具有相比于传统加速度计、振动传感器等传统振动测量传感器具有如下优势：1.可以实现对较大区域内的振动信号进行实时监测；2.具有高灵敏度的检测性能，可以检测到微小振动信号；3.具有数据采样密度高、布线简单等特点。因此采用分布式光纤传感技术来实现油气管道的振动反应管道中不同位置的振动数据。

选取任意一段长度为100米的振动反应管道，在振动反应管道中每隔1米的位置，使用分布式光纤传感技术采集一次振动数据传输到数据处理软件上。需要说明的是，本实施例中分布式光纤振动传感技术在每个位置上每隔0.5秒为一个时刻输出一个数据，记为振幅，从而每30秒获取一个时间范围，本实施例中该时间范围存在的振幅个数为30/0.5=60，这些振幅构成的时序序列记为每个位置的振动数据，振动数据表示的就是每个时刻的振幅。

至此，对振动反应管道通过利用分布式光纤振动传感技术在数据处理软件上得到振动反应管道中不同位置的振动数据，即每个位置每个时刻的振幅。

需要说明的是，后续需要对获取的振动数据进行振动差异以及传播差异的分析，从而确定振动反应管道最终异常振动的可能性，即每一个振动数据是由于振动反应管道内部损坏造成的振动的可能性。进而得到振动反应管道的最终异常振动程度，利用振动反应管道的最终异常振动程度对振动反应管道进行监测，从而在所有监测的振动数据中，获得最终异常振动数据。在实际管道检监测中，确定异常振动数据后，数据处理中心发出报告，通知工作人员及时对振动反应管道进行检修。

异常振动识别模块102，用于识别油气管道的振动反应管道中不同位置发生异常振动的概率。

需要说明的是，利用振动反应管道振动进行管道监测时，主要根据振动反应管道不同位置的振动数据之间的关系确定振动来源，其中振动反应管道外部振动源对管道监测的影响较小，而振动反应管道内部损坏形成的振动源对管道监测的影响较大，会影响管道中的正常使用，由于二者的影响不同，会在振动反应管道中产生不同程度的振幅差异。本实施例通过利用振动反应管道外部振动源在振动反应管道中所表现的振幅差异，对振动反应管道振动来源进行区分，实现振动反应管道最终异常振动的识别。

振动反应管道在进行油气运输的过程中，由于油气本身的传输运动，会使振动反应管道本身具有一定程度的振动，此时振动主要表现振幅小、相邻时间以及相邻位置的振幅差异较小的特征，但是在振动反应管道出现泄漏或者其他异常情况时，就会导致振动反应管道内部压力发生较大变化，从而使振动反应管道发生异常振动。

异常振动主要表现振幅大、相邻时间或者相邻位置的振幅差异大的特征，此时判断振动反应管道任意位置任意时刻发生异常振动的可能性，具体表示为：

其中

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振幅，振幅越大，则振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振动属于异常振动的程度越大；/>

表示振动反应管道中第j个位置的第i时刻之前，且与第i时刻相邻的第x时刻的振幅；/>

表示振动反应管道中第j个位置的第i时刻与第i时刻相邻的第x时刻之间的振幅差异，需要说明的是，第一时刻之前且第一时刻相邻的所有时刻的振幅均取0，振幅差异越大，则振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振动属于异常振动的程度越大；/>

表示振动反应管道中第j个位置的第i时刻之前，与第i时刻相邻的n0个时刻内的振幅差异，即时间方向上，振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度，其中n0可根据实施具体情况而定，本实施例取经验参考值6；/>

表示振动反应管道中第i时刻在第j个位置前后相邻的第y个位置的振幅；

表示振动反应管道中第i时刻的第j个位置，和在第j个位置前后相邻的第y个位置之间的振幅差异；/>

表示振动反应管道中第i时刻的第j个位置与其前后相邻n1个位置的振幅差异的均值，即空间方向上，振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度，其中n1可根据实施具体情况而定，本实施例取经验参考值6；/>

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度。

另外需要说明的是，第j个位置的前后相邻位置的获取方法为：获取第j个位置之前的n1/2个位置，获取第j个位置之后的n1/2个位置，这些n1个位置记为第j个位置的所有前后相邻位置，并且这些n1个位置依自身位置的前后顺序进行排序；另外，当第j个位置之前的位置或第j个位置之后的位置不足n1/2个时，那么将第j个位置之前的位置或第j个位置之后的位置全都作为第j个位置的前后相邻位置，直至满足n1个位置。

至此，根据采集到的振动反应管道中不同位置的振动数据通过分析各个位置各个时刻之间的振动数据关系，得到所有位置以及对应所有时刻的异常振动程度。

异常振动区分模块103，用于将油气管道的振动反应管道中不同位置发生异常振动的概率进行类别划分。

需要说明的是，在实际管道监测过程中，振动反应管道可能受到外部人工挖掘、机械挖掘的影响，同样使得振动反应管道发生振动，但是上述受外部干扰所产生的振动为正常可接受的振动，所以在实际管道监测过程中需要对振动来源进行区分，即获取能够影响振动反应管道健康状态的异常振动，实现管道监测。

进一步需要说明的是，外部因素引起的管道振动需要将振动能量从外部振动源传播到振动反应管道，此时由于外部振动源将振动能量以波的形式传播，因而振动能量传播到振动反应管道不同位置所需的时间会存在差异，使得振动能量到达振动反应管道不同位置的时间也会有所不同，即振动反应管道不同位置的振动数据具有前后时刻的振幅差异，并且由于振动传播时间越长，振动能量在传播过程的损耗越多，使得振动反应管道不同位置的振动数据也具有前后位置的振幅差异。

在振动反应管道中存在的异常振动是由一个或多个振动源影响产生的振动，然后传播到振动反应管道的不同位置。其中振动反应管道内部的振动源产生的振动能量会向振动反应管道两端传播，使得振动反应管道不同位置产生异常振动；而振动反应管道外部振动源产生的振动能量会以外部振动源为中心，向四周传播，当传播到振动反应管道时，振动反应管道的不同位置接受到振动能量的时间会存在差异，所以由外部振动源造成的管道振动具有时间的差异。

而由于振动反应管道外部泄漏造成的振动也具有从中间向两端传播的特征，因而无法直接利用振动反应管道的不同位置之间振动能量的传播来区分振动类型。但是外部振动源的振动能量传播到振动反应管道不同位置时，对应的传播路径为固体管道，而内部的振动源的振动能量是通过振动反应管道内部的气体或者液体传播到振动反应管道的不同位置，此时由于振动能量在固体传播速度快，且传播过程中的损耗少，所以振动反应管道的不同位置之间的异常振动的振幅差异小，且异常振动的时间差异小。

基于此特征，确定振动反应管道的每一个位置的振动与外部振动源之间的关系。此时根据当前位置的振动数据与前后相邻位置或者相邻时刻振动数据之间的关系，判断当前位置的振动数据是由外部振动源造成的可能性，具体表示为：

其中

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振幅；/>

表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的第v个位置，在第i时刻之后m个时刻内的振幅的最大值，最大程度地反映振动反应管道中第j个位置受外部振动源所产生的振动，其中m可根据实施具体情况而定，本实施例取经验参考值6；/>

表示对应的两个位置之间的振幅差值，振幅差值越小，振动反应管道中第j个位置的振动是由外部振动源造成的可能性越大；/>

表示/>

和/>

对应位置的时间间隔的绝对值，时间间隔的绝对值越小，振动反应管道中第j个位置的振动受管道外部传播的可能性越大，即振动反应管道中第j个位置的振动是由外部振动源造成的可能性越大。/>

表示/>

对应位置的异常振动程度，异常振动程度越大，/>

受其他振动源而振动的可能性越大。/>

表示振动反应管道中第j个位置，与振动反应管道中第j个位置前后相邻的第v个位置之间的振幅差异，该振幅差异反映振动反应管道中第j个位置的振动由外部振动源造成的可能性；/>

则表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的n1个位置内的振幅差异，该振幅差异反映振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振动数据受外部振动源的影响，/>

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度，异常振动程度越大，振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振动数据受外部振动源的影响越大。/>

表示第j个位置在第i时刻的振动数据，与前后相邻位置或者相邻时刻振动数据之间的关系，所反映的振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振动数据，由外部振动源造成的可能性，即第j个位置在第i时刻的相邻可能性。

至此，根据振动反应管道中各个位置以及对应各个时刻的异常振动程度，通过分析当前位置的振动数据与前后相邻位置与前后相邻时刻的异常振动程度之间的关系得到振动反应管道中所有位置以及所有时刻的相邻可能性。

根据上述步骤，分析外部振动源产生振动的传播，利用振动反应管道中不同位置的振动数据，确定振动源属于外部振动源的可能性，即判断振动反应管道外部施工等对管道异常振动监测的影响。

但是在实际管道监测中，振动反应管道内部损坏造成的振动源可能位于振动反应管道边缘，即振动反应管道内部振动会通过振动反应管道壁进行传播，导致振动反应管道不同位置之间的振动同样具有较小振幅差异，且前后相邻位置的振动时间相近，所以无法直接利用前后相邻位置的振幅以及振幅之间的差异进行振动源的区分。此时选择根据振动反应管道中振动的传播进行振动源的区分。

已知外部振动源的振动初步传播到振动反应管道时，会引起振动反应管道的对应位置的振动，将当前对应的位置记作初始位置，此时振动反应管道的初始位置的振动同样又会引起前后相邻位置的振动。

另外需要说明的是，假设有一个外部振动源O，在外部振动源O产生振动能量后，振动能量先传播到与外部振动源O距离最近的位置A1处，使得A1位置发生振动，此时可以认为A1为一个新的小振动源，即A1的振动能量将向振动反应管道前后两端传播，前端位置记为A2，后端位置记为A3。此时在实际的振动传播过程中，A2位置的振动能量既包含直接由外部振动源O传播到A2位置的振动，又包括由A1传播到A2位置的振动。所以外部振动源会使振动反应管道的同一位置产生多次的异常振动，且异常振动幅度逐渐变小,见图2。

因此，基于以上特征，可根据振动反应管道所有位置的振动数据进行各个位置的多次异常振动表现以及振动传播关系分析得到振动反应管道的振动属于外部振动源的可能性。

在当前获得的振动反应管道所有位置的振动数据中，首先进行每一个位置可能发生多次振动的连续时刻的判断，即对于每一个位置的振动数据，确定其时间序列上的连续多次异常振动的可能性，通过将连续多次异常振动可能性的最大值作为最终多次振动时刻。其中，所述振动反应管道的任意位置在任意时刻的连续多次异常振动的可能性表示为：

其中

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度，异常振动程度越大，振动反应管道中第j个位置在第i时刻存在多次异常振动的可能性越大；/>

表示振动反应管道中第j个位置，在第i时刻前后相邻的第u个时刻的振幅；/>

表示振动反应管道中第j个位置，在第i时刻前后相邻的第u+1个时刻的振幅；此时/>

反映振动反应管道中第j个位置在第i时刻前后相邻的连续时刻振幅差值的绝对值，绝对值越小，振动反应管道中第j个位置，在第i时刻前后相邻发生多次异常振动的可能性越大。

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻前后相邻/>

+1个时刻内的振幅的差异，反映多次异常振动发生的可能性；/>

表示相邻可能性，相邻可能性越大，由外部振动源引起的初始位置的相邻位置，或者相邻时间的振动可能性越大，即外部振动源引起的初始位置发生多次振动的可能性越大；/>

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振动数据连续多次异常振动的可能性，即第j个位置在第i时刻的连续异常可能性。

另外需要说明的是，第i个时刻的前后相邻时刻的获取方法为：获取第i个时刻之前的n0个时刻，获取第i个时刻之后的n0个时刻，包括第i个时刻在内的这些2n0+1个时刻记为第i个时刻的所有前后相邻位置，并且这些2n0+1个时刻依自身时刻的前后顺序进行排序；另外，当第i个时刻之前的时刻或第i个时刻之后的位置不足n0个时，那么将第i个时刻之前的时刻或第i个时刻之后的时刻全都作为第i个时刻的前后相邻时刻，直至满足2n0个时刻。

另外需要补充说明的是，本实施例中分母加一个常数0.1是为了避免分母为0的情况，本实施例不对该常数的具体取值进行限定，实施时可以将该常数设置为其他值。

至此，通过上述方法可以得到振动反应管道中所有位置在所有时刻的连续多次异常振动的可能性。

然后根据每一个位置进行时序上连续多次异常振动的可能性分析得到每一个位置最大可能发生多次异常振动的时刻，将每一个位置在时序上产生连续多次异常振动的可能性的最大值对应的时刻作为每一个位置发生多次异常振动的时刻。此时根据所获得的每一个位置发生多次异常振动的时刻，可以反映出不同位置振动的传播关系，从而确定当前位置的振动与外部振动源之间的联系，便于区分振动来源。至此，通过上述方法可以得到振动反应管道中所有位置的振动与外部振动源之间的联系。

上述分析主要针对外部振动源使振动反应管道存在多次连续异常振动的情况，此时振动反应管道中不同位置的连续多次异常振动之间的关系反映振动反应管道中不同位置的振动与外部振动源之间的关系。而振动反应管道中两相邻位置的连续多次异常振动之间的关系主要表现为连续多次异常振动之间的时间差异，发生连续多次异常振动的时间差异越小，相邻位置的连续多次振动越来源于外部振动源。

此时，根据当前位置前后两相邻位置连续多次异常振动之间的关系，确定当前位置振动来源于外部振动源的可能性为：

其中

表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的第x个位置,在第i时刻前后相邻T0范围内,最有可能发生连续多次异常振动的时刻，该时刻为/>

的最大值对应的时刻，即第一时刻，T0在本实施例取经验值10；/>

表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的第x-1个位置,在第i时刻前后相邻T0范围内,最有可能发生连续多次异常振动的时刻，即第二时刻；/>

表示对应的两个相邻位置发生连续多次异常振动的时间间隔，时间间隔越小，对应两个的相邻位置发生连续多次异常振动来源于外部振动源可能性越大；/>

表示第j个位置前后相邻的n1个位置内，连续多次异常振动的时间，反映第j个位置振动来源于外部振动源的可能性；/>

表示连续异常可能性，连续异常可能性越大，则振动反应管道中第j个位置在第i时刻，产生连续多次异常振动的可能性越大，振动反应管道中第j个位置的振动数据，受外部振动源的可能性越大；/>

表示振动反应管道中第j个位置前后两相邻位置，连续多次异常振动之间的关系，所反映的振动反应管道中第j个位置在第i个时刻的振动数据，来源于外部振动源的可能性，即第j个位置在第i个时刻的连续可能性。

更进一步需要说明的是，本实施例中分母加一个常数0.1是为了避免分母为0的情况，本实施例不对该常数的具体取值进行限定，实施时可以将该常数设置为其他值。

至此，根据上述步骤得到的振动反应管道每个位置的前后相邻位置的振动数据通过分析对应位置连续多次异常振动之间的关系，得到所有位置所有时刻的振动来源于外部振动源的可能性。

最后需要说明的是，上述步骤的主要依据为外部振动源传播到振动反应管道初始位置后，会在初始位置形成新的振动源，造成振动能量的多次连续传播，即初始位置会存在多次连续振动，连续振动时间间隔小。但是振动反应管道内部泄漏或者其他异常造成振动反应管道异常振动时，振动能量在振动反应管道内部传播，导致振动反应管道中任意两相邻位置连续振动时间间隔大，所以通过上述步骤可以有效区分不同振动源造成的管道振动。

根据上述步骤，利用振动反应管道中相邻时刻以及相邻位置的振动关系确定管道振动来源于人工挖掘、机械挖掘等外部振动源的可能性，属于外部振动源的振动是振动反应管道可允许的振动。此时所针对的最终异常振动是振动反应管道内部损坏造成的管道内部振动，此时利用上述振动分析确定振动反应管道最终异常振动的可能性为：

其中

表示第j个位置在第i时刻的相邻可能性，相邻可能性越大，振动反应管道最终异常振动的可能性越小；/>

表示第j个位置在第i时刻的连续可能性，连续可能性越大，振动反应管道最终异常振动的可能性越小。/>

表示振动反应管道中第j个位置在第i个时刻的异常振动程度，异常振动程度越大，振动反应管道最终异常振动的可能性越大。/>

即表示振动反应管道中第j个位置在第i个时刻，最终异常振动的可能性。

至此，根据异常振动位置，分析其相邻位置在相邻时刻的振动关系，判断振动来源，从而进行最终异常振动的区分，得到振动反应管道的最终异常振动的可能性。

异常振动监测模块104，用于监测油气管道的振动反应管道异常振动情况。

根据上述模块，确定振动反应管道最终异常振动的可能性，即每一个振动数据是由于振动反应管道内部损坏造成的振动的可能性，所以本实施例利用振动反应管道的最终异常振动程度对振动反应管道进行监测。具体首先对所有的最终异常振动可能性

进行归一化，直接采用最大最小值归一化法，输入所有的/>

，输出归一化结果/>

，此时设置阈值

，在/>

时即表示管道发生异常振动。

至此，在所有监测的振动数据中，获得最终异常振动数据。在实际管道检监测中，确定异常振动数据后，数据处理中心发出报告，通知工作人员及时对振动反应管道进行检修。

至此，本实施例完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种采用物联网技术的油气管道监测系统，其特征在于，该系统包括以下模块：

采集振动数据模块，用于采集油气管道的振动反应管道每个位置每个时刻的振幅；

异常振动识别模块，根据每个位置与相邻位置之间的振幅差异、每个时刻与相邻时刻之间的振幅差异以及每个位置每个时刻的振幅，得到每个位置每个时刻的异常振动程度；

异常振动区分模块，根据每个位置每个时刻的异常振动程度、每个位置的相邻位置在每个时刻的异常振动程度、每个位置的相邻位置在每个时刻的预设时间范围内的最大振幅与每个位置的相邻位置的振幅差异、以及每个时刻与最大振幅对应时刻的时间间隔，得到每个位置每个时刻的相邻可能性；根据每个位置每个时刻的异常振动程度和相邻可能性，以及每个位置每个时刻的相邻时刻与相邻后一时刻的振幅差异，得到每个位置每个时刻的连续异常可能性；

将在每个时刻的预设相邻时间范围内获取每个位置的最大连续异常可能性所对应的时刻，记为第一时刻；在每个时刻的预设相邻时间范围内获取每个位置的前一位置的最大连续异常可能性所对应的时刻，记为第二时刻；根据第一时刻与第二时刻的差异以及每个位置每个时刻的连续异常可能性，得到每个位置每个时刻的连续可能性；根据相邻可能性、异常振动程度、连续可能性得到每个位置每个时刻最终异常振动的可能性；

异常振动监测模块，用于根据每个位置每个时刻最终异常振动的可能性进行监测油气管道的振动反应管道异常振动情况。

2.根据权利要求1所述一种采用物联网技术的油气管道监测系统，其特征在于，所述每个位置每个时刻的异常振动程度，包括的具体步骤如下：

在每个位置下，获取每个时刻的振幅与其之前的每个相邻时刻的振幅的差异，记为每个相邻时刻的第一差异，获取所有相邻时刻的第一差异的均值，记为第一均值；在每个时刻下，获取每个位置的振幅与其每个相邻位置的振幅，记为每个相邻位置的第二差异，获取所有相邻位置的第二差异的均值，记为第二均值；将第一均值与第二均值求和，并与每个位置每个时刻的振幅相乘，得到每个位置每个时刻的异常振动程度。

3.根据权利要求1所述一种采用物联网技术的油气管道监测系统，其特征在于，所述每个位置每个时刻的相邻可能性，包括的具体步骤如下：

其中

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的振幅；/>

表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的第v个位置，在第i时刻之后预设时刻范围内的振幅的最大值；/>

表示/>

和/>

对应位置的时间间隔的绝对值；/>

表示/>

对应位置的异常振动程度；n1则表示振动反应管道中第j个位置前后相邻的n1个位置，n1为预设的一个位置数量；/>

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度，/>

表示第j个位置在第i时刻的相邻可能性。

4.根据权利要求1所述一种采用物联网技术的油气管道监测系统，其特征在于，所述每个位置每个时刻的连续异常可能性，包括的具体步骤如下：

其中

表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻的异常振动程度；/>

表示振动反应管道中第j个位置，在第i时刻前后相邻的第u个时刻的振幅；/>

表示振动反应管道中第j个位置，在第i时刻前后相邻的第u+1个时刻的振幅；2n0+1表示振动反应管道中第j个位置在第i时刻前后相邻2n0+1个时刻，n0为预设的一个时刻数量；/>

表示相邻可能性；/>

表示第j个位置在第i时刻的连续异常可能性。

5.根据权利要求1所述一种采用物联网技术的油气管道监测系统，其特征在于，所述每个位置每个时刻的连续可能性，包括的具体步骤如下：

其中

表示第一时刻；/>

表示第二时刻；n1表示第j个位置前后相邻的n1个位置，n1为预设的一个位置数量；/>

表示第j个位置在第i个时刻的连续异常可能性；

表示第j个位置在第i个时刻的连续可能性。

6.根据权利要求1所述一种采用物联网技术的油气管道监测系统，其特征在于，所述每个位置每个时刻最终异常振动的可能性，包括的具体步骤如下：

获取每个位置每个时刻的相邻可能性，将每个位置每个时刻的相邻可能性求倒，求倒结果记为第一倒数；获取每个位置每个时刻的连续可能性，将每个位置每个时刻的连续可能性求倒，求倒结果记为第二倒数；将第一倒数与第二倒数求和，求和结果记为第三倒数；获取每个位置每个时刻的异常振动。

Images