一种用于地下甲烷输送管道的气体泄漏定位方法

控制;调节装置的制造及其应用技术1.本发明涉及气体泄漏检测技术领域，尤其涉及一种用于地下甲烷输送管道的气体泄漏定位方法。背景技术：2.管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳以及投资少、占地少、费用低，并可实现自动控制，在工业生产中应用十分广泛。而在甲烷气体的输送过程中，会由于内部甲烷气体过大而导致管道处于膨胀状态，然而经过长时间的使用，甲烷气体运输时可能会对管道形成部分区域防护薄弱，以及对较为薄弱处造成损坏，从而使甲烷气体泄露，对人员和环境造成危害。3.目前，是在地下甲烷输送管道的所在通道内间隔设置气体传感器检测是否有甲烷泄漏，然而这种方式只能大致定位气体泄漏位置而没有办法精确定位甲烷输送管道的气体泄漏点。技术实现要素：4.本发明为了解决上述技术问题，提供了一种用于地下甲烷输送管道的气体泄漏定位方法，其能够快速精确的定位甲烷输送管道的气体泄漏点，减少人员伤亡和经济损失。5.为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：6.本发明的一种用于地下甲烷输送管道的气体泄漏定位方法，包括以下步骤：7.s1：在甲烷输送管道下方沿甲烷输送管道走向等间距设置有k个气体传感器，k个气体传感器从左至右依次编号为1、2……k，在甲烷输送管道下方还设有可在甲烷输送管道下方沿甲烷输送管道走向移动的移动气体检测装置；8.s2：每个气体传感器都实时检测其所在位置的甲烷浓度并发送给控制器，当编号为v的气体传感器检测到其所在位置的甲烷浓度超过设定值时，1≤v≤k，控制器根据编号为v的气体传感器的位置规划出移动气体检测装置的巡检路径，将巡检路径的起点设定为检测点，从巡检路径的起点开始每间隔距离d设定一个检测点，l为巡检路径的长度，e为正整数，从巡检路径的起点至终点依次将巡检路径上的检测点编号为1、2……n，n＝e+1；9.s3：控制器设定移动气体检测装置的m个检测高度，m个检测高度从低至高依次编号为1、2……m，将m个检测高度、巡检路径以及巡检路径上的n个检测点都发送给移动气体检测装置；10.s4：移动气体检测装置沿巡检路径移动，每移动到一个检测点都在该检测点检测m个检测高度处的甲烷浓度，最终得到检测矩阵g，并将检测矩阵g发送给控制器；[0011][0012]其中，gsij表示在编号为j的检测点上的编号为i的检测高度处检测到的甲烷浓度值，1≤i≤m，1≤j≤n；[0013]s5：控制器根据检测矩阵g计算出甲烷输送管道的气体泄漏位置。[0014]在本方案中，固定位置的气体传感器实时检测其所在位置的甲烷浓度并发送给控制器，当某个气体传感器检测到其所在位置的甲烷浓度超过设定值时，则表示甲烷输送管道出现气体泄漏，控制器根据该气体传感器位置规划出巡检路径，通知移动气体检测装置沿巡检路径移动并进行检测。[0015]移动气体检测装置从巡检路径的起点开始，每移动距离d到达一个检测点，检测该检测点处m个检测高度处的甲烷浓度，移动气体检测装置沿巡检路径走完后检测到的甲烷浓度值组成了检测矩阵g，控制器根据检测矩阵g计算出甲烷输送管道的气体泄漏位置。本方案通过沿甲烷输送管道走向间隔设置的气体传感器与移动检测的移动气体检测装置配合检测，能够快速精确的定位甲烷输送管道的气体泄漏点，减少人员伤亡和经济损失。[0016]作为优选，所述步骤s5包括以下步骤：[0017]s51：对检测矩阵g内的每个甲烷浓度数据都进行归一化处理，得到矩阵p；[0018][0019]其中，psij表示gsij归一化后的归一化数据；[0020]s52：将矩阵p内的每个归一化数据分别输入无约束全局优化模型，得到每个归一化数据对应的特征值ccp，归一化数据psij对应的特征值为ccpij；[0021]s53：以移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离为x轴、特征值ccp为y轴建立直角坐标系，根据矩阵p中每一个归一化数据对应的检测点确定每一个归一化数据对应的移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离；[0022]s54：在直角坐标系上绘制出与矩阵p中每一行归一化数据对应的特征曲线，得到m条特征曲线，fi表示矩阵p中第i行归一化数据对应的特征曲线，确定每条特征曲线的峰值对应的横坐标，计算所有特征曲线的峰值对应的横坐标的均值q，甲烷输送管道的气体泄漏位置就位于移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离q处的上方；[0023]在直角坐标系上绘制出与矩阵p中第i行归一化数据对应的特征曲线fi的方法如下：[0024]根据第i行归一化数据中的每个归一化数据对应的特征值ccp以及其对应的移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离在直角坐标系上画出对应的点，共画出n个点，将这n个点拟合得到对应的特征曲线fi。[0025]作为优选，所述步骤s51中对检测矩阵g内的甲烷浓度数据gsij进行归一化处理得到对应的归一化数据psij的公式如下：[0026][0027]其中，gsmax表示检测矩阵g中最大的甲烷浓度值，gsmin表示检测矩阵g中最小的甲烷浓度值。[0028]作为优选，所述步骤s52中将归一化数据psij输入无约束全局优化模型得到对应的特征值为ccpij的方法包括以下步骤：[0029]将归一化数据psij输入无约束全局优化模型：[0030][0031][0032]其中，g(x)表示无约束全局优化模型框架，表示无约束全局优化模型框架的迟滞分量，cl(t)表示激励信号，表示激励余量，x表示无约束全局优化模型框架参数，t表示时间，β表示激励信号cl(t)的强度，ω表示频率，γ表示调整系数，a、b、c都为自然数；[0033]将无约束全局优化模型达到最优状态时t的值记为tij，得到特征值ccpij，[0034][0035]采用无约束全局优化模型从全局变量的角度去建立模型，然后采用激励信号去调节无约束全局优化模型去获取最优化的状态，并且选取最优化状态下的特征值ccp用于表征，也就是说该气体泄漏定位方法通过使用无约束全局优化模型分析甲烷浓度数据，并取得特征信息，这样就可以避免一些检测误差的干扰，提高气体泄漏定位的准确度和稳定性。同一类气体在最优状态下特征曲线的峰值对应的横坐标是稳定的，因此选取特征曲线的峰值对应的横坐标作为检测目标的有效表征，并取平均，进一步提高气体泄漏定位的稳定性和精准度。[0036]作为优选，所述步骤s54中计算所有特征曲线的峰值对应的横坐标的均值q的公式如下：[0037]x(fi)为特征曲线fi的峰值对应的横坐标。[0038]作为优选，40≤e≤100。[0039]作为优选，所述步骤s2中控制器根据编号为v的气体传感器的位置规划出移动气体检测装置的巡检路径的方法包括以下步骤：[0040]当v＝1时，巡检路径为编号为1的气体传感器的位置与编号为2的气体传感器的位置之间的路线段；[0041]当v＝k时，巡检路径为编号为k-1的气体传感器的位置与编号为k的气体传感器的位置之间的路线段；[0042]当1＜v＜k时，巡检路径为编号为v-1的气体传感器的位置与编号为v+1的气体传感器的位置之间的路线段。[0043]本发明的有益效果是：能够快速精确的定位甲烷输送管道的气体泄漏点，减少人员伤亡和经济损失。附图说明[0044]图1是实施例的流程图；[0045]图2是特征曲线的示意图；[0046]图3是气体传感器、移动气体检测装置的安装示意图。[0047]图中：1、甲烷输送管道，2、气体传感器，3、移动气体检测装置，4、导轨。具体实施方式[0048]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。[0049]实施例：本实施例的一种用于地下甲烷输送管道的气体泄漏定位方法，如图1所示，包括以下步骤：[0050]s1：在甲烷输送管道下方沿甲烷输送管道走向等间距设置有k个气体传感器，k个气体传感器从左至右依次编号为1、2……k，在甲烷输送管道下方还设有可在甲烷输送管道下方沿甲烷输送管道走向移动的移动气体检测装置；[0051]s2：每个气体传感器都实时检测其所在位置的甲烷浓度并发送给控制器，当编号为v的气体传感器检测到其所在位置的甲烷浓度超过设定值时，1≤v≤k，控制器根据编号为v的气体传感器的位置规划出移动气体检测装置的巡检路径，将巡检路径的起点设定为检测点，从巡检路径的起点开始每间隔距离d设定一个检测点，l为巡检路径的长度，e为正整数，40≤e≤100，从巡检路径的起点至终点依次将巡检路径上的检测点编号为1、2……n，n＝e+1；[0052]控制器根据编号为v的气体传感器的位置规划出移动气体检测装置的巡检路径的方法包括以下步骤：[0053]当v＝1时，巡检路径为编号为1的气体传感器的位置与编号为2的气体传感器的位置之间的路线段(巡检路径的起点为编号为1的气体传感器的位置，巡检路径的终点为编号为2的气体传感器)；[0054]当v＝k时，巡检路径为编号为k-1的气体传感器的位置与编号为k的气体传感器的位置之间的路线段(巡检路径的起点为编号为k-1的气体传感器的位置，巡检路径的终点为编号为k的气体传感器)；[0055]当1＜v＜k时，巡检路径为编号为v-1的气体传感器的位置与编号为v+1的气体传感器的位置之间的路线段(巡检路径的起点为编号为v-1的气体传感器的位置，巡检路径的终点为编号为v+1的气体传感器)；[0056]s3：控制器设定移动气体检测装置的m个检测高度，m个检测高度从低至高依次编号为1、2……m，将m个检测高度、巡检路径以及巡检路径上的n个检测点都发送给移动气体检测装置；[0057]s4：移动气体检测装置沿巡检路径移动，每移动到一个检测点都在该检测点检测m个检测高度处的甲烷浓度，最终得到检测矩阵g，并将检测矩阵g发送给控制器；[0058][0059]其中，gsij表示在编号为j的检测点上的编号为i的检测高度处检测到的甲烷浓度值，1≤i≤m，1≤j≤n；[0060]s5：控制器根据检测矩阵g计算出甲烷输送管道的气体泄漏位置。[0061]步骤s5包括以下步骤：[0062]s51：对检测矩阵g内的每个甲烷浓度值都进行归一化处理，得到矩阵p；[0063][0064]其中，psij表示gsij归一化后的归一化数据；[0065]对检测矩阵g内的甲烷浓度数据gsij进行归一化处理得到对应的归一化数据psij的公式如下：[0066][0067]其中，gsmax表示检测矩阵g中最大的甲烷浓度值，gsmin表示检测矩阵g中最小的甲烷浓度值；[0068]s52：将矩阵p内的每个归一化数据分别输入无约束全局优化模型，得到每个归一化数据对应的特征值ccp，归一化数据psij对应的特征值为ccpij；[0069]将归一化数据psij输入无约束全局优化模型得到对应的特征值为ccpij的方法包括以下步骤：[0070]将归一化数据psij输入无约束全局优化模型：[0071][0072][0073]其中，g(x)表示无约束全局优化模型框架，表示无约束全局优化模型框架的迟滞分量，cl(t)表示激励信号，表示激励余量，x表示无约束全局优化模型框架参数，t表示时间，β表示激励信号cl(t)的强度，ω表示频率，γ表示调整系数，a、b、c都为自然数；[0074]将无约束全局优化模型达到最优状态时t的值记为tij，得到特征值ccpij，[0075][0076]s53：以移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离为x轴、特征值ccp为y轴建立直角坐标系，根据矩阵p中每一个归一化数据对应的检测点确定每一个归一化数据对应的移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离；[0077]s54：在直角坐标系上绘制出与矩阵p中每一行归一化数据对应的特征曲线，得到m条特征曲线，fi表示矩阵p中第i行归一化数据对应的特征曲线，确定每条特征曲线的峰值对应的横坐标，计算所有特征曲线的峰值对应的横坐标的均值q，甲烷输送管道的气体泄漏位置就位于移动气体检测装置在巡检路径上从起点开始移动了距离q处的上方；[0078]在直角坐标系上绘制出与矩阵p中第i行归一化数据对应的特征曲线fi的方法如下：[0079]根据第i行归一化数据中的每个归一化数据对应的特征值ccp以及其对应的移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离在直角坐标系上画出对应的点，共画出n个点，将这n个点拟合得到对应的特征曲线fi；[0080]计算所有特征曲线的峰值对应的横坐标的均值q的公式如下：[0081]x(fi)为特征曲线fi的峰值对应的横坐标。[0082]在本方案中，固定位置的气体传感器实时检测其所在位置的甲烷浓度并发送给控制器，当某个气体传感器检测到其所在位置的甲烷浓度超过设定值时，则表示甲烷输送管道出现气体泄漏，控制器根据该气体传感器位置规划出巡检路径，通知移动气体检测装置沿巡检路径移动并进行检测。[0083]移动气体检测装置从巡检路径的起点开始，每移动距离d到达一个检测点，检测该检测点处m个检测高度处的甲烷浓度，移动气体检测装置沿巡检路径走完后检测到的甲烷浓度值组成了检测矩阵g，控制器对检测矩阵g进行归一化处理，得到矩阵p，将矩阵p内的每个归一化数据分别输入无约束全局优化模型，得到每个归一化数据对应的特征值ccp，以移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离为x轴、特征值ccp为y轴建立直角坐标系，在直角坐标系上绘制出与矩阵p中每一行归一化数据对应的特征曲线，得到m条特征曲线，确定每条特征曲线的峰值对应的横坐标，计算所有特征曲线的峰值对应的横坐标的均值q，甲烷输送管道的气体泄漏位置就是移动气体检测装置在巡检路径上的移动距离q处的正上方的甲烷输送管道位置。[0084]采用无约束全局优化模型从全局变量的角度去建立模型，然后采用激励信号去调节无约束全局优化模型去获取最优化的状态，并且选取最优化状态下的特征值ccp用于表征，也就是说该气体泄漏定位方法通过使用无约束全局优化模型分析甲烷浓度数据，并取得特征信息，这样就可以避免一些检测误差的干扰，提高气体泄漏定位的准确度和稳定性。同一类气体在最优状态下特征曲线的峰值对应的横坐标是稳定的，因此选取特征曲线的峰值对应的横坐标作为检测目标的有效表征，并取平均，进一步提高气体泄漏定位的稳定性和精准度。[0085]本方案通过沿甲烷输送管道走向间隔设置的气体传感器与移动检测的移动气体检测装置配合检测，能够快速精确的定位甲烷输送管道的气体泄漏点，减少人员伤亡和经济损失。[0086]例如：在直角坐标系上绘制出的特征曲线如图2所示，五条特征曲线的峰值对应的横坐标分别为98.2mm、97.6mm、99.4mm、98.8mm、100.6mm，均值为98.92mm，则甲烷输送管道的气体泄漏位置就是移动气体检测装置在巡检路径上从起点开始移动了98.92mm处的正上方的甲烷输送管道位置。[0087]本方案中气体传感器、移动气体检测装置的安装位置如图3所示，甲烷输送管道1下方设有与甲烷输送管道1走向一致的导轨4，移动气体检测装置3设置在导轨4上且可沿导轨4移动，移动气体检测装置3上设置有可上下升降的甲烷浓度检测模块，移动气体检测装置3可在控制器的控制下在导轨4上移动，通过调整甲烷浓度检测模块的高度检测不同高度位置的甲烷浓度，气体传感器2沿甲烷输送管道走向等间距设置。









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