[发明专利]基于激光遥测技术的气体泄漏无人机巡检浓度反演方法

说明书

本发明提供了基于激光遥测技术的气体泄漏无人机巡检浓度反演方法，包括如下步骤：通过激光甲烷传感器基于其无人机扫描曲线，得到路径积分浓度采样；得到基于燃气管道坐标系的点阵浓度反演；基于点阵浓度和风向估计的气体泄漏扩散模型的极大似然估计，获得泄漏位置与泄漏率估计；气体泄漏扩散模型重构连续的浓度地图，并根据危险阈值划分危险区和隔离区；采用地面终端或者手持APP，进行智能化应急辅助决策分析。

技术领域

本发明属于燃气泄漏巡检技术领域，尤其是涉及一种基于激光遥测技术的气体泄漏无人机巡检浓度反演方法。

背景技术

随着城市化的不断推进，燃气作为绿色环保的清洁能源，对人类生活的影响日益增大，燃气事业也迎来了快速发展的机会。然而在发展的同时，隐患与危机也逐步显现，燃气管网泄漏造成的损害范围大，后果严重。据统计输运过程中泄漏量约为10％，不仅造成直接经济损失，也成为巨大安全威胁。

目前燃气公司对管线的维护工作主要依靠人工日常巡检，工作人员配备相应的手持巡检设备，通过步行或开车的方式来进行燃气管线巡检，巡检结果的统计主要依靠工作人员记录在纸质巡检记录表上的数据，保证数据的完整性和准确性需要较多时间和心思。完成一次巡检任务需要花费较多人力、物力和时间。人工巡检过程中工作人员必须保持通讯工具畅通，确保随时随地进行联系，以此来判断巡检人员的位置及安全状况，然而在恶劣环境、燃气泄漏未知的情况下，工作人员对管线进行巡检时，也存在一定程度的安全隐患。

使用无人机搭载激光甲烷遥测仪和可见光吊舱构成遥感系统。搭载激光甲烷遥测仪的无人机可对测量或泄露区域进行扫描，测量甲烷浓度，生成甲烷浓度的实时电子地图，及时处理紧急情况等。搭载的光学吊舱的无人机在需要观测的管线上方飞行，以自上而下的开阔视角通过实时高清图像系统进行现场观测，与地面观测一道形成一个无死角的观测形式，同时拍摄照片或视频，照片自动记录位置信息，可进行后处理或存档；因此无人机系统在燃气管线巡检中具有独特的优势：(1)巡检过程自动化；(2)数字化信息丰富、精确；(3)智能软件实时绘制泄露浓度电子地图。

但是，存在问题在于机载远距离高灵敏度激光甲烷遥测技术，如何形成有效的浓度反演机制。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出基于激光遥测技术的气体泄漏无人机巡检浓度反演方法，实现了实时可靠的无人机机载燃气泄漏测量装置浓度反演方案。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于激光遥测技术的气体泄漏无人机巡检浓度反演方法，其特征在于包括如下步骤：

1)通过激光甲烷传感器基于搭载无人机扫描曲线，得到路径积分浓度采样；

2)得到基于燃气管道坐标系的点阵浓度反演；

3)基于点阵浓度和风向估计的气体泄漏扩散模型的极大似然估计，获得泄漏位置与泄漏率估计；

4)气体泄漏扩散模型重构连续的浓度地图，并根据危险阈值划分危险区和隔离区；

5)采用地面终端或者手持APP，进行实时显示和智能化应急辅助决策分析。

进一步的，在步骤2中，通过构造燃气管线的坐标系，将采样得到扫描曲线的路径积分浓度通过坐标旋转变换和差值的方式获取，管道坐标系、直角坐标系下的行列点阵处的积分浓度值。

进一步的，具体包含如下步骤：

31)构造燃气泄漏气体扩散的高斯烟羽模型，

32)根据点阵浓度，当超过若干个点的浓度大于指定阈值，则判定可能存在泄漏；

33)得到浓度大于指定阈值的点阵，构建气体泄漏扩散模型,再基于行列点阵浓度和风向测量，构建燃气泄漏模型的极大似然估计，完成泄漏位置估计和泄漏率估计。