[发明专利]一种基于波束形成的管道泄漏位置计算方法

说明书

本发明公开了一种基于波束形成的管道泄漏位置计算方法，其包括成直线排列布置一个参考传感器和多个辅助传感器构建传感器阵列；若发生管道泄漏，通过传感器阵列中的每个传感器采集泄漏信号，并发送至信号处理终端；信号处理终端采用除自谱的互功率谱波束形成算法对管道泄漏所产生声源位置和声波信号沿管道传播的速度进行联合计算并输出定位结果。通过传感器阵列对所述管道泄漏所产生声源位置和声波信号沿管道传播的速度进行联合估计，从而避免采用理论速度模型对复杂管道环境下波速进行估计所产生的误差，实现对管道泄漏位置的精确定位。

技术领域

本发明涉及管道泄漏定位技术领域，尤其涉及一种基于波束形成的管道泄漏位置计算方法。

背景技术

近年来，管道运输作为一种重要的能源运输方式(世界上100％的天然气、85％的原油通过管道运输)，为能源运输带来便利的同时也不可避免的增加了安全隐患。为实现安全可持续发展，有必要对燃气管网泄漏进行准确定位，及时排除安全隐患。

管道泄漏声波定位方法以其较好的综合性能得到日益广泛的研究和应用，其原理是利用泄漏位置上下游两端的传感器采集信号并进行延时估计，结合传感器间距和波速即可计算出泄漏位置。现有声波法属于一种两步定位方法，实际为次最优声源位置估计过程。该方法的定位误差仍较大，影响因素主要有：(1)延时估计误差，主要由背景噪声干扰和延时估计函数自身性能不佳所引起，Liu等建立了用于提取泄漏信号特征的降噪系统；(2)理论波速误差，由于管道环境复杂以及管内气体介质的流动，很难对沿管道传播的泄漏声波进行精确的理论波速估计，Li等提出一种基于时频谱的定位方法，提取非频散导波模态信号的互功率谱，从而实现对速度随频率变化的泄漏信号定位。

现有声波法一般基于双传感器进行延时估计和定位，可看作基于2元线性阵列的波达时差法。相较于波达时差法，高分辨率谱估计法和波束形成法的定位精度更高、抗干扰能力更强。但较多的阵元数目需求和混响干扰的存在限制了高分辨率谱估计法的实际应用效果。而常规波束形成法则直接以延时补偿的方式进行加权，无需信源与噪声的先验知识，实际应用简单方便。

据此，目前急需一种基于波束形成的管道泄漏位置-波速联合估计方法，避免理论波速模型的误差，提升声波法的抗干扰能力，实现对泄漏位置的精确定位。

发明内容

本发明提供了一种基于波束形成的管道泄漏位置计算方法，旨在避免采用理论速度模型对复杂管道环境下波速进行估计所产生的误差，实现对管道泄漏位置的精确定位。

本发明提供了一种基于波束形成的管道泄漏位置计算方法，其包括。

在目标管道的一端外壁处布置一个参考传感器，在所述目标管道的另一端外壁处间隔布置多个辅助传感器，所述多个辅助传感器与所述参考传感器成直线排列构成一个多元线性传感器阵列；

若发生管道泄漏，通过所述多元线性传感器阵列中的每个传感器采集泄漏信号，并将所述泄漏信号发送至信号处理终端；

所述信号处理终端采用除自谱的互功率谱波束形成算法对管道泄漏所产生声源位置和声波信号沿管道传播的速度进行联合计算并输出对所述管道泄漏位置的定位结果。

本发明实施例通过传感器阵列对所述管道泄漏所产生声源位置和声波信号沿管道传播的速度进行联合估计，从而避免采用理论速度模型对复杂管道环境下波速进行估计所产生的误差，实现对管道泄漏位置的精确定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于波束形成的管道泄漏位置计算方法的流程示意图；