本發(fā)明涉及管道法蘭監(jiān)測，尤其涉及一種管道法蘭監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)管道和天然氣管道等設(shè)施的廣泛應(yīng)用，管道泄漏問題逐漸成為影響生產(chǎn)安全、資源利用和環(huán)境保護(hù)的一大隱患。法蘭作為管道連接的重要部件，在法蘭連接處會存在管道泄漏的情況。因此，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測管道法蘭的泄漏情況，對于保障管道安全和運(yùn)行效率具有重要意義。

2、然而，傳統(tǒng)的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在不足。一方面，傳統(tǒng)的管道監(jiān)測系統(tǒng)依賴于人定期檢查發(fā)現(xiàn)法蘭的問題，人工監(jiān)測方法依賴人工經(jīng)驗(yàn)且效率低下，耗時(shí)費(fèi)力難以確保每個(gè)環(huán)節(jié)得到及時(shí)的監(jiān)測，此外，人工監(jiān)測無法進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，容易導(dǎo)致漏檢或延誤。另一方面，為了提高管道法蘭的監(jiān)測效率，很多管道監(jiān)測系統(tǒng)采用有源傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。但有源傳感器需要外部電源供電，這在一些惡劣環(huán)境的管道中，給傳感器的布置和維護(hù)帶來了困難。此外，現(xiàn)有的管道監(jiān)測系統(tǒng)存在監(jiān)測準(zhǔn)確性不足的問題，無法保證準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。

3、綜上，現(xiàn)有的管道法蘭監(jiān)測技術(shù)在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、成本以及維護(hù)便捷性等方面存在不足，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對于管道系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行的需求。因此，如何提高管道法蘭監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和監(jiān)測效率是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種管道法蘭監(jiān)測系統(tǒng)和方法，旨在解決在無需人工監(jiān)測，不采用有源傳感器的情況下，如何準(zhǔn)確、高效地監(jiān)測管道法蘭的泄漏問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種管道法蘭監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：采集模塊、判斷模塊、分析模塊、處理模塊和預(yù)警模塊。

3、采集模塊用于，獲取第一管道的第一目標(biāo)流速和第二管道的第二目標(biāo)流速；第一管道和第二管道通過法蘭連接。

4、判斷模塊用于，基于第一目標(biāo)流速和第二目標(biāo)流速，確定法蘭監(jiān)測點(diǎn)是否存在泄漏，并在法蘭監(jiān)測點(diǎn)存在泄漏的情況下，確定泄漏點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置和每個(gè)泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量；法蘭監(jiān)測點(diǎn)是指管道法蘭連接處設(shè)置的用于監(jiān)測泄漏的位置。

5、分析模塊用于，將泄漏點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置和每個(gè)泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量輸入訓(xùn)練好的隨機(jī)森林模型，得到每個(gè)泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型；針對每個(gè)泄漏點(diǎn)，基于歷史泄漏數(shù)據(jù)，確定泄漏點(diǎn)的泄漏相似度；基于泄漏相似度，驗(yàn)證泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型是否準(zhǔn)確，并在預(yù)測泄露類型不準(zhǔn)確的情況下，根據(jù)歷史泄漏數(shù)據(jù)，利用聚類算法重新確定泄漏點(diǎn)的泄漏類型。

6、處理模塊用于，提取每個(gè)泄漏點(diǎn)的泄漏類型特征；根據(jù)每個(gè)泄漏點(diǎn)的泄漏類型特征和特征閾值，確定每個(gè)泄漏點(diǎn)的破損類型；刪除破損類型與管道結(jié)構(gòu)破損無關(guān)的泄漏點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)剩余泄漏點(diǎn)的破損特征數(shù)量。

7、預(yù)警模塊用于，根據(jù)破損特征數(shù)量發(fā)出相應(yīng)級別的預(yù)警，并生成可視化預(yù)警報(bào)告，可視化預(yù)警報(bào)告包含剩余泄漏點(diǎn)的位置和破損類型。

8、基于上述技術(shù)方案，采集模塊可以采集由法蘭連接的第一管道的第一目標(biāo)流速和第二管道連接的第二管道流速，為后續(xù)監(jiān)測法蘭監(jiān)測點(diǎn)是否泄漏提供數(shù)據(jù)支持。判斷模塊可以通過分析第一目標(biāo)流速與第二目標(biāo)流速的差異，判斷法蘭監(jiān)測點(diǎn)是否存在泄漏的情況，提高管道法蘭的泄漏問題的監(jiān)測準(zhǔn)確率和效率。

9、在確認(rèn)泄漏的情況下，分析模塊可以利用隨機(jī)森林模型，根據(jù)泄漏點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置和氣體泄漏量，來預(yù)測泄漏點(diǎn)的泄漏類型，如此避免了人為經(jīng)驗(yàn)的判斷，提升了系統(tǒng)的自動化程度。處理模塊可以統(tǒng)計(jì)剩余泄漏點(diǎn)的破損特征數(shù)量，提取泄漏類型特征并剔除無關(guān)特征的泄漏點(diǎn)，避免了監(jiān)測重點(diǎn)放在權(quán)重較小的泄漏點(diǎn)的問題，從而進(jìn)一步提升了管道監(jiān)測的精確度。預(yù)警模塊可以基于破損特征數(shù)量發(fā)出相應(yīng)級別的預(yù)警，并生成預(yù)警報(bào)告，為后續(xù)的管道修復(fù)和維護(hù)提供了數(shù)據(jù)支持，提升了系統(tǒng)對資源的利用率和科學(xué)性。

10、在一些實(shí)施例中，采集模塊包括第一流量傳感器，第一流量傳感器為無線無源傳感器；采集模塊具體用于，利用第一流量傳感器獲取第一管道的第一流量和第二管道的第二流量，然后基于第一流量和第一管道的直徑，確定第一管道的第一目標(biāo)流速，并基于第二流量和第二管道的直徑，確定第二管道的第二目標(biāo)流速。

11、在一些實(shí)施例中，第一目標(biāo)流速和第二目標(biāo)流速由下述公式得出：

12、

13、其中，v1表示第一目標(biāo)流速，v2表示第二目標(biāo)流速，q1表示第一管道的第一流量，q2表示第二管道的第二流量，d表示第一管道的直徑和第二管道的直徑，第二管道的直徑和第二管道的直徑相等。

14、在一些實(shí)施例中，采集模塊還包括第二流量傳感器和超聲波傳感器，第二流量傳感器和超聲波傳感器為無線無源傳感器；判斷模塊具體用于，當(dāng)?shù)谝荒繕?biāo)流速和第二目標(biāo)流速相等時(shí)，確定法蘭監(jiān)測點(diǎn)不存在泄漏，不開啟第二流量傳感器和超聲波傳感器；當(dāng)?shù)谝荒繕?biāo)流速和第二目標(biāo)流速不相等時(shí)，確定法蘭監(jiān)測點(diǎn)存在泄漏，開啟第二流量傳感器和超聲波傳感器。

15、在一些實(shí)施例中，在確定法蘭監(jiān)測點(diǎn)存在泄漏的情況下，判斷模塊還具體用于，利用超聲波傳感器確定泄漏點(diǎn)的數(shù)量，并基于超聲波傳感器的位置坐標(biāo)、超聲波傳播速度以及兩個(gè)相鄰的超聲波傳感發(fā)送的超聲波信號到達(dá)每個(gè)泄漏點(diǎn)的時(shí)間差，確定每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置；利用第二流量傳感器獲取每個(gè)泄漏點(diǎn)的氣體。

16、在一些實(shí)施例中，每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置由下述公式得出：

17、

18、其中，c表示超聲波傳感器的超聲波傳播速度，δti表示兩個(gè)相鄰的超聲波傳感器發(fā)送的超聲波信號到達(dá)泄漏點(diǎn)的時(shí)間差，x和y表示泄漏點(diǎn)的位置坐標(biāo)，xi和yi表示第i個(gè)超聲波傳感器的位置坐標(biāo)，x1和y1表示第1個(gè)超聲波傳感器的位置坐標(biāo)，第1個(gè)超聲波傳感器和第i個(gè)超聲波傳感器位置相鄰；表示第i個(gè)超聲波傳感器到泄漏點(diǎn)的距離，表示第1個(gè)超聲波傳感器到泄漏點(diǎn)的距離。

19、在一些實(shí)施例中，分析模塊具體用于，獲取歷史泄漏數(shù)據(jù)，歷史泄漏數(shù)據(jù)包括歷史泄漏點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)歷史泄漏點(diǎn)的位置、歷史氣體泄漏量和歷史泄漏類型；將歷史泄漏數(shù)據(jù)作為泄漏訓(xùn)練集，采用交叉驗(yàn)證并且結(jié)合網(wǎng)格搜索，搜尋隨機(jī)森林模型的模型參數(shù)，建立隨機(jī)森林模型；使用泄漏訓(xùn)練集擬合隨機(jī)森林模型，得到訓(xùn)練好的隨機(jī)森林模型，訓(xùn)練好的隨機(jī)森林模型用于預(yù)測泄漏點(diǎn)的泄露類型；將泄漏點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置和每個(gè)泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量輸入訓(xùn)練好的隨機(jī)森林模型，得到每個(gè)泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型。

20、在一些實(shí)施例中，分析模塊具體用于，針對每個(gè)泄露點(diǎn)，從歷史泄漏數(shù)據(jù)中篩選出與泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型相同的歷史泄漏點(diǎn)；基于歷史泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量、泄漏量流速和歷史泄漏點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號、以及泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量、泄漏量流速和泄漏點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號，確定泄漏點(diǎn)與歷史泄漏點(diǎn)的泄露相似度，泄漏點(diǎn)的泄露量流速通過采集模塊獲??；基于泄露相似度與泄露相似度閾值的大小，驗(yàn)證泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型是否準(zhǔn)確。

21、在一些實(shí)施例中，泄漏相似度由下述公式得出：

22、

23、其中，l表示泄露相似度，u1表示泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量，w1表示泄漏點(diǎn)的泄漏量流速，k1表示泄漏點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號，u2表示歷史泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量，w2表示歷史泄漏點(diǎn)的泄漏量流速，k2表示歷史泄漏點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號。

24、在一些實(shí)施例中，分析模塊具體用于，當(dāng)80％＜l≤100％時(shí)，確定泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型準(zhǔn)確；當(dāng)l≤80％或l＞100％時(shí)，確定泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型不準(zhǔn)確。

25、在一些實(shí)施例中，聚類算法包括高斯混合模型，在此基礎(chǔ)上，在泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄露類型不準(zhǔn)確的情況下，分析模塊具體用于，從歷史泄漏數(shù)據(jù)中提取每種泄漏類型的標(biāo)志數(shù)據(jù)，標(biāo)志數(shù)據(jù)用于表征泄露類型的特征；將歷史泄漏數(shù)據(jù)中的標(biāo)志數(shù)據(jù)和待重新確定的泄漏點(diǎn)的標(biāo)志數(shù)據(jù)確定為聚合數(shù)據(jù)集；針對聚合數(shù)據(jù)集中的每個(gè)標(biāo)志數(shù)據(jù)，利用高斯混合模型，確定標(biāo)志數(shù)據(jù)對每個(gè)高斯分布的責(zé)任值，并將責(zé)任值最大高斯分布對應(yīng)的簇確定為待重新確定的泄漏點(diǎn)的泄漏類型。其中，責(zé)任值用于表征標(biāo)志數(shù)據(jù)屬于每個(gè)高斯分布的概率；每個(gè)簇代表一種泄露類型。

26、在一些實(shí)施例中，處理模塊包括位移傳感器，位移傳感器用于采集每個(gè)泄漏點(diǎn)的泄漏類型長度特征，位移傳感器為無線無源傳感器；處理模塊具體用于，利用位移傳感器獲取每個(gè)泄漏點(diǎn)的泄漏類型長度特征；針對每個(gè)泄漏點(diǎn)，當(dāng)泄漏類型長度特征大于第一長度特征閾值時(shí)，確定泄漏點(diǎn)為管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)；當(dāng)泄漏類型長度特征小于或等于第一長度特征閾值，且大于第二長度特征閾值時(shí)，確定泄漏點(diǎn)判斷為次級管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)；當(dāng)泄漏類型長度特征小于或等于第二長度特征閾值，確定泄漏點(diǎn)為非管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)。

27、在一些實(shí)施例中，處理模塊具體用于，統(tǒng)計(jì)管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)的數(shù)量并記為破損數(shù)量，統(tǒng)計(jì)次級管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)的數(shù)量并記為次級破損數(shù)量，并刪除非管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)；確定破損數(shù)量和次級破損數(shù)量的比值g；當(dāng)1.5＜g時(shí)，將法蘭監(jiān)測點(diǎn)的泄露等級評定為一級泄漏；當(dāng)1＜g≤1.5時(shí)，將法蘭監(jiān)測點(diǎn)的泄露等級評定為二級泄漏；當(dāng)g≤1時(shí)，將法蘭監(jiān)測點(diǎn)的泄露等級評定為三級泄漏。

28、在一些實(shí)施例中，預(yù)警模塊具體用于，對評定為一級泄漏的法蘭監(jiān)測點(diǎn)發(fā)出一級預(yù)警；對評定為二級泄漏的法蘭監(jiān)測點(diǎn)發(fā)出二級預(yù)警；對評定為三級泄漏的法蘭監(jiān)測點(diǎn)發(fā)出三級預(yù)警；將管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)的位置和次級管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)的位置，存儲在坐標(biāo)圖表中，將管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量和次級管道結(jié)構(gòu)破損泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量存儲在柱狀圖中，并根據(jù)坐標(biāo)圖表和柱狀圖生成可視化預(yù)警報(bào)告。

29、第二方面，本技術(shù)提供一種管道法蘭監(jiān)測方法，該方法包括：

30、獲取第一管道的第一目標(biāo)流速和第二管道的第二目標(biāo)流速，第一管道和所述第二管道通過法蘭連接。

31、基于第一目標(biāo)流速和第二目標(biāo)流速確定法蘭監(jiān)測點(diǎn)是否存在泄漏，并在法蘭監(jiān)測點(diǎn)存在泄漏的情況下，確定泄漏點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置和每個(gè)泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量，法蘭監(jiān)測點(diǎn)是指管道法蘭連接處設(shè)置的用于監(jiān)測泄漏的位置。將泄漏點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)泄漏點(diǎn)的位置和每個(gè)泄漏點(diǎn)的氣體泄漏量輸入訓(xùn)練好的隨機(jī)森林模型，得到每個(gè)泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型；針對每個(gè)泄漏點(diǎn)，基于歷史泄漏數(shù)據(jù)，確定泄露點(diǎn)的泄漏相似度；基于泄漏相似度，驗(yàn)證泄漏點(diǎn)的預(yù)測泄漏類型是否準(zhǔn)確，并在預(yù)測泄露類型不準(zhǔn)確的情況下，根據(jù)歷史泄漏數(shù)據(jù)，利用聚類算法重新確定泄漏點(diǎn)的泄漏類型。

32、提取每個(gè)泄漏點(diǎn)的泄漏類型特征，并根據(jù)每個(gè)泄漏點(diǎn)的泄漏類型特征和特征閾值，確定每個(gè)泄漏點(diǎn)的破損類型；刪除破損類型與管道結(jié)構(gòu)破損無關(guān)的泄漏點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)剩余泄漏點(diǎn)的破損特征數(shù)量；

33、根據(jù)破損特征數(shù)量發(fā)出相應(yīng)級別的預(yù)警，并生成可視化預(yù)警報(bào)告，可視化預(yù)警報(bào)告包含剩余泄漏點(diǎn)的位置和破損類型。

34、第三方面，本技術(shù)提供一種管道法蘭監(jiān)測裝置，該裝置包括：處理器和通信接口。通信接口和處理器耦合，處理器用于運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序或指令，以實(shí)現(xiàn)如第二方面和第二方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任一項(xiàng)所述的管道法蘭監(jiān)測方法。

35、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有指令，當(dāng)指令在終端上運(yùn)行時(shí)，使得終端執(zhí)行如第二方面和第二方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任一項(xiàng)所述的管道法蘭監(jiān)測方法。

36、第五方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包含計(jì)算機(jī)指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)指令在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行如第二方面和第二方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任一項(xiàng)所述的管道法蘭監(jiān)測方法。

37、由此，本發(fā)明的上述技術(shù)特征具有以下有益效果：

38、(1)采用無線無源傳感器消除了對外部電源的依賴，減少了電源布置的復(fù)雜性，從而降低了傳統(tǒng)有源傳感器的維護(hù)成本。同時(shí)，無線無源傳感器具有良好的使用壽命和可靠性，適用于管道法蘭的長期監(jiān)測，減少了人力和物力的投入，提高了整體的監(jiān)測效率。

39、(2)通過實(shí)時(shí)獲取第一管道和第二管道的目標(biāo)流速，判斷法蘭監(jiān)測點(diǎn)是否發(fā)生泄漏，從而快速的觸發(fā)預(yù)警，具有良好的實(shí)時(shí)性，有效減少了漏檢和漏報(bào)問題。

40、(3)采用隨機(jī)森林模型預(yù)測泄漏類型，能夠準(zhǔn)確地將泄漏點(diǎn)進(jìn)行分類，通過歷史泄漏數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，提高了模型預(yù)測的準(zhǔn)確性，聚類算法智能自適應(yīng)的處理使得系統(tǒng)在面對不同環(huán)境和復(fù)雜情況時(shí)，能夠動態(tài)優(yōu)化其監(jiān)測精度，提高整體監(jiān)測能力和適應(yīng)性，通過篩選破損類型與管道結(jié)構(gòu)破損無關(guān)的泄漏點(diǎn)，避免了無關(guān)數(shù)據(jù)的干擾，保證管道法蘭監(jiān)測系統(tǒng)的精準(zhǔn)性。

41、(4)根據(jù)破損特征數(shù)量發(fā)出相應(yīng)級別的預(yù)警，生成可視化報(bào)告，可視化的數(shù)據(jù)展示有利于快速識別潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高管道運(yùn)營管理的透明度，提升了應(yīng)急響應(yīng)和決策效率，從而減少了安全隱患，為管道運(yùn)營提供了強(qiáng)有力的安全保障。