[发明专利]一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法及系统

说明书

本发明提供一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法及系统，所述系统在管道周向布置传感器阵列接收异常碰撞产生的声波信号，利用柱坐标系管道模型展开转化为平面坐标系，并由此构建带约束因子的反演目标函数，运用最小二乘法约束反演来实现石油、天然气管道运输中至关重要的异常碰撞二维定位，利用此方法为快速实现石油、天然气的管道的碰撞定位提供了可靠的方法和技术，大大降低了异常碰撞检测的成本。

技术领域

本发明涉及油气管道异常碰撞的定位技术领域，特别涉及一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法及系统

背景技术

油气管道常用于运输石油、天然气等重要资源。大部分管道埋设在野外或地下等复杂环境下，容易受到落石、泥石流等撞击破坏，撞击严重时常发生泄漏事故。在管道中运输的介质通常具有很大的危险性和污染性，一旦发生泄漏，不仅会造成重大的经济损失，更严重的会对人民的生命生产活动产生重大危险，因此，快速检测和定位管道异常碰撞位置具有十分重要的学术和应用价值。

目前，已经提出了大量关于油气管道异常碰撞的定位方法，如声学测量法、温度测试法、示踪气体检测法、漏磁检测法等。在许多定位方法中，基于声学的定位方法已经被证明能够实现在线检测，而且具有效果最好，实时性好、灵敏度高、误差小等优点。声学定位主要包括一维线性定位法以及区域定位法两种。一维线性定位法，就是在一条直线的区域内通过粘贴线性传感器在管道上来进行异常碰撞定位，测量系统至少使用两个传感器，互相关算法计算出泄漏分别到达两个传感器的时差，该方法只能确定沿管道方向的位置，无方位分辨性。区域定位也就是二维定位，原理就是利用声发射传播衰减较小的次声波进行定位，通过在传播路径上线性布置固定数量的传感器，那么传感器接收到的声信号幅度、频率都是不一样的，随着距离的传播信号越来越弱。根据所测得幅值大小的变化可以确定声波的传播方向，通过信号平均能量的计算近似确定碰撞区域，再通过精确算法来计算出碰撞点。区域定位法是一种较粗略的定位方法，也不能对所有声信号进行检测，而且传感器成本比较大，如果布置较多，也会增加成本，从经济上考虑不是最佳的选择。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法及系统，通过布置在管道周向的传感器接收异常碰撞产生的波形信号，计算不同传感器的波形信号的到时，并建立约束目标函数，利用最小二乘约束反演管道异常碰撞的二维(周向、轴向)坐标，为实现上述目的，本发明公开一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法，所述方法包括以下步骤：

S1、在管道周向布置传感器阵列R_ij(i＝1，2；j＝1，…，N)，每组传感器阵列由N个传感器组成，其中，N≥4；

S2、根据步骤S1中传感器阵列接收的异常碰撞产生的声波信号，并计算每组传感器阵列的到时t_ij；

S3、将管道近似几何模型由柱坐标系转换为平面坐标系，实现管道的二维定位；

S4、根据步骤S3构建带约束因子的反演目标函数；

S5、根据S2中获得的传感器阵列到时集合，利用最小二乘法计算S4中反演目标函数得到传感器阵列最小二乘解；

S6、对比S5中得出的传感器阵列到时集合对应的最小二乘解，其中不同传感器阵列得出的元素相等的解即为反演得到的异常碰撞点的平面坐标位置，将其进行坐标转换，得出柱坐标系下异常碰撞点的二维坐标。