分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)研究

葛道明

摘 要 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，從而使得對(duì)于能源的需求也越來(lái)越大，特別是油氣資源。在運(yùn)輸油氣資源的過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)楣艿谰哂凶陨淼囊恍﹥?yōu)勢(shì)，所以它成為了運(yùn)輸油氣資源的一種非常重要的手段。但是在實(shí)際的運(yùn)輸中，因?yàn)楹芏嗳藶橐蛩睾妥匀灰蛩兀?jīng)常都會(huì)發(fā)生管道泄漏的事故，這樣對(duì)于環(huán)境的污染以及人們的生命財(cái)產(chǎn)都有非常嚴(yán)重的影響。文章主要針對(duì)分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)進(jìn)行研究和分析。

關(guān)鍵詞 分布式光纖；油氣長(zhǎng)輸管道；泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)；研究

中圖分類號(hào)：TE973.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）04-0041-01

管道運(yùn)輸因?yàn)樗慕?jīng)濟(jì)性和安全性，現(xiàn)在被應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。為了能夠保證管道運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行，各個(gè)國(guó)家的科技工作都非常重視管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)。經(jīng)過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生管道泄漏事故的主要原因就是因?yàn)橥獠康母g和影響以及管道材料的缺陷等?，F(xiàn)在經(jīng)常用來(lái)判斷是否發(fā)生油氣泄漏的主要方法就是通過(guò)管道輸送的壓力、溫度以及流量等一些相關(guān)參數(shù)的變化來(lái)判斷，但是這種方法很容易受到輸送工藝和介質(zhì)特征等方面的影響，而且經(jīng)常都是在發(fā)生了泄漏之后才會(huì)報(bào)警。本文主要就是針對(duì)了現(xiàn)在泄漏檢測(cè)技術(shù)存在的一些問(wèn)題，對(duì)分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道的泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)進(jìn)行介紹。這種技術(shù)在進(jìn)行泄漏檢測(cè)的時(shí)候主要就是用光纖來(lái)作為傳感器的振動(dòng)信號(hào)對(duì)管道的沿途進(jìn)行檢測(cè)。這種方法不僅可以很好的檢測(cè)出管道的泄漏情況，還可以對(duì)所檢測(cè)的沿途管道當(dāng)中發(fā)生危害的管道事件進(jìn)行預(yù)警。

1 對(duì)分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)機(jī)理的研究分析

從對(duì)光纖傳感器研究開始到現(xiàn)在，光纖傳感器的種類已經(jīng)非常多了，而且還有很多的光纖傳感器正在研制當(dāng)中。最近幾年，在很多的領(lǐng)域光纖傳感器作為一種比較新的技術(shù)得到了非常好的發(fā)展。光纖除了可以作為光波傳輸?shù)拿浇橹?，同時(shí)光波在光纖當(dāng)中傳輸?shù)臅r(shí)候，表征光波的一些特征參量，比如相位、波長(zhǎng)、振幅以及偏振態(tài)等都會(huì)因?yàn)橐恍┩饨缫蛩氐淖饔枚g接或者直接的發(fā)生變。所以在對(duì)各種待測(cè)量進(jìn)行探測(cè)的時(shí)候，就可以把光纖當(dāng)作是傳感器的組件來(lái)使用。從定位的精度、發(fā)展的前景以及探測(cè)的靈敏度來(lái)看，用分布式光纖傳感器作為基本原理的預(yù)警技術(shù)是以后管道在實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)當(dāng)中最有應(yīng)用前景和發(fā)展前景的一個(gè)方向，同時(shí)它也是科研的一個(gè)熱點(diǎn)項(xiàng)目。

如果是從傳感機(jī)理上來(lái)分析光纖傳感器的話，就可以把它分成相位型和振幅型兩種。相位型的光纖傳感器工作的原理就是一段在單模光纖當(dāng)中傳輸?shù)南喔晒?，在待測(cè)的物理場(chǎng)作用之下，就會(huì)產(chǎn)生相位的調(diào)制。如果是從理論上來(lái)講的話，相位型的光纖傳感器和現(xiàn)有的一些傳感器相比較，在靈敏度方面要高出很多，而且它還可以使得光纖上面的涂層改變，從而使得它傳感的物理量也有所改變。

2 對(duì)分布式光纖泄漏檢測(cè)及預(yù)警的信號(hào)特征提取分析

在對(duì)油氣進(jìn)行管道運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，管道基本上都是埋在地下的，但是這些埋地的管道沿途需要穿越的環(huán)境卻是比較的復(fù)雜，它們需要穿越的環(huán)境都是不相同的，比如人口密度比較大的城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田、鐵路、公路以及河流等。那么在對(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程當(dāng)中，怎么樣才能夠比較準(zhǔn)確的識(shí)別出，在油氣傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中管道沿線發(fā)出的哪些動(dòng)作是需要報(bào)警，哪些動(dòng)作又不需要報(bào)警，就成為了分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)主要任務(wù)。

在分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)中，核心的技術(shù)就是進(jìn)行模式的識(shí)別。而在模式的識(shí)別模塊當(dāng)中，對(duì)檢測(cè)信號(hào)特征向量的提取又是比較關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。在對(duì)分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行特征向量提取的時(shí)候，主要采用的方法就是小波包分解、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的分解技術(shù)以及多尺度的混沌特性分析三種技術(shù)。雖然在具體的操作當(dāng)中采用的方法不同，但是這些方法最終的目的都是在對(duì)檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行描述的時(shí)候，都是采用的多個(gè)特征值組成的向量去進(jìn)行描述，也就是說(shuō)需要把檢測(cè)信號(hào)的一維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為n維空間的向量，而這個(gè)向量也就是檢測(cè)信號(hào)的特征向量。特征向量主要就是用來(lái)識(shí)別檢測(cè)信號(hào)。選擇的特征向量的好壞，對(duì)于系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)信號(hào)識(shí)別的質(zhì)量有著比較直接的關(guān)系。

在對(duì)檢測(cè)信號(hào)特征提取技術(shù)進(jìn)行研究的時(shí)候，最主要還是針對(duì)的多種檢測(cè)信號(hào)的特征提取技術(shù)。因?yàn)楝F(xiàn)在人們能夠想到的對(duì)管道的安全有威脅的動(dòng)作數(shù)量還是比較的有限，在以后的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，可以根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)對(duì)這些動(dòng)作的類型進(jìn)行補(bǔ)充。所以就需要對(duì)多種有效的檢測(cè)信號(hào)的特征提取技術(shù)進(jìn)行研究，這樣才能夠很好的去應(yīng)對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)對(duì)系統(tǒng)識(shí)別方法需求的不斷增加。

3 對(duì)分布式光纖泄漏檢測(cè)及預(yù)警檢測(cè)信號(hào)的模式進(jìn)行識(shí)別的方法研究

在分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)當(dāng)中，難度最大同時(shí)也是最關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)行對(duì)信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別，系統(tǒng)對(duì)于模式識(shí)別提出的要求就是應(yīng)該要在周圍的環(huán)境比較復(fù)雜、距離比較長(zhǎng)、破壞的因素比較多的條件之下，對(duì)于能夠威脅管道安全的動(dòng)作進(jìn)行快速和準(zhǔn)確的捕捉，從而來(lái)引導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)事發(fā)點(diǎn)進(jìn)行比較及時(shí)的定位，最終來(lái)阻止那些即將破壞或者是已經(jīng)破壞管道的事件發(fā)生。在對(duì)模式進(jìn)行識(shí)別的時(shí)候，工程界和學(xué)術(shù)界采用的方法比較的多，但是如果把他們抽象出來(lái)的話基本上就是下面這樣幾個(gè)部分：信號(hào)的獲取、信號(hào)特征的提取、標(biāo)準(zhǔn)特征庫(kù)的建設(shè)以及分類和決策。建立標(biāo)準(zhǔn)特征庫(kù)主要就是指分類器通過(guò)信號(hào)的樣本進(jìn)行一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程。分類決策主要就是指分類器在學(xué)習(xí)建立標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)之后，然后對(duì)那些輸入的信號(hào)進(jìn)行分類和判斷的過(guò)程。

在對(duì)信號(hào)模式進(jìn)行識(shí)別的時(shí)候，主要的方法就是支持向量機(jī)和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這樣兩種，而且這兩種方法的有效性也已經(jīng)是在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中得到了認(rèn)證的。

4 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)油氣運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中進(jìn)行泄漏檢測(cè)，采用分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)，能夠非常準(zhǔn)確和及時(shí)的發(fā)現(xiàn)管道沿線的事故，從而能夠?qū)⒁l(fā)生的事故進(jìn)行很好的預(yù)警。所以分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)能夠很好的保證油氣管道運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

參考文獻(xiàn)

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