[发明专利]一种天然气管道泄漏智能监测方法及系统

说明书

本发明提供了一种天然气管道泄漏智能监测方法，包括如下步骤：用声阵列采集天然气管道运行时的音频信号；使用基于符号相干性和特征空间分解的波束形成算法对音频信号进行成像定位；通过线性约束最小方差算法获取波达角方向的音频频谱；将波束形成的频谱作为特征进行标准化处理，输入到预训练好的天然气泄漏诊断模型中，得到管道状况。本发明所提出的天然气管道泄漏智能监测方法，使用基于符号相干性和特征空间分解的波束形成算法，更好地抑制旁瓣和提高声学成像分辨率，可以在现场图像上对泄漏源进行高对比度和高分辨率的声学成像和准确定位，有效提高天然气泄漏诊断的准确率，同时大大降低值班人员的工作量和排查难度。

技术领域

本发明属于天然气泄漏监测技术领域，更具体地，涉及一种天然气管道泄漏智能监测方法及系统。

背景技术

全球天然气运输和分配网络非常复杂且仍在不断扩展。研究表明，管道作为一种气体运输工具是最安全的，但这并不意味着利用管道运输气体是没有风险的。因此，确保天然气管道基础设施的可靠性已成为一项关键需求，而泄漏的产生是威胁管道网络可靠性的主要因素。由于可能会产生巨大的影响，所以无论泄漏大小，管道泄漏是一个重要问题。这些影响超出了停机时间和维修费用所涉及的成本，可能包括大量的资源损失，还可能包括人身伤害和环境灾难。由于外部干扰、腐蚀、施工缺陷、材料故障和地面移动等因素的影响，发生泄漏的风险越来越大，甚至会引发重大燃气管道事故。

泄漏检测技术作为保证设备安全运行的方式，正逐渐受到人们的重视。在过去的几十年里，为了抵消气体泄漏的灾难性影响，人们在研究气体泄漏检测技术方面投入了相当多的努力。然而，仅仅揭示气体泄漏的存在不足以确定有效的应对措施。在确定解决措施之前，必须知晓泄漏的位置、大小等信息，这些工作也是管道可靠性保证领域的研究重点。因此，及时发现并准确定位管道的泄漏源，具有十分重要的现实意义。

现有的泄漏检测方法主要有光学法、压力差法、振动法、声学法等。光学法利用辐射源或气体产生的辐射来进行泄漏检测，但这种方法成本很高且不够稳定；压力差法使用安装在管段两端的压力传感器来捕获泄漏导致的压降，但这种方法难以实现且准确率较低；振动法通过加速度计在管道处采集的振动信号来判断是否发生泄漏，但这种方法稳定性较差且受环境影响较大；传统的声学法使用布置在各管道附近的声传感器网络来检测泄漏产生的声信号，但这种方法实施起来比较复杂，且无法准确确定泄漏的位置。与此同时，目前天然气管道的泄漏检测仍主要依赖于人工巡检，这种方式需要值班人员去现场一一检查，很大程度上取决于个人的经验和细心程度，大大加剧值班人员的工作量和企业的维保成本，不够安全高效可靠。

综上所述，提供一种安全高效可靠的天然气管道泄漏智能监测方法及系统是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种天然气管道泄漏智能监测方法及系统，其目的在于至少解决现有方法施工复杂、稳定性差、准确率低以及成本较高的问题之一。

为达上述目的，第一方面，本发明提供了一种天然气管道泄漏智能监测方法，包括如下步骤：

S₁：用声阵列采集天然气管道运行时的音频信号；

S₂：使用基于符号相干性和特征空间分解的波束形成算法对音频信号进行成像定位；

S₃：通过线性约束最小方差算法获取波达角方向的音频频谱；

S₄：将波束形成的频谱作为特征进行标准化处理，输入到预训练好的天然气泄漏诊断模型中，得到管道状况。

进一步的，在步骤S₁中，所述声阵列包括声传感器、摄像头和数据采集卡，

所述声传感器以多臂螺旋形状分布于声阵列平面上，以用于收集管道音频信号；

所述摄像头与所述声阵列的接收方向一致，以用于采集现场图像；