CN116558459A - 一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法及系统 - Google Patents

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CN116558459A CN202310326406.8A CN202310326406A CN116558459A CN 116558459 A CN116558459 A CN 116558459A CN 202310326406 A CN202310326406 A CN 202310326406A CN 116558459 A CN116558459 A CN 116558459A
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vibration
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马云宾
刘建平
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蔡永军
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赵岩
胡森
张丽稳
曹京刚
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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明涉及一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法及系统，包括以下步骤：获取定位坐标；确定基准基站和目标基站；获取各个目标基站通过麦克风接收的复合双曲调频信号；根据各个复合双曲调频信号，获取信号飞行时间；获取各个目标基站接收的地震波信号；根据地震波信号，获取地震波飞行时间；根据各个定位坐标、各个地震波飞行时间和各个信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置；根据当前时刻和当前时刻的前一时刻的震动收发装置位置，确定管道位移量；根据管道位移量，对管道位移进行监测。解决了人工巡检管道的位移耗时费力，无法对危险点做出事前预测，仅能够进行事后排查，实时性较差的问题。

Description

一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法及系统
技术领域
本发明涉及长输油气管道状态监测技术领域，尤其涉及一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法及系统。
背景技术
长输油气管道是石油、天然气的主要运输渠道，输油气管道的安全保障对于我国经济建设安全和能源供应安全均具有非常重要的意义。如果一些关键的输油管道发生损坏或断裂，不仅会造成严重的环境灾难，也将会严重威胁到我国的能源安全。
我国地形复杂，容易使输油气管道发生变形、移位、破坏、甚至断裂。为满足长输管道建设、运营期的业务需求与安全保障，对输油气管道进行监测是必要的，当输油管道过大变形和损坏发生时，及时发现破损的地点并进行修复，可以减少由油气运输中断带来的损失。而过大变形往往伴随着管道的较大位移，因此，需要针对输油气管道的位移建立完善的监测系统。
输油气管道的位移的监测方法主要通过人工巡检，人工巡检直接准确，但耗时费力，无法对危险点做出事前预测，仅能够进行事后排查，实时性较差。
发明内容
为了克服人工巡检管道的位移耗时费力，无法对危险点做出事前预测，仅能够进行事后排查，实时性较差的问题，本发明提供了一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法及系统。
第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法，包括以下步骤：
S1，获取每个位移监测基站的定位坐标，定位坐标为位移监测基站在北斗定位系统上的坐标；
S2，将任意一个位移监测基站作为基准基站时，各个位移监测基站中除基准基站之外的其余每个位移监测基站作为目标基站，执行S3-S6，直到每个位移监测基站都作为基准基站，并执行S7至S9；
S3，当基准基站发射复合双曲调频信号时，获取各个目标基站通过麦克风接收的复合双曲调频信号；
S4，根据各个复合双曲调频信号，获取基准基站与每个目标基站之间的信号飞行时间，信号飞行时间为一个复合双曲调频信号从基准基站到目标基站的时间；
S5，当基准基站发射地震波信号时，获取各个目标基站接收的地震波信号；
S6，根据地震波信号，获取基准基站与每个目标基站之间的地震波飞行时间，地震波飞行时间为地震波信号从基准基站到目标基站的时间；
S7，根据各个定位坐标、各个地震波飞行时间和各个信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置；
S8，根据当前时刻的震动收发装置位置和当前时刻的前一时刻的震动收发装置位置，确定管道位移量；
S9，根据管道位移量，对管道位移进行监测。
本发明提供的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的有益效果是：通过北斗定位系统获取每个位移监测基站的定位坐标，再通过复合双曲调频信号得到基准基站和目标基站之间的信号飞行时间，通过地震波信号得到基准基站和目标基站之间的地震波飞行时间，最后，结合北斗定位系统的定位坐标、各个地震波飞行时间和各个信号飞行时间，得到震动收发装置位置，并通过当前时刻的震动收发装置位置和当前时刻的前一时刻的震动收发装置位置，确定管道位移量，即可对管道的位移进行监测，本申请无需排人工现场监测，仅需在现场设置位移监测基站和震动收发装置即可，解决了人工巡检管道的位移耗时费力，无法对危险点做出事前预测，仅能够进行事后排查，实时性较差的问题。
在上述技术方案的基础上，本发明的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法还可以做如下改进。
进一步，上述根据各个定位坐标、各个地震波飞行时间和各个信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置，包括：
根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，确定每个位移监测基站的绝对坐标，绝对坐标为位移监测基站的定位坐标映射进预设坐标系中得到的坐标；
根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，确定地震波速度估计值，地震波速度估计值为地震波信号在土壤中的传播速度；
根据各个绝对坐标和地震波速度估计值，确定当前时刻的震动收发装置位置。
采用上述进一步方案的有益效果是：在采用位移监测基站对震动收发装置进行定位得到震动收发装置位置时，将各个位移监测基站的定位坐标映射到预设坐标系的绝对坐标中，提高了定位的精度。
进一步，上述根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，确定每个位移监测基站的绝对坐标，包括：
根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，通过第一公式，确定每个位移监测基站的绝对坐标，其中，第一公式为：
其中，分别表示每个位移监测基站的绝对坐标，Pi、Pj分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的定位坐标，/>表示k个位移监测基站对应的定位坐标，k表示位移监测基站的总数，cs表示声速，/>表示第i个位移监测基站与第j个位移监测基站之间的信号飞行时间，/>表示估算得到的声音在土壤中传播的速度。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一公式，将位移监测基站的定位坐标映射至预设坐标系的绝对坐标，提高了定位的精度。
进一步，上述根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，确定地震波速度估计值，包括：
根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，通过第二公式，确定地震波速度估计值，其中，第二公式为：
其中，表示地震波速度估计值，/>表示分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示地震波飞行时间，c表示地震波在土壤中传播的速度。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过第二公式，得到地震波速度估计值，便于后续通过地震波速度估计值和绝对坐标，定位震动收发装置位置。
进一步，该方法还包括：
获取震动收发装置的初始位置、声音从震动收发装置到位移监测基站的声信号延差、地震波信号从震动收发装置到位移监测基站的地震波延差、地震波信号到达目标基站时的到达角度以及位移监测基站上的陀螺仪姿态；
根据各个绝对坐标和地震波速度估计值，确定当前时刻的震动收发装置位置，包括：
根据初始位置、各个绝对坐标、地震波速度估计值、声信号延差、地震波延差、到达角度和陀螺仪姿态，通过第三公式，确定当前时刻的震动收发装置位置，其中，第三公式为：
其中，表示当前时刻的震动收发装置位置，cs表示声速，/>表示地震波速度估计值，/>表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示第j个位移监测基站对应的陀螺仪姿态，d表示位移监测基站上振动传感器距离北斗定位系统的距离向量且h＝[0,0,1]，/>表示地震波延差，/>表示声信号延差，/>表示到达角度，λ表示位移监测基站上麦克风阵列的埋地姿态误差所引入的预设修正系数，pk表示初始位置。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过第三公式，能够得到当前时刻的震动收发装置位置，震动收发装置设置在管道上，即可得到管道在当前时刻的位置。
进一步，上述根据管道位移量，对管道位移进行监测，包括：
若管道位移量超过预设阈值，则判断为管道位移处于危险状态。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过管道位移量与预设阈值比较，能够得到管道位移量是否达到危险程度，从而对管道的位移进行监测。
第二方面，本发明提供了一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测系统，包括：
定位坐标模块，用于获取每个位移监测基站的定位坐标，定位坐标为位移监测基站在北斗定位系统上的坐标；
循环模块，用于将任意一个位移监测基站作为基准基站时，各个位移监测基站中除基准基站之外的其余每个位移监测基站作为目标基站，执行复合双曲调频信号模块、信号飞行时间模块和地震波信号模块对应的功能，直到每个位移监测基站都作为基准基站，并执行震动收发装置位置模块、管道位移量模块和监测模块对应的功能；
复合双曲调频信号模块，用于当基准基站发射复合双曲调频信号时，获取各个目标基站通过麦克风接收的复合双曲调频信号；
信号飞行时间模块，用于根据各个复合双曲调频信号，获取基准基站与每个目标基站之间的信号飞行时间，信号飞行时间为一个复合双曲调频信号从基准基站到目标基站的时间；
地震波信号模块，用于当基准基站发射地震波信号时，获取各个目标基站接收的地震波信号；
地震波飞行模块，用于根据地震波信号，获取基准基站与每个目标基站之间的地震波飞行时间，地震波飞行时间为地震波信号从基准基站到目标基站的时间；
震动收发装置位置模块，用于根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置；
管道位移量模块，用于根据当前时刻的震动收发装置位置和当前时刻的前一时刻的震动收发装置位置，确定管道位移量；
监测模块，用于根据管道位移量，对管道位移进行监测。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上述的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在终端设备上运行时，使得终端设备执行一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的步骤。
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，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为位移监测基站、震动收发装置、远端服务器和上位机的连接示意图；
图2为位移监测基站和震动收发装置的布设图；
图3为本发明实施例的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
以下结合附图描述本发明实施例的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法及系统。
本发明实施例的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法，该方法应用于远端服务器，本申请方案中以远端服务器为执行主体，对本申请方案进行说明，远端服务器用于执行一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的步骤。
另外，如图1所示，包括位移监测基站101、震动收发装置102、远端服务器和上位机103，其中，远端服务器分别与位移监测基站101和震动收发装置102通过信号塔连接，如图2所示，震动收发装置102通过底座卡箍与管道104连接，位移监测基站101由主控板、电源模块、北斗卫星导航定位芯片组、扬声器、麦克风、陀螺仪、震动传感器、声阵列传感器和激振器构成，其主要功能在于接收和产生低频的震动信号(地震波信号)，以及接收低频的声信号(复合双曲调频信号)，以及对震动信号的时延(地震波飞行时间)和声音信号的时延(信号飞行时间)进行估计，以及对声音信号的到达角度进行估计，震动收发装置102由主控板、震动传感器、激振器和电源模块构成，用于接收和产生特定的低频的震动信号(地震波信号)。
如图3所示，本发明提供的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法，包括如下步骤：
S1，获取每个位移监测基站的定位坐标，定位坐标为位移监测基站在北斗定位系统上的坐标；
S2，将任意一个位移监测基站作为基准基站时，各个位移监测基站中除基准基站之外的其余每个位移监测基站作为目标基站，执行S3-S6，直到每个位移监测基站都作为基准基站，并执行S7至S9；
S3，当基准基站发射复合双曲调频信号时，获取各个目标基站通过麦克风接收的复合双曲调频信号；
S4，根据各个复合双曲调频信号，获取基准基站与每个目标基站之间的信号飞行时间，信号飞行时间为一个复合双曲调频信号从基准基站到目标基站的时间；
S5，当基准基站发射地震波信号时，获取各个目标基站接收的地震波信号；
S6，根据地震波信号，获取基准基站与每个目标基站之间的地震波飞行时间，地震波飞行时间为地震波信号从基准基站到目标基站的时间；
S7，根据各个定位坐标、各个地震波飞行时间和各个信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置；
S8，根据当前时刻的震动收发装置位置和当前时刻的前一时刻的震动收发装置位置，确定管道位移量；
S9，根据管道位移量，对管道位移进行监测。
可选的，如图2所示，本实施例可共使用4个位移监测基站和1个震动收发装置，其中，位移监测基站可采用半埋入式，其北斗卫星导航定位芯片组中的北斗天线和4G天线外露，以保证通信顺畅。
具体地，在本实施例中，上述4个位移监测基站可分别用基站1、基站2、基站3和基站4进行说明，基站1、基站2、基站3和基站4按照实际使用环境随机布设，但要保证震动收发装置位于4个位移监测基站所构成的空间内，各位移监测基站的绝对位置无需人工标定。
可选的，将基站1作为基准基站，则基站2、基站3和基站4均作为目标基站，以此类推，每个位移监测基站均作为一次基站基站，因此，当基站1作为基准基站发射复合双曲调频信号时，基站2、基站3和基站4分别通过麦克风接收复合双曲调频信号，另外，当基站1作为基准基站发射地震波信号时，基站2、基站3和基站4切换为监听转态，并接收地震波信号。
可选的，发射复合双曲调频信号时，4个位移监测基站按照1s间隔依次作为基准基站发送复合双曲调频信号，发射地震波信号时，基准基站发射地震波信号，剩余目标基站均切换为监听状态接收地震波信号，上述基准基站发射地震波信号，每个目标基站接收地震波信号的过程为1个周期，依次轮流4个周期，使得每个位移监测基站均作为一次基站基站。
可选的，当目标基站接收到复合双曲调频信号时，通过匹配滤波的方法对声音信号的时延进行估计，进而获取基准基站与每个目标基站之间的信号飞行时间，另外，当地震波信号轮流进行4个周期后，通过匹配滤波的方法对震动信号的时延进行估计，进而获取基准基站与每个目标基站之间的地震波飞行时间。
可选的，上述根据各个定位坐标、各个地震波飞行时间和各个信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置，包括：
根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，确定每个位移监测基站的绝对坐标，绝对坐标为位移监测基站的定位坐标映射进预设坐标系中得到的坐标，其中，预设坐标系指地球绝对坐标系；
根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，确定地震波速度估计值，地震波速度估计值为地震波信号在土壤中的传播速度；
根据各个绝对坐标和地震波速度估计值，确定当前时刻的震动收发装置位置。
可选的，上述根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，确定每个位移监测基站的绝对坐标，包括：
根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，通过第一公式，确定每个位移监测基站的绝对坐标，其中，第一公式为：
其中，分别表示每个位移监测基站的绝对坐标，Pi、Pj分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的定位坐标，/>表示k个位移监测基站对应的定位坐标，k表示位移监测基站的总数，cs表示声速，/>表示第i个位移监测基站与第j个位移监测基站之间的信号飞行时间，/>表示估算得到的声音在土壤中传播的速度。
可选的，上述根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，确定地震波速度估计值，包括：
根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，通过第二公式，确定地震波速度估计值，其中，第二公式为：
其中，表示地震波速度估计值，/>表示分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示地震波飞行时间，c表示地震波在土壤中传播的速度。
可选的，当得到地震波速度估计值后，位移监测基站通过调幅调制的形式，将控制指令通过DA芯片进信号放大电路后，通过激振器发送地震波信号，而后，位移监测基站转换为监听模式，震动收发装置接收到地震波信号后被唤醒，对地震波信号进行解析，确认工作指令后，转换为工作模式，震动收发装置通过激振器发送特定频率的地震波信号，经介质向外部传播，最后位移监测基站通过声阵列采集介质中震动收发转置发出的地震波信号，另外，通过匹配滤波算法对地震波信号从震动收发装置到位移监测基站的时延进行估计，得到地震波延差，通过匹配滤波算法对震动收发装置发出地震波信号时的声音从震动收发装置到位移监测基站的时延进行估计，得到声信号延差，得到上述各个数据后，即可对震动收发装置位置进行确定，因此，该方法还包括：
获取震动收发装置的初始位置、声音从震动收发装置到位移监测基站的声信号延差、地震波信号从震动收发装置到位移监测基站的地震波延差、地震波信号到达目标基站时的到达角度以及位移监测基站上的陀螺仪姿态；
根据各个绝对坐标和地震波速度估计值，确定当前时刻的震动收发装置位置，包括：
根据初始位置、各个绝对坐标、地震波速度估计值、声信号延差、地震波延差、到达角度和陀螺仪姿态，通过第三公式，确定当前时刻的震动收发装置位置，其中，第三公式为：
其中，表示当前时刻的震动收发装置位置，cs表示声速，/>表示地震波速度估计值，/>表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示第j个位移监测基站对应的陀螺仪姿态，d表示位移监测基站上振动传感器距离北斗定位系统的距离向量且h＝[0,0,1]，/>表示地震波延差，/>表示声信号延差，/>表示到达角度，λ表示位移监测基站上麦克风阵列的埋地姿态误差所引入的预设修正系数，pk表示初始位置。
可选的，上述根据管道位移量，对管道位移进行监测，包括：
若管道位移量超过预设阈值，则判断为管道位移处于危险状态。
可选的，预设阈值可根据实际使用环境进行修改。
如图4所示，本发明实施例还提供了一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测系统，包括：
定位坐标模块201，用于获取每个位移监测基站的定位坐标，定位坐标为位移监测基站在北斗定位系统上的坐标；
循环模块202，用于将任意一个位移监测基站作为基准基站时，各个位移监测基站中除基准基站之外的其余每个位移监测基站作为目标基站，执行复合双曲调频信号模块、信号飞行时间模块和地震波信号模块对应的功能，直到每个位移监测基站都作为基准基站，并执行震动收发装置位置模块、管道位移量模块和监测模块对应的功能；
复合双曲调频信号模块203，用于当基准基站发射复合双曲调频信号时，获取各个目标基站通过麦克风接收的复合双曲调频信号；
信号飞行时间模块204，用于根据各个复合双曲调频信号，获取基准基站与每个目标基站之间的信号飞行时间，信号飞行时间为一个复合双曲调频信号从基准基站到目标基站的时间；
地震波信号模块205，用于当基准基站发射地震波信号时，获取各个目标基站接收的地震波信号；
地震波飞行模块206，用于根据地震波信号，获取基准基站与每个目标基站之间的地震波飞行时间，地震波飞行时间为地震波信号从基准基站到目标基站的时间；
震动收发装置位置模块207，用于根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置；
管道位移量模块208，用于根据当前时刻的震动收发装置位置和当前时刻的前一时刻的震动收发装置位置，确定管道位移量；
监测模块209，用于根据管道位移量，对管道位移进行监测。
可选的，震动收发装置位置模块207，还包括：
绝对坐标模块，用于根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，确定每个位移监测基站的绝对坐标，绝对坐标为位移监测基站的定位坐标映射进预设坐标系中得到的坐标；
地震波速度估计模块，用于根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，确定地震波速度估计值，地震波速度估计值为地震波信号在土壤中的传播速度；
位置确定模块，用于根据各个绝对坐标和地震波速度估计值，确定当前时刻的震动收发装置位置。
可选的，绝对坐标模块，具体用于：
根据各个定位坐标和各个信号飞行时间，通过第一公式，确定每个位移监测基站的绝对坐标，其中，第一公式为：
其中，分别表示每个位移监测基站的绝对坐标，Pi、Pj分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的定位坐标，/>表示k个位移监测基站对应的定位坐标，k表示位移监测基站的总数，cs表示声速，/>表示第i个位移监测基站与第j个位移监测基站之间的信号飞行时间，/>表示估算得到的声音在土壤中传播的速度。
可选的，地震波速度估计模块，具体用于：
根据各个绝对坐标和各个地震波飞行时间，通过第二公式，确定地震波速度估计值，其中，第二公式为：
其中，表示地震波速度估计值，/>表示分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示地震波飞行时间，c表示地震波在土壤中传播的速度。
可选的，该系统还包括：
数据获取模块，用于获取震动收发装置的初始位置、声音从震动收发装置到位移监测基站的声信号延差、地震波信号从震动收发装置到位移监测基站的地震波延差、地震波信号到达目标基站时的到达角度以及位移监测基站上的陀螺仪姿态；
则位置确定模块，具体用于：
根据初始位置、各个绝对坐标、地震波速度估计值、声信号延差、地震波延差、到达角度和陀螺仪姿态，通过第三公式，确定当前时刻的震动收发装置位置，其中，第三公式为：
其中，表示当前时刻的震动收发装置位置，cs表示声速，/>表示地震波速度估计值，/>表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示第j个位移监测基站对应的陀螺仪姿态，d表示位移监测基站上振动传感器距离北斗定位系统的距离向量且h＝[0,0,1]，/>表示地震波延差，/>表示声信号延差，/>表示到达角度，λ表示位移监测基站上麦克风阵列的埋地姿态误差所引入的预设修正系数，pk表示初始位置。
可选的，监测模块209，具体用于：
若管道位移量超过预设阈值，则判断为管道位移处于危险状态。
本发明实施例的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现上述一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的部分或全部步骤。
其中，电子设备可以选用电脑，相对应地，其程序为电脑软件，且上述关于本发明的一种电子设备中的各参数和步骤，可参考上文中一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。计算机可读存储介质例如可以是但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取每个位移监测基站的定位坐标，所述定位坐标为所述位移监测基站在北斗定位系统上的坐标；
S2，将任意一个所述位移监测基站作为基准基站，并将各个所述位移监测基站中除所述基准基站之外的其余每个所述位移监测基站作为目标基站，执行S3-S6，直到每个所述位移监测基站都作为一次所述基准基站，并执行S7至S9；
S3，当所述基准基站发射复合双曲调频信号时，获取各个所述目标基站通过麦克风接收的所述复合双曲调频信号；
S4，根据各个所述复合双曲调频信号，获取所述基准基站与每个所述目标基站之间的信号飞行时间，所述信号飞行时间为一个所述复合双曲调频信号从所述基准基站到所述目标基站的时间；
S5，当所述基准基站发射地震波信号时，获取各个所述目标基站接收的所述地震波信号；
S6，根据所述地震波信号，获取所述基准基站与每个所述目标基站之间的地震波飞行时间，所述地震波飞行时间为所述地震波信号从所述基准基站到所述目标基站的时间；
S7，根据各个所述定位坐标、各个所述地震波飞行时间和各个所述信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置；
S8，根据所述当前时刻的所述震动收发装置位置和所述当前时刻的前一时刻的所述震动收发装置位置，确定管道位移量；
S9，根据所述管道位移量，对管道位移进行监测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各个所述定位坐标、各个所述地震波飞行时间和各个所述信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置，包括：
根据各个所述定位坐标和各个所述信号飞行时间，确定每个所述位移监测基站的绝对坐标，所述绝对坐标为所述位移监测基站的所述定位坐标映射进预设坐标系中得到的坐标；
根据各个所述绝对坐标和各个所述地震波飞行时间，确定地震波速度估计值，所述地震波速度估计值为所述地震波信号在土壤中的传播速度；
根据各个所述绝对坐标和地震波速度估计值，确定当前时刻的震动收发装置位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各个所述定位坐标和各个所述信号飞行时间，确定每个所述位移监测基站的绝对坐标，包括：
根据各个所述定位坐标和各个所述信号飞行时间，通过第一公式，确定每个所述位移监测基站的绝对坐标，其中，所述第一公式为：
其中，分别表示每个位移监测基站的绝对坐标，Pi、Pj分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的定位坐标，Pi k表示k个位移监测基站对应的定位坐标，k表示位移监测基站的总数，cs表示声速，/>表示第i个位移监测基站与第j个位移监测基站之间的信号飞行时间，/>表示估算得到的声音在土壤中传播的速度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各个所述绝对坐标和各个所述地震波飞行时间，确定地震波速度估计值，包括：
根据各个所述绝对坐标和各个所述地震波飞行时间，通过第二公式，确定地震波速度估计值，其中，所述第二公式为：
s.t.i≠j，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4
其中，表示地震波速度估计值，/>表示分别表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示地震波飞行时间，c表示地震波在土壤中传播的速度。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
获取所述震动收发装置的初始位置、声音从所述震动收发装置到所述位移监测基站的声信号延差、地震波信号从所述震动收发装置到所述位移监测基站的地震波延差、地震波信号到达所述目标基站时的到达角度以及所述位移监测基站上的陀螺仪姿态；
所述根据各个所述绝对坐标和地震波速度估计值，确定当前时刻的震动收发装置位置，包括：
根据所述初始位置、各个所述绝对坐标、地震波速度估计值、声信号延差、地震波延差、到达角度和陀螺仪姿态，通过第三公式，确定当前时刻的震动收发装置位置，其中，所述第三公式为：
其中，表示当前时刻的震动收发装置位置，cs表示声速，/>表示地震波速度估计值，表示第i个位移监测基站和第j个位移监测基站的绝对坐标，/>表示第j个位移监测基站对应的陀螺仪姿态，d表示位移监测基站上振动传感器距离北斗定位系统的距离向量且h＝[0,0,1]，/>表示地震波延差，/>表示声信号延差，/>表示到达角度，λ表示位移监测基站上麦克风阵列的埋地姿态误差所引入的预设修正系数，pk表示初始位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述管道位移量，对管道位移进行监测，包括：
若所述管道位移量超过预设阈值，则判断为管道位移处于危险状态。
7.一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测系统，其特征在于，包括：
定位坐标模块，用于获取每个位移监测基站的定位坐标，所述定位坐标为所述位移监测基站在北斗定位系统上的坐标；
循环模块，用于将任意一个所述位移监测基站作为基准基站时，各个所述位移监测基站中除所述基准基站之外的其余每个所述位移监测基站作为目标基站，执行复合双曲调频信号模块、信号飞行时间模块和地震波信号模块对应的功能，直到每个所述位移监测基站都作为所述基准基站，并执行震动收发装置位置模块、管道位移量模块和监测模块对应的功能；
复合双曲调频信号模块，用于当所述基准基站发射复合双曲调频信号时，获取各个所述目标基站通过麦克风接收的所述复合双曲调频信号；
信号飞行时间模块，用于根据各个所述复合双曲调频信号，获取所述基准基站与每个所述目标基站之间的信号飞行时间，所述信号飞行时间为一个所述复合双曲调频信号从所述基准基站到所述目标基站的时间；
地震波信号模块，用于当所述基准基站发射地震波信号时，获取各个所述目标基站接收的所述地震波信号；
地震波飞行模块，用于根据所述地震波信号，获取所述基准基站与每个所述目标基站之间的地震波飞行时间，所述地震波飞行时间为所述地震波信号从所述基准基站到所述目标基站的时间；
震动收发装置位置模块，用于根据各个所述定位坐标和各个所述信号飞行时间，确定当前时刻的震动收发装置位置；
管道位移量模块，用于根据所述当前时刻的所述震动收发装置位置和所述当前时刻的前一时刻的所述震动收发装置位置，确定管道位移量；
监测模块，用于根据所述管道位移量，对管道位移进行监测。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1至6任一项所述的一种基于北斗、振动及声音的管道位移监测方法的步骤。
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