CN116480955A - 一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于管道监测技术领域，提供了一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，所述系统包括管外监测子系统和管内监测子系统，管外监测子系统进行管外监测的步骤为：由轨道机器人搭载激光遥感探测仪在管道周围进行巡检，通过监测甲烷气体浓度值的变化以实现燃气管道泄漏的精确定位；管内监测子系统进行管内监测的步骤为：通过对燃气管道进行监测点选取确定压力传感器、流量传感器以及温度传感器的安设位置，根据实时监测值和模拟值进行比较实现燃气管网的泄漏识别，建立泄漏点定位模型判断出燃气泄漏的具体位置。通过管内外双定位和软硬件相结合的方式实现地下管廊燃气管道漏点的精确定位，降低误报率，灵敏度高。

Description

一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统

技术领域

本发明涉及管道监测技术领域，具体是涉及一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统。

背景技术

地下综合管廊中，燃气管道与其他管道并存，所以针对燃气管道的监控尤为重要，燃气管道泄漏的监测更是其中最关键的一个方面，做好燃气管道泄漏的监测对保障居民正常生活以及城市稳定发展极其重要。

目前可知的，大多数燃气管道泄漏监测方式各有利弊且技术发展相对比较成熟，不同方法所适合的监测环境(管道材质、管道长度、途径区域等)已经基本确定，每种监测方法也形成各自的检测原理和方法系统，区别上只是建设成本和精度要求上的差距。随着激光吸收光谱技术的发展，这种技术已经被用于监测燃气管道泄漏，能够精确感知到管道微小的泄漏，然而，当燃气泄漏比较严重时，这种方法无法实现泄漏位置的精确定位，精度不高。并且有些监测技术运用到地下管廊燃气管道时受环境、管道运行工况等各种因素影响，导致误报率高，无法实现泄漏位置的精准定位。因此，需要提供一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，旨在解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明是这样实现的，一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，所述系统包括管外监测子系统和管内监测子系统，管外监测子系统进行管外监测的步骤为：由轨道机器人搭载激光遥感探测仪在管道周围进行巡检，通过监测甲烷气体浓度值的变化以实现燃气管道泄漏的精确定位；管内监测子系统进行管内监测的步骤为：通过对燃气管道进行监测点选取确定压力传感器、流量传感器以及温度传感器的安设位置，根据实时监测值和模拟值进行比较实现燃气管网的泄漏识别，建立泄漏点定位模型判断出燃气泄漏的具体位置。

作为本发明进一步的方案：所述管外监测子系统包括轨道机器人、激光遥感探测仪、数据处理模块以及无线充电电源；所述轨道机器人放置在燃气管道地面铺设的轨道上，激光遥感探测仪用以实现甲烷浓度的监测，数据处理模块用于处理甲烷浓度数据得到甲烷浓度变化情况，无线充电电源用于为轨道机器人提供动力支持，轨道机器人搭载激光遥感探测仪、数据处理模块和无线充电电源，激光遥感探测仪和数据处理模块相连。

作为本发明进一步的方案：所述管内监测子系统包括压力传感器、流量传感器、温度传感器、监控分站主机、光纤、上位机以及计算机处理中心；所述压力传感器、流量传感器和温度传感器根据确定的监测点顺序布置在管道上，监控分站主机用于实现压力传感器、流量传感器以及温度传感器的通信和组网功能，并且控制传感器对管道进行实时监测，光纤用于连接监控分站和监控中心，监控分站包括监控分站主机，监控中心包括上位机和计算机处理中心，上位机发出指令将监测数据传输到计算机处理中心，计算机处理中心根据实时监测值和模拟值进行比较，实现燃气管网的泄漏识别，并建立燃气管道漏点定位模型进行精确定位。

作为本发明进一步的方案：所述激光遥感探测仪包括激光器模块、激光探测器、锁相放大器以及A/D转换器；所述激光器模块用于发射激光，发射的激光能够使得中心波长稳定在甲烷气体吸收线中心附近；激光探测器用于接收燃气泄漏时激光器模块反射回来的光信号；锁相放大器用于对电信号进行滤波放大，得到一次谐波和二次谐波信号；A/D转换器用于实现模拟量信号和数字信号的转换；数据处理模块用于获得瓦斯浓度变化的情况，确定燃气泄漏位置的精确定位。

作为本发明进一步的方案：管外监测子系统实现燃气管道泄漏的精确定位的步骤，具体包括：

将两台轨道机器人分别放置在燃气管道地面两侧铺设的轨道上；

使得两台轨道机器人采用一走一停的交替巡检方式，并在巡检的起点和终点设置无线充电桩，保证在轨道机器人到达终点时能够进行充电；

轨道机器人上的激光遥感探测仪扫过泄漏点周围形成的CH₄气体云团会吸收掉部分激光能量，根据激光的初始功率和回波功率反演出CH₄的浓度；

通过数据处理模块处理得到甲烷浓度变化图，甲烷浓度的最高点为燃气管道泄漏的位置，结合轨道机器人自身位置信息实现燃气漏点精确定位。

作为本发明进一步的方案：反演出CH₄的浓度的步骤，具体包括：

用洛仑兹函数描述气体的吸收谱线，并且半导体激光器输出光的中心频率与气体的光谱吸收峰对准时，有：

其中，α_v为频率v处气体对光的吸收系数，α₀为气体吸收光谱的峰值吸收系数，δ_v为频率调制幅度，γ为吸收线的半宽，ω为余弦信号的频率；

计算一次谐波I_f和二次谐波I_2f，一次谐波和二次谐波分别为：

I_2f＝sI₀(v)α₀A₂CL

其中，C为被测气体的体积浓度，L为气体吸收光路的长度，s为光收集效率，δ_I为频率调制幅度，I₀(v)为激光器模块输出的光功率，I(v)为激光探测器接收的光功率，A₀和A₂是关于δ_v和γ的函数，且A₀，A₂<1；

通过公式：得到CH₄的浓度C。

作为本发明进一步的方案：管内监测子系统判断出燃气泄漏的具体位置的步骤，具体包括：

根据地下管廊燃气管道结构分析，在密封圈处、焊缝、节点以及法兰连接处布置压力传感器、流量传感器和温度传感器，并根据管段数量在管道中选取压力、流量和温度监测点集合；

根据安装在管段两侧的压力传感器和流量传感器，能够实时检测到管道两端的压力值和流量值，根据起点监测到的压力P₀，建立数学模型模拟得到各个管段的压力值P_n’，并将监测值与模拟值比较，并将相邻两监测点流量进行比较，设置阈值，判断管段是否发生泄漏，并判断出泄漏点所在管段位置；

得到燃气泄漏的管段，管段起点压力设为P_l，流量为Q_l，管段终点压力设为P_i、流量为Q_i，设燃气泄漏点的位置为r，在计算机处理中心通过起点的压力和流量模拟出漏点位置r的压力P_r’和流量Q_r，再以P_r’和Q_r模拟出管段终点压力P_i’，通过比较P_i和P_i’，判断出发生燃气泄漏的具体位置。

作为本发明进一步的方案：所述判断管段是否发生泄漏的步骤，具体包括：

根据各个管段实时检测到的压力值信号{P₀、P₁、…P_n}和流量值信号{Q₀、Q₁、…Q_n}进行泄漏监测；

利用起点的压力传感器和流量传感器得到管道起点压力P₀和流量初始值Q₀，根据公式：

P_n＝P_n-1-ρ_g(Z_n-1-Z_n)-ρgh_w

式中：P_n为监测点处压力，单位Pa；Z_n为监测点相对于基准面的高度，单位m；ρ为管内流体的平均密度，单位kg/m³；g为重力加速度，g＝9.8m/s²；h_w为单位重力流体由某一管段起点到终点的能量损失，单位m；γ为管内气体的重度，γ＝ρg；v₁和v₂为管段两端的平均流速，单位m/s；

根据起点监测到的压力P₀，根据公式模拟出各个管段的压力值信号{P₁’、P₂’、…P_n’}；

将实时检测到的各个管段的压力与压力模拟值进行比较，相近两监测点的流量监测值进行比较，若|P_i-P′_i|_max<ε，且|Q_i-Q_i-1|_max<δ，i＝1，2，3…n，ε和δ为阈值，则各个管段没有发生泄漏，反之管路发生泄漏，确定发生燃气泄漏的管段。

作为本发明进一步的方案：所述判断出发生燃气泄漏的具体位置的步骤，具体包括：

将确定泄漏的管段入口为起点，出口为终点，实时监测确定起点压力P_l、流量Q_l和温度T_l，终点压力P_i、流量Q_i和温度T_i；

确定泄漏位置r的压力模拟值：其中，/>为平均摩阻系数，D为管径，ρ为气体密度，P₀为标准状态下流体压力，T₀为标准状态下的管段温度，/>为平均压缩系数，Z₀为标准状态下的压缩系数，l_r为r处到管段起点的长度；

通过r处的模拟到的压力值P_r’，r处的流量Q_r＝Q_l-Q_i，得到管段终点的压力模拟值P_i’；

建立漏点定位模型，令l_r＝0，将模拟出的终点压力P_i’和实时监测到的压力P_i进行比较，若|P’_i-P_i|<μ，μ为设置的阈值，则输出r的位置，此时发生泄漏的位置即为起点，否则令l_r＝l_r+Δr，Δr为极小值，经过数次迭代当|P’_i-P_i|<μ，输出l_r，即可得到泄漏点r的位置，为燃气管道漏点的具体位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过管内外双定位和软硬件相结合的方式实现地下管廊燃气管道漏点的精确定位，降低误报率，灵敏度高。

具体的，采用轨道机器人搭载激光模块，利用近红外半导体激光吸收光谱和谐波探测技术，通过测量甲烷分子的光谱实时计算泄漏位置的CH₄浓度，经过数据处理获得CH₄气体浓度的变化，CH₄浓度变化的极大值就是燃气管道发生泄漏的位置，同时具有记录泄漏甲烷气体浓度，该方式建立在α(v)CL＜＜1，即当管道破损比较严重，泄漏浓度比较高时这种方式就会出现比较大的误差，所以管外监测建立在管道穿孔等发生泄漏比较小的情况。

管内监测燃气管道压力和流量信号，根据实时监测值和模拟值进行比较实现燃气管网的泄漏识别，并建立泄漏定位模型对泄漏位置进行求解，准确判断出泄漏发生的位置，这种方法适用于发生燃气泄漏比较严重的情况。

本发明融合了管外监测和管内监测，让它们共同作用，针对不同情况的燃气管道泄漏都能实现漏点的精准定位。

附图说明

图1为一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统的整体流程图。

图2为一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统中管外监测子系统的结构示意图。

图3为一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统中管内监测子系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供了一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，所述系统包括管外监测子系统和管内监测子系统，管外监测子系统进行管外监测的步骤为：由轨道机器人搭载激光遥感探测仪在管道周围进行巡检，通过监测甲烷气体浓度值的变化以实现燃气管道泄漏的精确定位；管内监测子系统进行管内监测的步骤为：通过对燃气管道进行监测点选取确定压力传感器1、流量传感器2以及温度传感器3的安设位置，根据实时监测值和模拟值进行比较实现燃气管网的泄漏识别，建立泄漏点定位模型判断出燃气泄漏的具体位置。

本发明实施例中，所述管外监测子系统包括轨道机器人、激光遥感探测仪、数据处理模块以及无线充电电源；所述轨道机器人放置在燃气管道地面铺设的轨道上，激光遥感探测仪用以实现甲烷浓度的监测，数据处理模块用于处理甲烷浓度数据得到甲烷浓度变化情况，无线充电电源用于为轨道机器人提供动力支持，轨道机器人搭载激光遥感探测仪、数据处理模块和无线充电电源，激光遥感探测仪和数据处理模块相连。

本发明实施例中，所述管内监测子系统包括压力传感器1、流量传感器2、温度传感器3、监控分站主机、光纤、上位机以及计算机处理中心；所述压力传感器1、流量传感器2和温度传感器3根据确定的监测点顺序布置在管道上，监控分站主机用于实现压力传感器1、流量传感器2以及温度传感器3的通信和组网功能，并且控制传感器对管道进行实时监测，光纤用于连接监控分站和监控中心，监控分站包括监控分站主机，监控中心包括上位机和计算机处理中心，上位机发出指令将监测数据传输到计算机处理中心，计算机处理中心根据实时监测值和模拟值进行比较，实现燃气管网的泄漏识别，并建立燃气管道漏点定位模型进行精确定位。优选的，压力传感器1选用MC20A型压力传感器，流量传感器2选用气体涡轮流量计，温度传感器3采用MCT80S温度传感器。

作为本发明一个优选的实施例，所述激光遥感探测仪包括激光器模块、激光探测器、锁相放大器以及A/D转换器；所述激光器模块用于发射激光，发射的激光能够使得中心波长稳定在甲烷气体吸收线中心附近；激光探测器用于接收燃气泄漏时激光器模块反射回来的光信号；锁相放大器用于对电信号进行滤波放大，得到一次谐波和二次谐波信号；A/D转换器用于实现模拟量信号和数字信号的转换；数据处理模块用于获得瓦斯浓度变化的情况，确定燃气泄漏位置的精确定位。优选的，激光器模块选用DFB激光器，DFB激光器发射的激光能够使得中心波长稳定在甲烷气体吸收线中心附近；激光探测器选用PIN光电探测器，能够将反射回来的光信号转换为电信号；锁相放大器选用LIA-MV-150锁相放大器，可以由开关控制参数，并防电磁干扰；数据处理模块采用S3C2440ARM微处理器。

作为本发明一个优选的实施例，管外监测子系统实现燃气管道泄漏的精确定位的步骤，具体包括：

S110，将两台轨道机器人分别放置在燃气管道地面两侧铺设的轨道上；

S120，使得两台轨道机器人采用一走一停的交替巡检方式，并在巡检的起点和终点设置无线充电桩，保证在轨道机器人到达终点时能够进行充电；

S130，轨道机器人上的激光遥感探测仪扫过泄漏点周围形成的CH₄气体云团会吸收掉部分激光能量，根据激光的初始功率和回波功率反演出CH₄的浓度；

S140，通过数据处理模块处理得到甲烷浓度变化图，甲烷浓度的最高点为燃气管道泄漏的位置，结合轨道机器人自身位置信息实现燃气漏点精确定位。

所述无线充电桩设置在起终点位置，并在轨道机器人到达时恰好贴合在机器人的底部电源上进行无线充电，为满足交替巡检，两台轨道机器人的巡检时间和充电时间都为t，t＝l/v，l为巡检长度，v为机器人的巡检速度，在一台机器人充电的同时另一台进行巡检，能够保证全天24小时不间断巡检。

作为本发明一个优选的实施例，反演出CH₄的浓度的步骤，具体包括：

S131，用洛仑兹函数描述气体的吸收谱线，并且半导体激光器输出光的中心频率与气体的光谱吸收峰对准时，有：

其中，α_v为频率v处气体对光的吸收系数，α₀为气体吸收光谱的峰值吸收系数，δ_v为频率调制幅度，γ为吸收线的半宽，ω为余弦信号的频率；

S132，由于近红外波段气体对光的吸收系数很小，在气体吸收光路较短或气体浓度较低时，一般满足α_vCL＜＜1，计算一次谐波I_f和二次谐波I_2f，一次谐波和二次谐波分别为：

I_2f＝sI₀(v)α₀A₂CL

其中，C为被测气体的体积浓度，L为气体吸收光路的长度，s为光收集效率，δ_I为频率调制幅度，I₀(v)为激光器模块输出的光功率，I(v)为激光探测器接收的光功率，A₀和A₂是关于δ_v和γ的函数，且A₀，A₂<1；

S133，由于α_vCL<<1，结合上述公式可得只要测得二次谐波和一次谐波的值，即可得到甲烷的浓度C，并且可以消除光接收效率和光功率波动等因素的影响。

作为本发明一个优选的实施例，管内监测子系统判断出燃气泄漏的具体位置的步骤，具体包括：

S210，根据地下管廊燃气管道结构分析，在密封圈处、焊缝、节点以及法兰连接处布置压力传感器1、流量传感器2和温度传感器3，并根据管段数量在管道中选取压力、流量和温度监测点集合；

S220，根据安装在管段两侧的压力传感器1和流量传感器2，能够实时检测到管道两端的压力值和流量值，根据起点监测到的压力P₀，建立数学模型模拟得到各个管段的压力值P_n’，并将监测值与模拟值比较，并将相邻两监测点流量进行比较，设置阈值，判断管段是否发生泄漏，并判断出泄漏点所在管段位置；

S230，得到燃气泄漏的管段，管段起点压力设为P_l，流量为Q_l，管段终点压力设为P_i、流量为Q_i，设燃气泄漏点的位置为r，在计算机处理中心通过起点的压力和流量模拟出漏点位置r的压力P_r’和流量Q_r，再以P_r’和Q_r模拟出管段终点压力P_i’，通过比较P_i和P_i’，判断出发生燃气泄漏的具体位置。

作为本发明一个优选的实施例，所述判断管段是否发生泄漏的步骤，具体包括：

S221，根据各个管段实时检测到的压力值信号{P₀、P₁、…P_n}和流量值信号{Q₀、Q₁、…Q_n}进行泄漏监测；

S222，利用起点的压力传感器1和流量传感器2得到管道起点压力P₀和流量初始值Q₀，根据公式：

P_n＝P_n-1-ρ_g(Z_n-1-Z_n)-ρgh_w

式中：P_n为监测点处压力，单位Pa；Z_n为监测点相对于基准面的高度，单位m；ρ为管内流体的平均密度，单位kg/m³；g为重力加速度，g＝9.8m/s²；h_w为单位重力流体由某一管段起点到终点的能量损失，单位m；γ为管内气体的重度，γ＝ρg；v₁和v₂为管段两端的平均流速，单位m/s；根据起点监测到的压力P₀，根据上述公式即可模拟出各个管段的压力值信号{P₁’、P₂’、…P_n’}；

S223，将实时检测到的各个管段的压力与压力模拟值进行比较，相近两监测点的流量监测值进行比较，若|P_i-P′_i|_max<ε，且|Q_i-|Q_i-1|_max<δ，i＝1，2，3…n，ε和δ为阈值，则各个管段没有发生泄漏，反之管路发生泄漏，确定发生燃气泄漏的管段。

作为本发明一个优选的实施例，所述判断出发生燃气泄漏的具体位置的步骤，具体包括：

S231，将确定泄漏的管段入口为起点，出口为终点，实时监测确定起点压力P_l、流量Q_l和温度T_l，终点压力P_i、流量Q_i和温度T_i；

S232，确定泄漏位置r的压力模拟值：其中，/>为平均摩阻系数，D为管径，ρ为气体密度，P₀为标准状态下流体压力，T₀为标准状态下的管段温度，/>为平均压缩系数，Z₀为标准状态下的压缩系数，l_r为r处到管段起点的长度；

S233，通过r处的模拟到的压力值P_r’，r处的流量Q_r＝Q_l-Q_i，得到管段终点的压力模拟值P_i’；

S234，建立漏点定位模型，令l_r＝0，将模拟出的终点压力P_i’和实时监测到的压力P_i进行比较，若|P’_i-P_i|<μ，μ为设置的阈值，则输出r的位置，此时发生泄漏的位置即为起点，否则令l_r＝l_r+Δr，Δr为极小值，重复步骤S232和S233，经过数次迭代当|P’_i-P_i|<μ，输出l_r，即可得到泄漏点r的位置，为燃气管道漏点的具体位置。

另外，管内监测和管外监测共同作用，当两者都监测到燃气管道发生泄漏，且两种手段输出的漏点位置相近，漏点位置之间距离小于或者等于设定值，由于管内监测定位是以Δr的距离逼近泄漏点的，而管外监测定位的精度更高，则以管外监测输出的位置为准；当两者都监测到燃气管道发生泄漏，但两种手段输出的漏点位置偏差较大，漏点位置之间距离大于设定值，说明此时管道发生较大规模的泄漏，管外监测定位的精度变低，则以管内监测输出的位置为准；当管内监测没有检测出燃气泄漏，而管外监测输出燃气泄漏发生的位置，此时管道发生较小规模的泄漏。

以上仅对本发明的较佳实施例进行了详细叙述，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

应该理解的是，虽然本发明各实施例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，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子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，这些子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的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (9)

1.一种地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，所述系统包括管外监测子系统和管内监测子系统，管外监测子系统进行管外监测的步骤为：由轨道机器人搭载激光遥感探测仪在管道周围进行巡检，通过监测甲烷气体浓度值的变化以实现燃气管道泄漏的精确定位；管内监测子系统进行管内监测的步骤为：通过对燃气管道进行监测点选取确定压力传感器、流量传感器以及温度传感器的安设位置，根据实时监测值和模拟值进行比较实现燃气管网的泄漏识别，建立泄漏点定位模型判断出燃气泄漏的具体位置。

2.根据权利要求1所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，所述管外监测子系统包括轨道机器人、激光遥感探测仪、数据处理模块以及无线充电电源；所述轨道机器人放置在燃气管道地面铺设的轨道上，激光遥感探测仪用以实现甲烷浓度的监测，数据处理模块用于处理甲烷浓度数据得到甲烷浓度变化情况，无线充电电源用于为轨道机器人提供动力支持，轨道机器人搭载激光遥感探测仪、数据处理模块和无线充电电源，激光遥感探测仪和数据处理模块相连。

3.根据权利要求1所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，所述管内监测子系统包括压力传感器、流量传感器、温度传感器、监控分站主机、光纤、上位机以及计算机处理中心；所述压力传感器、流量传感器和温度传感器根据确定的监测点顺序布置在管道上，监控分站主机用于实现压力传感器、流量传感器以及温度传感器的通信和组网功能，并且控制传感器对管道进行实时监测，光纤用于连接监控分站和监控中心，监控分站包括监控分站主机，监控中心包括上位机和计算机处理中心，上位机发出指令将监测数据传输到计算机处理中心，计算机处理中心根据实时监测值和模拟值进行比较，实现燃气管网的泄漏识别，并建立燃气管道漏点定位模型进行精确定位。

4.根据权利要求1所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，所述激光遥感探测仪包括激光器模块、激光探测器、锁相放大器以及A/D转换器；所述激光器模块用于发射激光，发射的激光能够使得中心波长稳定在甲烷气体吸收线中心附近；激光探测器用于接收燃气泄漏时激光器模块反射回来的光信号；锁相放大器用于对电信号进行滤波放大，得到一次谐波和二次谐波信号；A/D转换器用于实现模拟量信号和数字信号的转换；数据处理模块用于获得瓦斯浓度变化的情况，确定燃气泄漏位置的精确定位。

5.根据权利要求1所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，管外监测子系统实现燃气管道泄漏的精确定位的步骤，具体包括：

将两台轨道机器人分别放置在燃气管道地面两侧铺设的轨道上；

使得两台轨道机器人采用一走一停的交替巡检方式，并在巡检的起点和终点设置无线充电桩，保证在轨道机器人到达终点时能够进行充电；

轨道机器人上的激光遥感探测仪扫过泄漏点周围形成的CH₄气体云团会吸收掉部分激光能量，根据激光的初始功率和回波功率反演出CH₄的浓度；

通过数据处理模块处理得到甲烷浓度变化图，甲烷浓度的最高点为燃气管道泄漏的位置，结合轨道机器人自身位置信息实现燃气漏点精确定位。

6.根据权利要求5所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，反演出CH₄的浓度的步骤，具体包括：

用洛仑兹函数描述气体的吸收谱线，并且半导体激光器输出光的中心频率与气体的光谱吸收峰对准时，有：

其中，α_v为频率v处气体对光的吸收系数，α₀为气体吸收光谱的峰值吸收系数，δ_v为频率调制幅度，γ为吸收线的半宽，ω为余弦信号的频率；

计算一次谐波I_f和二次谐波I_2f，一次谐波和二次谐波分别为：

其中，C为被测气体的体积浓度，L为气体吸收光路的长度，s为光收集效率，δ_I为频率调制幅度，I₀(v)为激光器模块输出的光功率，I(v)为激光探测器接收的光功率，A₀和A₂是关于δ_v和γ的函数，且A₀，A₂<1；

通过公式：得到CH₄的浓度C。

7.根据权利要求1所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，管内监测子系统判断出燃气泄漏的具体位置的步骤，具体包括：

根据地下管廊燃气管道结构分析，在密封圈处、焊缝、节点以及法兰连接处布置压力传感器、流量传感器和温度传感器，并根据管段数量在管道中选取压力、流量和温度监测点集合；

根据安装在管段两侧的压力传感器和流量传感器，能够实时检测到管道两端的压力值和流量值，根据起点监测到的压力P₀，建立数学模型模拟得到各个管段的压力值P_n’，并将监测值与模拟值比较，并将相邻两监测点流量进行比较，设置阈值，判断管段是否发生泄漏，并判断出泄漏点所在管段位置；

得到燃气泄漏的管段，管段起点压力设为P_l，流量为Q_l，管段终点压力设为P_i、流量为Q_i，设燃气泄漏点的位置为r，在计算机处理中心通过起点的压力和流量模拟出漏点位置r的压力P_r’和流量Q_r，再以P_r’和Q_r模拟出管段终点压力P_i’，通过比较P_i和P_i’，判断出发生燃气泄漏的具体位置。

8.根据权利要求7所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，所述判断管段是否发生泄漏的步骤，具体包括：

根据各个管段实时检测到的压力值信号{P₀、P₁、…P_n}和流量值信号{Q₀、Q₁、…Q_n}进行泄漏监测；

利用起点的压力传感器和流量传感器得到管道起点压力P₀和流量初始值Q₀，根据公式：

P_n＝P_n-1-ρg(Z_n-1-Z_n)-ρgh_w

式中：P_n为监测点处压力，单位Pa；Z_n为监测点相对于基准面的高度，单位m；ρ为管内流体的平均密度，单位kg/m³；g为重力加速度，g＝9.8m/s²；h_w为单位重力流体由某一管段起点到终点的能量损失，单位m；γ为管内气体的重度，γ＝ρg；v₁和v₂为管段两端的平均流速，单位m/s；

根据起点监测到的压力P₀，根据公式模拟出各个管段的压力值信号{P₁’、P₂’、…P_n’}；

将实时检测到的各个管段的压力与压力模拟值进行比较，相近两监测点的流量监测值进行比较，若|P_i-P′_i|_max<ε，且|Q_i-Q_i-1|_max<δ，i＝1，2，3…n，ε和δ为阈值，则各个管段没有发生泄漏，反之管路发生泄漏，确定发生燃气泄漏的管段。

9.根据权利要求7所述的地下管廊燃气管道泄漏监测及漏点精确定位系统，其特征在于，所述判断出发生燃气泄漏的具体位置的步骤，具体包括：

将确定泄漏的管段入口为起点，出口为终点，实时监测确定起点压力P_l、流量Q_l和温度T_l，终点压力P_i、流量Q_i和温度T_i；

确定泄漏位置r的压力模拟值：其中，/>为平均摩阻系数，D为管径，ρ为气体密度，P₀为标准状态下流体压力，T₀为标准状态下的管段温度，/>为平均压缩系数，Z₀为标准状态下的压缩系数，l_r为r处到管段起点的长度；

通过r处的模拟到的压力值P_r’，r处的流量Q_r＝Q_l-Q_i，得到管段终点的压力模拟值P_i’；

建立漏点定位模型，令l_r＝0，将模拟出的终点压力P_i’和实时监测到的压力P_i进行比较，若|P’_i-P_i|<μ，μ为设置的阈值，则输出r的位置，此时发生泄漏的位置即为起点，否则令l_r＝l_r+Δr，Δr为极小值，经过数次迭代当|P’_i-P_i|<μ，输出l_r，即可得到泄漏点r的位置，为燃气管道漏点的具体位置。