基本信息
- 項目名稱：
- 地下綜合管溝油氣管道泄漏智能檢測系統(tǒng)研制
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 目前國內(nèi)外油氣管道泄漏檢測方法在泄漏點的定位精度、誤報警率和漏報警率上，特別是面對復雜管網(wǎng)結(jié)構時，還很難令人滿意。為解決此類問題，作品研究了一種應用于城市地下綜合管溝的由SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)相結(jié)合的綜合檢測系統(tǒng)。通過采用嗅覺和超聲檢測管道泄漏信號、多元數(shù)據(jù)融合的泄漏點識別、基于高斯函數(shù)濾波的信號預處理技術和光電導航、里程自校準等技術，使定位精度可達到米級以下，并可極大地降低泄漏檢測的誤報率。作品結(jié)合管網(wǎng)GPS定位、GIS調(diào)度系統(tǒng)使用，可實現(xiàn)自動化的管網(wǎng)運行安全管理、調(diào)度和決策指揮。作品亦可應用于其他大空間和長距離環(huán)境的燃氣泄漏檢測；相關技術還可以移植應用于其他壓力管線的氣密性自動化檢查。其推廣應用情景廣闊。
- 詳細介紹：
- 作品設計和發(fā)明的目的： 世界已經(jīng)進入“石油時代”，并且正在步入“天然氣時代”。隨著油氣能源的廣泛利用，油氣能源的安全儲運變得非常關鍵。油氣輸送管道泄漏不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失和資源浪費，而且會帶來安全和污染問題。因此，對油氣輸送管道進行泄漏檢測非常必要。地下綜合管溝油氣管道泄漏智能檢測系統(tǒng)研制的目的在于提高城市地下綜合管溝中油氣管道泄漏檢測的穩(wěn)定性和精確性，降低泄漏檢測的誤報率和漏報率，降低管道運行維護人員的勞動強度和提高其工作效率。作品結(jié)合管網(wǎng)GPS定位、GIS調(diào)度系統(tǒng)使用，可實現(xiàn)自動化的管網(wǎng)運行安全管理、調(diào)度和決策指揮，發(fā)揮巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。 基本設計思路： 目前單一油氣管道泄漏檢測方法在泄漏點的定位精度、誤報警率和漏報警率上，特別是面對復雜管網(wǎng)結(jié)構時，還很難令人滿意，往往需要進一步結(jié)合人工排查確認泄漏點，從而導致工作效率低、工程量大等問題。為解決此類問題，研究組設計研制了一種應用于城市地下綜合管溝的油氣管道智能檢測系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要由SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)組成。其中SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)對油氣管道進行實時監(jiān)控和粗略的泄漏定位；智能巡檢系統(tǒng)的主體為巡檢機器人，巡檢機器人對管道進行巡線檢測和精確的泄漏定位。SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)相輔相成，二者結(jié)合實現(xiàn)了在線監(jiān)控與自動化巡檢的作業(yè)方式。 主要創(chuàng)新點： 該油氣管道泄漏智能檢測系統(tǒng)的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下四個方面： （1）SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)了在線監(jiān)控與自動化巡檢定位的相結(jié)合的組合作業(yè)方式； （2）采用基于超聲波與嗅覺傳感器二元數(shù)據(jù)融合的自適應線性組合器，提高泄漏點定位精度； （3）采用基于自適應模糊檢噪算法（AFND）和多尺度高斯濾波算法相結(jié)合的數(shù)字信號預處理技術，分別實現(xiàn)了對檢測泄漏量的傳感器信號波形去粗差、去抖動的環(huán)境噪聲和電子噪聲濾波的目的。 （4）應用于城市地下綜合管溝中油氣管道泄漏檢測定位的光電自主導航和里程自校準的方法，該方法在低成本條件下提高了導航定位精度。 技術關鍵點： SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)技術關鍵點 （1）SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點相關性分析 （2）WSN（無線傳感器網(wǎng)絡）的無線數(shù)據(jù)傳輸 智能巡檢系統(tǒng)技術關鍵點： （1）聲覺、嗅覺傳感器二元數(shù)據(jù)融合的漏點識別； （2）粗差過濾和抖動消除的數(shù)字濾波算法設計實現(xiàn)； （3）巡檢機器人的導航定位軟硬件設計實現(xiàn)； （4）巡檢機器人機構可調(diào)、輕型化，遇微小障礙的避障算法； （5）巡檢機器人與工作站計算機之間的無線數(shù)據(jù)通信； （6）在工作站上實現(xiàn)檢測過程的可視化分析和存儲。 性能指標： 結(jié)合作品的設計目的和方案，研究組將整個系統(tǒng)分為兩期工程分別完成。一期工程為智能巡檢系統(tǒng)設計及完成；二期工程為SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)設計及完成。目前，一期工程已圓滿完成，并通過測試；二期工程的軟、硬件設計也基本完成，正進行相關驗證性實驗和主要技術指標的測試。 現(xiàn)將一期工程智能巡檢系統(tǒng)主要技術指標呈現(xiàn)如下： 巡檢機器人功耗：3W 巡檢機器人續(xù)航里程：2000m 泄漏定位精度：4±30%cm 無線通訊方式：半雙工 通訊中心頻點：315MHz 數(shù)據(jù)傳輸速率：9600bps 生產(chǎn)試驗效果與應用前景： 申報作品在華潤燃氣有限公司進行現(xiàn)場試驗，試驗表明：該泄漏檢測系統(tǒng)對泄漏點的定位能力強，運行穩(wěn)定，誤報率低。同時申報作品在上海電器科學研究所（集團）有限公司、中原油田采油三廠等企業(yè)單位的進行了技術鑒定，受到同行們的一直好評，具有很高的實用價值和推廣應用價值。 申報作品在管道檢測行業(yè)具有廣闊的應用前景。研制成功后可進一步向監(jiān)控檢測維修一體化系統(tǒng)發(fā)展，具有更高的應用價值；相關技術還可擴展應用于管道煤氣、給水管道等相關領域的安全性檢測；結(jié)合管網(wǎng)GIS，可實現(xiàn)自動化的管網(wǎng)運行安全管理、調(diào)度和決策指揮。從而帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。 申報者完成的工作 （1）整理和分析了國內(nèi)外現(xiàn)有油氣管道泄漏檢測技術現(xiàn)狀，確立了基本研究方案。 （2）建立了油氣管道泄漏檢測模型，搭建了試驗平臺。 （3）針對研發(fā)方案檢測原理完成了超聲波檢測模塊、氣敏檢測模塊、報警電路、串口通信等電路模塊的設計，同時完成了油氣管道泄漏管外檢測機械傳動機構設計。 （4）完成了超聲波檢測模塊、氣敏檢測模塊、報警電路、串口通信等電路模塊電路圖的繪制和模塊電路板制作，完成了管外機械傳動機構的制作。 （5）利用完成的檢測模塊和機械傳動機構組裝模型進行了系統(tǒng)測試，驗證了檢測原理的正確性和可行性。 （7）組織并進行了油氣管道泄漏智能檢查設備的多次室內(nèi)檢測試驗、兩次油氣管道現(xiàn)場檢測試驗；對試驗數(shù)據(jù)進行分析、處理，以試驗數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的處理結(jié)果為依據(jù)，評價油氣管道泄漏智能檢查設備的工作性能。 （7）認真分析和總結(jié)試驗過程中出現(xiàn)的問題，進一步完善和提高了油氣管道泄漏智能檢測設備的檢測精確性和穩(wěn)定性，對檢測系統(tǒng)進行優(yōu)化改進設計。 取得的成果 1、申請專利 （1）申請專利《應用自主導航機器人對油氣管道泄漏的檢測定位方法》 專利號：200910062140.0 （2）申請專利《油氣管道泄漏智能巡檢機》 專利號：200820193536.X （3）申請專利《一種環(huán)抱式油氣管道泄漏巡檢傳動機構》 專利號：200920084228.8 （4）申請專利《一種索道式油氣管道泄漏巡檢傳動機構》 專利號： 200920084229.2 2、發(fā)表論文 題為《燃氣管道泄漏巡檢系統(tǒng)研究》的論文發(fā)將表于中文核心期刊《現(xiàn)代制造工程》2009年12期 題為《油氣管道安全性檢測的技術分析與技術整合》的會議論文發(fā)表于中國國土經(jīng)濟學會2009年3月 題為《索道式與環(huán)抱式傳動機構在油氣管道泄漏檢測中的應用》的論文發(fā)表于《科協(xié)論壇》2009年5期 3、成果鑒定及社會評價 （1）中國科學院武漢文獻情報中心科技查新報告表明國內(nèi)未見與本作品創(chuàng)新點相同或相似報道。 （2）中原油田分公司采油三廠開據(jù)現(xiàn)場應用證明，證明申報作品具有較高的實用價值和推廣應用前景。 （3）安陽華潤燃氣有限公司開據(jù)現(xiàn)場應用證明，證明申報作品對泄漏點的定位能力強，運行穩(wěn)定，誤報率低。 （4）上海電器科學研究所（集團）有限公司開據(jù)技術證明，證明申報作品技術具有較強的科學性和應用性。 （5）廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局開據(jù)技術證明，證明作品設計思路新穎、操作簡便、可移植性強、檢測精度高。 4、獲得獎勵 作品在2009年湖北省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽中榮獲“一等獎”
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 發(fā)明目的：作品旨在提高城市地下綜合管溝中油氣管道泄漏檢測的精確性和穩(wěn)定性，提高管道維護人員工作效率，降低泄漏檢測的誤報率和漏報率，降低管道運行維護人員的勞動強度。結(jié)合管網(wǎng)GIS使用，實現(xiàn)自動化的管網(wǎng)運行安全管理、調(diào)度和決策指揮。 設計思路：該系統(tǒng)主要由SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)組成。其中SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)對油氣管道進行實時監(jiān)控和粗略的泄漏定位；智能巡檢系統(tǒng)的主體為巡檢機器人，對管道進行巡線檢測和精確泄漏定位。SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)相輔相成，二者結(jié)合實現(xiàn)了在線監(jiān)控與自動化巡檢的組合作業(yè)方式。 技術創(chuàng)新點：（1）SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)結(jié)合。（2）采用基于超聲波與嗅覺傳感器二元數(shù)據(jù)融合的自適應線性組合器。（3）采用基于自適應模糊檢噪算法和多尺度高斯濾波算法相結(jié)合的數(shù)字信號預處理技術。（4）光電自主導航和里程自校準的方法。 技術關鍵點： SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)技術關鍵點：（1）SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點相關性分析。（2）WSN的無線數(shù)據(jù)傳輸。 智能巡檢系統(tǒng)技術關鍵點：（1）聲覺、嗅覺傳感器二元數(shù)據(jù)融合的漏點識別。（2）粗差過濾和抖動消除的數(shù)字濾波算法設計實現(xiàn)。（3）機器人的巡檢功能實現(xiàn)。（4）在工作站上實現(xiàn)檢測過程的可視化分析和存儲。 智能巡檢系統(tǒng)主要技術指標：巡檢機器人功耗：3 W 巡檢機器人續(xù)航里程：2000 M 泄漏定位精度：4±30% CM 無線通訊方式：半雙工 通訊中心頻點：315 MHz 數(shù)據(jù)傳輸速率：9600 bps
科學性、先進性
- 申報作品與現(xiàn)有檢測技術相比，其研究特色在于：地下綜合管溝油氣管道泄漏智能檢測系統(tǒng)是由SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)與智能巡檢系統(tǒng)相結(jié)合的檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了在線監(jiān)控與自動化巡檢定位相結(jié)合的組合作業(yè)方式。申報作品運用SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)對油氣管道進行實時監(jiān)控和粗略的泄漏定位，智能巡檢系統(tǒng)對管道進行巡線檢測和精確的泄漏定位，提供一種城市地下綜合管溝環(huán)境下取代人工排查的自動化泄漏檢測和精確定位系統(tǒng)。申報作品結(jié)合管網(wǎng)GPS定位、GIS調(diào)度系統(tǒng)使用，可實現(xiàn)自動化的管網(wǎng)運行安全管理、調(diào)度和決策指揮。 根據(jù)查新報告顯示，作品所涉及的有關基于超聲波檢測與嗅覺傳感器多源數(shù)據(jù)融合的應用于油氣管道泄漏檢測的研究和有關基于以高斯函數(shù)為尺度空間核的信號多尺度空間分析的高斯濾波算法與粗差檢測型濾波算法相結(jié)合的應用于油氣管道泄漏檢測信號預處理的研究僅本研究組在進行研究。 該作品在上海電器科學研究所等4家單位進行的技術評估，得到同行們的一直好評，結(jié)果顯示作品的漏點定位能力強、誤報率低，具有很高的實用價值和推廣應用價值。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年3月在教育部科技查新工作站進行科技查新，報告表明國內(nèi)未見與本作品創(chuàng)新點相同或相似報道。 2009年6月在湖北省第七屆“挑戰(zhàn)杯”競賽中榮獲“一等獎” 2009年5月在中原油田分公司采油三廠進行現(xiàn)場應用。結(jié)果表明作品具有較高的實用價值和推廣應用前景。 2009年3月在上海電器科學研究所（集團）有限公司開展技術論證。研究討論證明申報作品技術具有較強的科學性和應用性。 2009年4月在廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局開展技術論證。研究討論證明作品設計思路新穎、操作簡便、可移植性強、檢測精度高。 2009年2月在安陽華潤燃氣有限公司進行現(xiàn)場應用。結(jié)果表明作品定位能力強、運行穩(wěn)定、誤報率低。
作品所處階段
- 試驗應用階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- ■實物、產(chǎn)品 ■模型 ■圖紙 ■磁盤 ■現(xiàn)場演示 ■圖片 ■錄像 ■樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 作品采用粗檢測和精檢測相結(jié)合的手段對城市地下綜合管溝中的油氣管道進行泄漏檢測和精確定位。作品使用中，先采用SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)對管道采取實時監(jiān)控，當發(fā)現(xiàn)某段管道出現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)異常時，立刻采用智能巡檢系統(tǒng)，利用巡檢機器人對該段管道進行巡線檢測和精確定位。 作品適用于城市地下綜合管溝中對油氣管道進行泄漏檢測和精確定位。其技術特點和優(yōu)勢在于（1）自動化程度高。采用在線監(jiān)控、無線數(shù)據(jù)傳輸、自主導航定位和數(shù)據(jù)融合等技術。（2）多種技術優(yōu)勢互補、集成度高。（3）系統(tǒng)漏報率和誤報率低。綜合運用在線監(jiān)控和巡線檢測的手段，將檢測由段到點，逐步定位。（4）技術可移植性強。 作品立足于能源安全問題，切合節(jié)能減排、環(huán)境保護、城市減災防災等科學發(fā)展的熱點主題，符合節(jié)約型社會和和諧社會的主旋律。該作品在華潤燃氣有限公司進行的現(xiàn)場試驗表明：該技術的應用對泄漏點有較強的定位能力，且具有系統(tǒng)運行穩(wěn)定，誤報率和漏報率低的優(yōu)點，受到同行好評，具有很高的實用價值和推廣應用價值。
同類課題研究水平概述
- 據(jù)資料檢索，目前國內(nèi)外油氣管道泄漏檢測方法大體可分為直接檢漏和間接檢漏：直接檢漏法主要利用圖像分析或用泄漏物敏感材料制成傳感器檢測管道外是否有泄漏物，主要包括泄漏檢測線纜法和空氣取樣法；間接檢漏法是通過監(jiān)測管道的運行參數(shù)，如壓力、流量、溫度等估計泄漏，主要包括質(zhì)量平衡法、負壓波檢漏法、壓力梯度法、壓力點分析法、統(tǒng)計檢漏法、應力波法、聲波法、實時模型法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡和模式識別的方法、小波變換法、管內(nèi)智能爬行機法等泄漏檢測方法。按泄漏檢測作業(yè)方式的實時性，又可大體分為網(wǎng)絡化在線檢測和人工檢測兩種方式: 在線檢測方式是指實時采集可提供泄漏信息的多點傳感器數(shù)據(jù)，在監(jiān)控中心計算機上集中、統(tǒng)一地監(jiān)視和分析這些分布式測量數(shù)據(jù)，從而達到實時檢測泄漏的目的；人工檢測一般使用檢漏儀器對泄漏點進行排查，可作為人工報告泄漏或在線檢測預警的后續(xù)確認手段。 目前國內(nèi)油氣管道泄漏檢測主要采用漏磁檢測法，但對鋪設于城市地下綜合管溝中的油氣管道的泄漏檢測技術的水平還不高,主要依靠人工攜帶檢測儀器沿著管道巡檢, 無法實現(xiàn)在線實時監(jiān)控和精確定位。國外油氣管道泄漏檢測主要采用管內(nèi)智能爬行機檢測法，管內(nèi)智能爬行機是沿管內(nèi)管流運動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化檢測，但智能爬行機只能在管道停運檢修狀態(tài)下工作，影響油氣管道運輸?shù)恼＿M行。 綜上所述，雖然國內(nèi)外各種油氣管道泄漏檢測方法都有其特點，但單一泄漏檢測方法在泄漏點的定位精度、誤報警率和漏報警率上，特別是面對復雜管網(wǎng)結(jié)構時，還很難令人滿意，往往需要結(jié)合人工排查進一步確認泄漏點，工作效率低且容易出錯，無法實現(xiàn)自動化連續(xù)作業(yè)。 申報作品地下綜合管溝油氣管道泄漏智能檢測系統(tǒng)是由SCADA在線監(jiān)控系統(tǒng)與智能巡檢系統(tǒng)相結(jié)合的檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了在線監(jiān)控與自動化巡檢定位的相結(jié)合的組合作業(yè)方式。根據(jù)查新報告顯示，作品所涉及的有關基于超聲波檢測與嗅覺傳感器多源數(shù)據(jù)融合的應用于油氣管道泄漏檢測的研究和有關基于以高斯函數(shù)為尺度空間核的信號多尺度空間分析的高斯濾波算法與粗差檢測型濾波算法相結(jié)合的應用于油氣管道泄漏檢測信號預處理的研究未見文獻報道，目前在國內(nèi)僅本研究組在研究。研究取得成果顯著，申請專利4項，發(fā)表論文多篇。作品在中原油田采油三廠和華潤燃氣有限公司的現(xiàn)場試驗以及在上海電器科學研究所和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局的技術鑒定，證明有廣闊的應用價值。
