[发明专利]一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法及控制系统

说明书

本发明提供一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法及控制系统，包括信号采集模块、声场建模模块、信号处理模块，该方法为基于仿真声场模型的近场波束形成定位方法，基于几何声学的虚声源法，根据球面声波传播原理，通过建立特定水域空间的仿真声场模型，提取声场中不同位置的相位信息，以声场模型得到的相位信息作为延时校准的依据，采用近场波束形成方法进行空域滤波，提高泄漏气泡声信噪比以实现油气管道泄漏检测与定位。本发明能够有效解决水下油气管道泄漏检测与定位的技术难题，相比传统的管道泄漏的检测方法，具有更强的实用性，更高的定位精度。

技术领域

本发明涉及水声探测技术领域，涉及一种声信号处理定位方法，具体涉及一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法及控制系统。

背景技术

海底油气管道是目前最广泛使用的石油、燃气资源远距离跨洋运输方式，但海底油气管道施工成本高，负收益高，一旦发生外力破坏或海水侵蚀导致的管道泄漏，轻则会造成资源流失，重则会导致石油燃气输送作业中断。同时，管道泄漏带来的石油污染物，在洋流作用下会进一步扩大污染范围，对进出海面的船舶与周围生态造成严重的影响。因此，为保障海底管道的长期安全运行，确保发生管道泄漏时能够及时定位到泄漏点，开展海底管道泄漏的在线检测是十分必要的。

目前，管道泄漏的检测方法主要有：

(1)直接检测法：利用探测器对管道上及管道周围的特征参数进行检测，具体分为检漏电缆法、传感光缆法、红外线法、探地雷达法等；

(2)间接检测法：通过监测管道的运行参数(如压力、流量、温度等)估计泄漏，具体分为质量平衡法、压力梯度法、负压波检漏法等。

但是，以上检测方法仅适用于陆地上的管道检测。由于电磁波在水下传播特性差，直接检测法很难将探测器应用到水下。间接检测法中的压力、流量等传感器受限于复杂的海洋环境，实际工程中难以长期有效工作。

采用水声传感器检测海底油气管道能够克服传统检测方法的局限性。声波在水下具有良好的传播特性，能够实现稳定的信号传输，目前，水声传感器被广泛应用于水下探测及通信。通过将传感器串联成阵列，采用阵列信号处理技术实现空域滤波，以此提高信噪比来检测微弱的泄露气泡声。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法，基于几何声学的虚声源法，根据球面声波传播原理，通过建立特定水域空间的仿真声场模型，提取声场中不同位置的相位信息，以获得的相位信息作为延时校准的依据，采用近场波束形成方法进行空域滤波，提高泄漏气泡声信噪比从而解决泄漏检测与定位的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法，在油气管道所处的水域空间内设置n个水声传感器阵列单元，n为正整数，n≥2，将所述油气管道分为m个声源点，m为正整数，m≥2，当所述油气管道发生泄漏时，对于水域空间内处于所述油气管道上的任意位置，其坐标位置设为(x,y)，所述水下油气管道泄漏检测与定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对水声传感器阵列单元接收到的声信号进行傅里叶变换，获得频域信号；分析频域特征，研究泄漏气泡声分布频段；

步骤二：计算水域空间内处于所述油气管道上的任意位置因各声源点直达波作用而产生的第一声场信息；

步骤三：根据虚声源法原理，建立声源点相对于水域空间边界的虚声源，所述水域空间边界为任意实际边界环境，根据虚声源位置计算水域空间内处于所述油气管道上的任意位置的一次反射声场信息；

步骤四：根据一阶虚声源位置建立相对于水域空间边界的二阶虚声源，根据二阶虚声源位置计算水域空间内处于所述油气管道上的任意位置的二次反射声场信息；

步骤五：将所述步骤二、所述步骤三、所述步骤四中的声场叠加，计算相位角；