CN116625582A - 用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例中提供了一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统，属于气体泄漏监测技术领域，该系统包括：移动支架，所述移动支架具有多个支撑脚和位于顶部的支撑座，所述移动支架按照实际的需要在石油石化气田站场的不同位置移动放置；气体监测装置，所述气体监测装置放置在所述移动支架的支撑座上，用以在石油石化气田站场的不同位置进行气体监测，所述气体监测装置包括红外成像仪、激光扫描仪、控制器以及显示屏幕。采用本方案，能够准确的对气体泄漏进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及气体监测技术领域，尤其涉及一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统。
背景技术
根据国家“工业互联网+安全生产”的要求，石油化工企业为实现企业管理的本质安全，应以感知全面化、巡检自动化、监控远程化、网络 5G 化等为基本设计理念，通过对现有技术手段与设备水平的不断更新，落实安全生产的“数据+平台+应用”建设模式。当前采气厂常规可燃气体探测器一级报警值为 20%LEL,即10000ppm；二级报警值为 50%LEL，即25000ppm，站场天然气、甲醇蒸汽、液化气、轻烃逸散性泄漏时常规可燃气体探测器检测不到泄漏源。为确保尽早发现天然气、甲醇蒸汽、液化气、轻烃逸散性泄漏尽早处置，最大限度减少泄漏量，及时消除安全隐患，建设满足“数据+平台+应用”的高灵敏度红外热像系统。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统，至少部分解决现有技术中存在的问题。
本发明实施例提供了一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统，包括：
移动支架，所述移动支架具有多个支撑脚和位于顶部的支撑座，所述移动支架按照实际的需要在石油石化气田站场的不同位置移动放置；
气体监测装置，所述气体监测装置放置在所述移动支架的支撑座上，用以在石油石化气田站场的不同位置进行气体监测，所述气体监测装置包括红外成像仪、激光扫描仪、控制器以及显示屏幕；
所述红外成像仪和所述激光扫描仪在第一位置通过第一拍摄视角对第一视场内的气体执行拍摄扫描操作，形成的第一红外图像和第一点云数据；
所述控制器对所述第一红外图像进行边缘检测，得到N个气体边缘，通过对N个气体边缘的饱和度进行特征计算，得到N个饱和度值，N个饱和度值形成饱和度向量K=[K1,…Ki,…KN]，Ki表示第i个气体边缘的饱和度值；
所述控制器对所述第一点云数据进行三维边缘计算，得到N个不同密度的气体三维单元，通过对N个气体三维单元的空间分布进行计算，得到N个气体三维单元的空间指向向量Q= [Q1,…Qi,…QN]，Qi表示第i个气体的空间指向；
通过所述饱和度向量K和所述空间指向向量Q，计算所述移动支架在第一位置对应的偏移距离L和偏移角度F，
L=(1-)*mod(D)，D为移动支架的中心点与N个气体三维单元中心点之间的空间向量，mod(D)为空间向量的长度；
F=J(D,)，J(D,/>)表示向量D与向量/>之间的夹角；
所述偏移距离L和偏移角度F用于对第一位置进行修正，生成第二位置以及第二位置对应的第二拍摄视角，以便于在第二位置基于第二拍摄视角对石油石化气田站场的气体执行拍摄操作。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述系统还包括：
位置模块，所述位置模块用于检测可移动式气体泄漏监测系统所在的当前位置，并基于当前位置构建可移动式气体泄漏监测系统的三维坐标系，所述三维坐标系用以描述所述第一位置和所述第二位置的坐标。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述系统还包括：
补光灯，所述补光灯用于感知可移动式气体泄漏监测系统所在位置的光线强度，以基于所述光线强度确实是否需要进行补光处理。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
与可移动式气体泄漏监测系统对应的服务器进行通信连接，以便于将可移动式气体泄漏监测系统生成的第一红外图像和第一点云数据上传给所述服务器。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
接收服务器针对第一红外图像和第一点云数据的解析结果，所述解析结果中包含解析结果置信度以及气体检测结果；
当解析结果置信度大于预设值时，直接以所述解析结果中包含的气体检测结果作为石油石化气田站场的检测结果。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
对气体边缘进行特征提取，得到边缘特征点；
通过边缘特征点得到气体边缘处于垂直位置关系的最长线段和最短线段；
通过最短线段和最长线段之间的比值，计算气体边缘的饱和度值。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
获取第二位置处基于第二拍摄视角生成的第二红外图像，以便于基于所述第二红外图像，确定石油石化气田站场的气体成分。
本发明实施例中提供的一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统，包括：移动支架，所述移动支架具有多个支撑脚和位于顶部的支撑座，所述移动支架按照实际的需要在石油石化气田站场的不同位置移动放置；气体监测装置，所述气体监测装置放置在所述移动支架的支撑座上，用以在石油石化气田站场的不同位置进行气体监测，所述气体监测装置包括红外成像仪、激光扫描仪、控制器以及显示屏幕；所述红外成像仪和所述激光扫描仪在第一位置通过第一拍摄视角对第一视场内的气体执行拍摄扫描操作，形成的第一红外图像和第一点云数据；所述控制器对所述第一红外图像进行边缘检测，得到N个气体边缘，通过对N个气体边缘的饱和度进行特征计算，得到饱和度向量K；所述控制器对所述第一点云数据进行三维边缘计算，得到N个不同密度的气体三维单元，通过对N个气体三维单元的空间分布进行计算，得到N个气体三维单元的空间指向向量Q；通过所述饱和度向量K和所述空间指向向量Q，计算所述移动支架在第一位置对应的偏移距离L和偏移角度F，所述偏移距离L和偏移角度F用于对第一位置进行修正，生成第二位置以及第二位置对应的第二拍摄视角，以便于在第二位置基于第二拍摄视角对石油石化气田站场的气体执行拍摄操作。本系统所采用的可移动式气体泄漏监测系统性能稳定可靠，使用寿命长，具有探测范围大、测量精度高、系统响应快、误报概率低、无需提前标定、无需外置激光源、不受环境影响等特征，通过对整个采气厂范围内高危区域的气体泄漏进行监测，及时发现气体泄漏事件并及时报警，准确探测泄漏事件发生的位置并将地理信息上报至监测平台。本系统的实施将极大地提高集中监视的效率，极大地减少气体泄漏监视所需的人力物力资源，极大地提高对泄漏事故发生具体泄漏点的探查能力，为人员财产的安全保障、设备的稳定可靠运行提供重要支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统示意图；
图2为本发明实施例提供的一种气体边缘的饱和度值计算流程示意图。
实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
参见图1，本发明实施例提供了一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统，包括：移动支架和气体监测装置。
所述移动支架具有多个支撑脚和位于顶部的支撑座，所述移动支架按照实际的需要在石油石化气田站场的不同位置移动放置，这样一来，可以通过调节移动支架的位置，来在不同的位置对石油石化气田站场是否存在漏气进行检测。
气体监测装置用来对是否漏气进行检测，所述气体监测装置放置在所述移动支架的支撑座上，用以在石油石化气田站场的不同位置进行气体监测，所述气体监测装置包括红外成像仪、激光扫描仪、控制器以及显示屏幕。
红外成像仪可以是制冷型红外光谱成像仪，制冷型红外光谱成像仪技术建立在红外光学的基础上，是以基尔霍夫辐射定律、玻尔兹曼-斯特凡定律、普朗克黑体辐射定律、维恩位移定律为理论依据的先进可视化探测技术。
根据普朗克黑体辐射定律，任何物体都会发射出红外辐射，且其辐射总强度与其热力学温度有关。红外热成像仪技术就是通过特制的探测器捕获红外辐射信号，并根据捕捉到的信号强弱将其转化为高低不同的电平信号，经过算法处理后得到一幅二维灰度值图像。通过对环境进行持续观测，即可获得实时红外热成像监控视频。
当观测背景到探测器之间的光学通道上出现某些气体时，特定频率的红外辐射信号会被这些气体加以吸收。而此时只要将探测器接受信号的频率调整至相同波段，则探测器上就无法再接收到相应辐射信号，在最终显示的画面中就会出现深色的阴影，且这些阴影会具有与气团相同的形态特征，因此就能让观察人员“看到”肉眼不可察觉的气体。
激光扫描仪与红外成像仪配合使用，用于对当前拍摄视角内的气体进行扫描，通过调节激光扫描仪的扫描精度和反射灵敏度，可以使激光扫描仪对不同密度的气体进行建模，从而对不同密度的气体进行三维建模，形成点云数据。
所述红外成像仪和所述激光扫描仪在第一位置通过第一拍摄视角对第一视场内的气体执行拍摄扫描操作，形成的第一红外图像和第一点云数据。第一位置可以是默认设置的位置，第一拍摄视角可以是默认设置的视角。
所述控制器对所述第一红外图像进行边缘检测，得到N个气体边缘，通过对N个气体边缘的饱和度进行特征计算，得到饱和度向量K。具体的，可以对气体边缘进行特征提取，得到边缘特征点；通过边缘特征点得到气体边缘处于垂直位置关系的最长线段和最短线段；通过计算最短线段和最长线段的比值，作为气体边缘的饱和度值，气体边缘的饱和度值通常是介于0-1之间的数值。气体边缘的饱和度能够反映出拍摄位置和拍摄视角是否属于合适的位置和角度，从而基于气体边缘的饱和度对当前的第一位置和第一拍摄视角进行调整，进而获得更好的拍摄位置和拍摄视角。
所述控制器对所述第一点云数据进行三维边缘计算，得到N个不同密度的气体三维单元，通过对N个气体三维单元的空间分布进行计算，得到N个气体三维单元的空间指向向量Q。
可以通过计算N个气体三维单元的空间分布的变化曲率，将变化曲率最大的三维曲面点与变化曲率最小的三维曲面点的连线，作为气体三维单元的空间指向，从而构建N个气体三维单元的空间指向向量Q。
通过所述饱和度向量K和所述空间指向向量Q，计算所述移动支架在第一位置对应的偏移距离L和偏移角度F，所述偏移距离L和偏移角度F用于对第一位置进行修正，生成第二位置以及第二位置对应的第二拍摄视角，以便于在第二位置基于第二拍摄视角对石油石化气田站场的气体执行拍摄操作。
可以计算移动支架的中心点与N个气体三维单元中心点之间的距离mod(D)，则偏移距离L定义为：L=(1-)*mod(D)，Ki为饱和度向量K中的第i个气体边缘的饱和度值。通过调整偏移距离L，能够使饱和度向量K变大，使得拍摄的图像中气体边缘更加饱满，便于气体的识别。
可以计算空间指向向量Q与当前第一拍摄视角之间的三维角度差值，进而得到偏移角度F，F=J(D,)，J(D,/>)表示向量D与向量/>之间的夹角，通过调整偏移角度F，能够进一步的对图像的拍摄角度进行调整，获得更好的气体拍摄质量，得到更加准确的气体识别结果。
通过所述偏移距离L和偏移角度F，可以对第一位置进行修正，生成第二位置以及第二位置对应的第二拍摄视角，以便于在第二位置基于第二拍摄视角对石油石化气田站场的气体执行拍摄操作，得到第二红外图像，从而基于第二红外图像对气体进行进一步的气体识别。
本系统所采用的可移动式气体泄漏监测系统性能稳定可靠，使用寿命长，具有探测范围大、测量精度高、系统响应快、误报概率低、无需提前标定、无需外置激光源、不受环境影响等特征，通过对整个采气厂范围内高危区域的气体泄漏进行监测，及时发现气体泄漏事件并及时报警，准确探测泄漏事件发生的位置并将地理信息上报至监测平台。本系统的实施将极大地提高集中监视的效率，极大地减少气体泄漏监视所需的人力物力资源，极大地提高对泄漏事故发生具体泄漏点的探查能力，为人员财产的安全保障、设备的稳定可靠运行提供重要支撑。
相较于其他传统气体泄漏监测方式，本系统具有的优势主要有：
1) 能够对泄漏气体进行可视化监测的系统；
2) 气体泄漏监测范围大；
3) 可同时监测多种泄漏气体；
4) 气体泄漏测量精度高；
5) 被动式监测，无需外置激光发射源或接收靶面；
6) 气体泄漏红外成像响应速度快；
7) 非接触式遥测，安全性高；
8) 误报率低，稳定性强。
本发明的可移动式气体泄漏监测系统通过安防人员人工操作，能不受限制实现高自由度的人工巡检。精确定位泄漏气体的位置、扩散范围，实时显示形态与飘散方向。监测数据实时显示于本地和控制中心，本地保存并上传服务器，可随时进行调取和分析；测量结果自动生成日、月、年监测报告。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述系统还包括：
位置模块，所述位置模块用于检测可移动式气体泄漏监测系统所在的当前位置，并基于当前位置构建可移动式气体泄漏监测系统的三维坐标系，所述三维坐标系用以描述所述第一位置和所述第二位置的坐标。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述系统还包括：
补光灯，所述补光灯用于感知可移动式气体泄漏监测系统所在位置的光线强度，以基于所述光线强度确实是否需要进行补光处理。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
与可移动式气体泄漏监测系统对应的服务器进行通信连接，以便于将可移动式气体泄漏监测系统生成的第一红外图像和第一点云数据上传给所述服务器。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
接收服务器针对第一红外图像和第一点云数据的解析结果，所述解析结果中包含解析结果置信度以及气体检测结果；
当解析结果置信度大于预设值时，直接以所述解析结果中包含的气体检测结果作为石油石化气田站场的检测结果。
参见图2，根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
S101，对气体边缘进行特征提取，得到边缘特征点；
S102，通过边缘特征点得到气体边缘处于垂直位置关系的最长线段和最短线段；
S103，通过最长线段和最短线段，计算气体边缘的饱和度。具体的，可以将最短线段和最长线段的长度比值，作为气体边缘的饱和度值。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制器还用于：
获取第二位置处基于第二拍摄视角生成的第二红外图像，以便于基于所述第二红外图像，确定石油石化气田站场的气体成分。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于石油石化气田站场的可移动式气体泄漏监测系统，其特征在于，包括：
移动支架，所述移动支架具有多个支撑脚和位于顶部的支撑座，所述移动支架按照实际的需要在石油石化气田站场的不同位置移动放置；
气体监测装置，所述气体监测装置放置在所述移动支架的支撑座上，用以在石油石化气田站场的不同位置进行气体监测，所述气体监测装置包括红外成像仪、激光扫描仪、控制器以及显示屏幕；
所述红外成像仪和所述激光扫描仪在第一位置通过第一拍摄视角对第一视场内的气体执行拍摄扫描操作，形成的第一红外图像和第一点云数据；
所述控制器对所述第一红外图像进行边缘检测，得到N个气体边缘，通过对N个气体边缘的饱和度进行特征计算，得到N个饱和度值，N个饱和度值形成饱和度向量K= [K1,…Ki,…KN]， Ki表示第i个气体边缘的饱和度值；
所述控制器对所述第一点云数据进行三维边缘计算，得到N个不同密度的气体三维单元，通过对N个气体三维单元的空间分布进行计算，得到N个气体三维单元的空间指向向量Q=[Q1,…Qi,…QN]，Qi表示第i个气体的空间指向；
通过所述饱和度向量K和所述空间指向向量Q，计算所述移动支架在第一位置对应的偏移距离L和偏移角度F，
L=(1-)*mod(D)，D为移动支架的中心点与N个气体三维单元中心点之间的空间向量，mod(D)为空间向量的长度；
F=J(D,)，J(D,/>)表示向量D与向量/>之间的夹角；
所述偏移距离L和偏移角度F用于对第一位置进行修正，生成第二位置以及第二位置对应的第二拍摄视角，以便于在第二位置基于第二拍摄视角对石油石化气田站场的气体执行拍摄操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
位置模块，所述位置模块用于检测可移动式气体泄漏监测系统所在的当前位置，并基于当前位置构建可移动式气体泄漏监测系统的三维坐标系，所述三维坐标系用以描述所述第一位置和所述第二位置的坐标。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
补光灯，所述补光灯用于感知可移动式气体泄漏监测系统所在位置的光线强度，以基于所述光线强度确实是否需要进行补光处理。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：
与可移动式气体泄漏监测系统对应的服务器进行通信连接，以便于将可移动式气体泄漏监测系统生成的第一红外图像和第一点云数据上传给所述服务器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：
接收服务器针对第一红外图像和第一点云数据的解析结果，所述解析结果中包含解析结果置信度以及气体检测结果；
当解析结果置信度大于预设值时，直接以所述解析结果中包含的气体检测结果作为石油石化气田站场的检测结果。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：
对气体边缘进行特征提取，得到边缘特征点；
通过边缘特征点得到气体边缘处于垂直位置关系的最长线段和最短线段；
通过最短线段和最长线段之间的比值，计算气体边缘的饱和度值。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：
获取第二位置处基于第二拍摄视角生成的第二红外图像，以便于基于所述第二红外图像，确定石油石化气田站场的气体成分。
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