一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统和预警方法与流程

1.本发明属于管道泄漏监测技术领域，具体涉及一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统和预警方法。


背景技术：

2.能源是工业生产的命脉，经济发展也需要能源的支持，我国能源资源分布与能源消费区分布存在着矛盾。为解决能源资源的跨区调配问题，能源的运输方式变得尤为重要。基础交通设施的快速建设发展，大幅度提升了能源资源的运输效率，进一步加快了我国经济的可持续发展。近六十年来，我国的埋地管网通路不断完善，已逐步形成覆盖全国、连通海外的规模化大型管路网络。目前，能源的运输方式是以管道运输为主，全球的管道运输线已达250万公里，已超过铁路运输成为主要的能源运输方式。
3.在管道运输快速发展的同时，也存在潜在的泄漏危险。国内外多地发生过严重的管道泄漏事故，给社会经济及人民的生活造成严重的负面影响。管道泄漏的准确、实时、灵敏监测变的尤为重要。管道虽然对恶劣工作环境有一定的抵抗能力，但随着时间的推移，管道老化、腐蚀、磨损以及地质灾害的破坏，使得管道极易发生泄漏事件。管道泄漏造成的危害极大，如果泄漏点不能得到及时的封堵处理，会造成大量的能源资源流失浪费，带来严重的经济损失。同时，大量的石油泄漏会对泄漏点处的环境造成环境污染，使生态环境产生不可逆转的破坏。所以在大力建设运输管线的同时加强对管道安全的监测变得更加重要，这样才能保证能源资源的安全运输，管道运输线网的高效、平稳工作。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题就是提供一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统和预警方法，以便高效、准确的确定泄漏点与泄露范围，及时高效的进行有针对性的处置与修复，减少时间延误与资源浪费。采用的技术手段为：
5.一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，包括传感器探测模块、芯片信息收集模块、卫星通讯模块、服务器、实时监控终端、供电模块、警报模块；
6.所述传感器探测模块包括数个传感器，将传感器附着在地下管道周围进行布设，然后利用传感器对周围土壤进行检测，用于实时探测管道附件土壤的变化情况；
7.所述芯片信息收集模块包括多个芯片，通过各芯片实时记录并收集埋地管道附近土壤变化情况的数据，然后将收集的数据传输给卫星通讯模块；
8.所述卫星通讯模块是采用天启卫星系统，用于将芯片信息收集模块传输的实时数据发送至服务器进行处理；
9.所述服务器用于接收卫星通讯模块发送的实时数据，通过对比数据、计算变化量判断管道是否泄露，并计算出具体泄露位置和泄漏范围，将处理结果发送给实时监控终端模块；同时，一旦处理结果超过预警值，系统将在现场和远程自动报警；
10.所述实时监控终端模块接收服务器的数据处理结果，对整个系统实时监控，处理
结果超过预警值时，将处理结果自动发送给相关人员；
11.所述供电模块为传感器探测模块、芯片信息收集模块、卫星通讯模块提供电源。
12.优选的，所述供电模块采用12-24v电池供电。
13.优选的，所述传感器包括外壳、探针和数据线，所述传感器每间隔10米放置一个，并置于管道底部，与管道靠近或相接触。
14.优选的，各所述传感器通过数据线连接一个芯片，芯片安装在传感器外壳内侧壁，随时收集传感器对周围土壤的监测数据。
15.优选的，所述探针内部设置空腔，空腔中放置测量电阻率、化学物质浓度、化学元素的任一种感应电缆。
16.一种埋地管道微泄漏监测及早期预警方法，采用一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，采用的具体步骤包括：
17.步骤一：根据埋地管道运输的不同能源，获取目标土壤灵敏性参数变化情况的数据，并收集实时数据；
18.步骤二：基于获取的各时刻参数测量值和参考土壤污染分级指标体系，建立不同土质相关数据模型，并计算辅助泄漏参数，将数学模型和辅助泄漏参数提前导入所述一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统的服务器中；
19.步骤三：将数个传感器附着在地下管道附近进行布设，且沿地下管道的方向延伸，每间隔10米放置一个，并置于管道底部，与管道靠近或相接触；
20.步骤四：利用传感器检测周围土壤电阻率，芯片信息收集模块收集传感器探测模块的实时检测数据，并将数据传输给卫星通讯模块；
21.步骤五：通过卫星通讯模块将多个芯片收集到的电阻率发送至服务器，通过服务器计算并判定地下管道是否出现泄漏事故，并迅速对泄漏点进行定位和确定泄漏范围，然后将处理结果传输给实时监控终端模块，处理结果超过预警值时，自动通知相关人员；
22.步骤六：相关人员根据泄漏点和泄漏范围确定所述待检测管道段的泄漏程度；
23.步骤七：结合泄漏点附近的环境情况，对故障进行调度处理。
24.优选的，所述实时监控终端模块以网页形式显示处理结果；实时监控终端模块根据现场使用环境及需求进行功能定制，还包括数据查询、故障查询、报警查询、历史数据统计、报警及故障提醒、监测监控的功能模块。
25.优选的，所述实时监控终端模块利用报警及故障提醒功能，通过短消息、声光或者电子邮件的方式将处理结果自动发送给相关人员。
26.优选的，所述监测监控的功能模块能通过数据走势图形直观展示整个现场概括，同时接收各个服务器的实时数据、网络状态、报警信息，并且能够自动智能判断设备状态、报警级别。
27.优选的，所述监测监控功能模块还能监控设备高报、低报，通讯故障，网络故障，通讯超时、未连接，预热，标定的状态，对故障原因诊断、排查提供可靠依据。
28.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
29.本发明提供的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，并提供了预警方法，该系统将数个传感器布设在地下管道附近，过服务器计算并判定地下管道是否出现泄漏事故，并迅速对泄漏点进行定位和确定泄漏范围，然后将处理结果传输给实时监控终端模块，
通过实时监控终端模块，并将实时数据发送至终端处理模块；当处理结果超过预警值时，系统将在现场和远程自动报警，实时监控终端模块通过短消息、声光或者电子邮件的方式将处理结果自动发送给相关人员，提醒工作人员及时处理管道异常情况，消灭安全隐患；同时实时监控终端模块可以直观展示整个现场概括和数据走势图形，实时监控网络状态、通讯故障、设备故障等，为故障原因诊断、排查提供可靠依据，保证埋地管道传输安全。该监测及早期预警方法监测灵敏度高，传感器在轻微泄露的情况下就可以监测到土壤电阻率的变化，及时进行预警和处理，避免损害结果扩大。
附图说明
30.图1为本发明的系统结构图；
31.图2为本发明实施例中传感器安装位置示意图；
32.图3为本发明实施例中的方法流程图。
33.图中，1-管道，2-传感器。
具体实施方式
34.附图仅用于示例性说明；应当理解，下面所提到的实时例是为了便于描述本发明和简化描述，因此，不能理解为对本发明的限制。
35.以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用仪器、设备未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。其他未述及的技术方法采用现有技术。
36.实施例：一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，用于监测预警石油埋地管道网络的运输系统，通过对土壤电阻率的监测进行预警和处理。
37.如图1所示，一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，包括传感器探测模块、芯片信息收集模块、卫星通讯模块、服务器、实时监控终端、供电模块、警报模块。
38.如图2所示，所述传感器探测模块包括数个传感器，将传感器2附着在地下管道周围进行布设，然后利用传感器2中的电阻率测量的感应线缆检测周围土壤电阻率，用于实时探测油气管线上的土壤电阻率变化情况。所述传感器2包括外壳、探针和数据线，探针的内部空腔中设置用于测量电阻率测的感应线缆。传感器2每间隔10米放置一个，并置于管道底部，与管道靠近或相接触。所述探针、电阻率测量感应线缆采用现有技术，在探针外圆周侧壁上不同位置设置多个检测孔，探针内部空腔中安装大小适配的用于电阻率测量的感应线缆，通过检测孔可使感应线缆检测周围土壤电阻率，感应线缆连接芯片。
39.由于发生油品泄漏时油品浸入土壤，随着烷烃浓度增大土质的电阻率会发生明显的改变，土质的电阻率变化趋势反映输油管道泄漏状态的变化，因此在管道底部靠近或接触的位置安装传感器。
40.所述芯片信息收集模块通过芯片实时记录并收集埋地管线上的土壤电阻率变化情况，然后将收集的数据传输给卫星通讯模块，其包括多个芯片，各所述传感器通过数据线连接一个芯片，芯片安装在传感器外壳内侧壁，随时收集传感器对周围土壤电阻率监测的信息。每个芯片都有不同的标记代码，用于定位。
41.所述卫星通讯模块是采用天启卫星系统，用于将芯片信息收集模块传输的实时数据发送至服务器进行处理；实时监控终端；
42.所述服务器用于接收卫星通讯模块发送的实时数据，通过对比数据，计算变化量判断出管道是否泄露，并计算出具体泄露位置和泄漏范围，将处理结果发送给实时监控终端模块；同时，一旦处理结果超过预警值，系统将在现场和远程自动报警；
43.所述实时监控终端模块接收服务器的数据处理结果，对整个系统实时监控，处理结果超过预警值时，将处理结果自动发送给相关人员；
44.所述供电模块为传感器探测模块、芯片信息收集模块、卫星通讯模块提供电源。
45.所述供电模块采用24v电池供电。
46.如图3所示，本发明提供的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警方法，采用一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，通过设置管道段的土壤电阻率在第一时段的数值波动幅度，确定管道段是否发生泄漏事件，并在确定电阻率波动幅度过大时，通过获取土壤电阻率的变化情况，进而基于该电阻率对应的泄漏辅助监测方式获取辅助泄漏参数，最后基于参考土壤污染分级指标体系进一步准确地确定。采用的具体步骤包括：
47.步骤一：获取目标土壤电阻率在出现泄漏第一时段中各时刻的电阻率测量值，收集实时数据。
48.步骤二：基于获取的各时刻电阻率的测量值和参考土壤污染分级指标体系，建立土壤含油量与电阻率关系的数学模型；包括：
49.未污染粗砂，y＝8.5249x-1.219
，相关系数为0.9982；
50.5％含油粗砂，y＝15.203x-1.048
，相关系数为0.9976；
51.10％含油粗砂，y＝26.697x-0.882
，相关系数为0.9968；
52.未污染细沙，y＝11.27x-1.073
，相关系数为0.9916；
53.5％含油细砂，y＝10.311x-1.061
，相关系数为0.9969；
54.10％含油细砂，y＝6.4972x-1.1
，相关系数为0.9943；
55.未污染粉质黏土，y＝7.4879x-1.187
，相关系数为0.9929；
56.5％含油粉质黏土，y＝5.7495x-1.24
，相关系数为0.9936；
57.10％含油粉质黏土，y＝3.2325x-1.405
，相关系数为0.9878；
58.其中，x代表土壤含水率，y代表电阻率。进行不同土质电阻率随含水率变化的计算，得辅助泄漏参数，将数学模型和辅助泄漏参数导入所述一种输油管道微泄漏监测及早期预警系统的服务器中。其中辅助泄漏参数见表1-表4。
59.表1.未污染粗砂电阻率随含水率变化
60.含水量电阻率ω/m5％316.340510％148.794715％86.201120％61.5009125％46.4190930％35.6136
61.表2.污染粗砂电阻率随含水率变化
[0062][0063][0064]
表3.未污染细砂电阻率随含水率变化
[0065]
含水量电阻率ω/m5％217.458810％105.087115％63.672820％47.484825％33.4417130％25.0914
[0066]
表4.污染细砂电阻率随含水率变化
[0067][0068]
表5.未污染粉质粘土电阻率随含水量的变化
[0069]
含水量电阻率ω/m5％198.033210％91.597115％52.206320％27.789425％23.742430％16.3229
[0070]
表6.污染粉质黏土电阻率随含水率变化
[0071][0072][0073]
步骤三：将多个传感器附着在地下管道附近，每间隔10米进行布设，一直沿地下管道的方向延伸步骤，并且每一个传感器上的芯片都有标记，能从实时监控终端模块定位出各个芯片位置范围。
[0074]
步骤四：利用传感器中的电缆检测周围土壤电阻率，芯片信息收集模块收集传感器探测模块的实时检测数据，并将数据传输给卫星通讯模块。
[0075]
步骤五：通过卫星通讯模块将多个芯片收集到的电阻率发送至服务器，通过服务器计算并判定地下管道是否出现泄漏事故(根据提前将数据模型和计算测量的不同土质电阻率随含水率变化的辅助泄漏参数表1-6的数据进行判定)，并迅速对泄漏点进行定位和确定泄漏范围(根据每个芯片的标记，能确定芯片的位置，进而确定泄漏的位置)，然后将处理结果传输给实时监控终端模块，处理结果超过预警值时，会自动报警，也会自动通知相关人员。预警值的设置可以根据收集的土壤电阻率测量值和实际应用取值，以便可以对轻微的泄漏也能进行预警。
[0076]
步骤六：相关人员可以进一步根据泄漏点和泄漏范围确定所述待检测管道段的泄漏程度。相关人员也可以参照所述土壤电阻率和所述辅助泄漏参数表1-6，根据不同的土质进行判断，一旦测量的电阻率的数值范围落在某个土质范围内，确定所述待检测管道段的泄漏程度。
[0077]
步骤七：结合泄漏点附近的环境情况，对故障进行调度处理。
[0078]
作为进一步的优化，测得的信息均通过卫星通讯模块和4g信号传送，所述实时监控终端模块以网页形式显示处理结果；实时监控终端模块根据现场使用环境及需求进行功能定制，还包括数据查询、故障查询、报警查询、历史数据统计、报警及故障提醒、监测监控、账户权限管理等的功能模块。
[0079]
所述实时监控终端模块利用报警及故障提醒功能，通过短消息、声光或者电子邮件的方式将处理结果自动发送给相关人员，同时系统管理员可对系统进行远程控制、参数设置等操作。
[0080]
所述监测监控的功能模块能通过数据走势图形象、直观展示整个现场概括，同时接收各个服务器的实时数据、网络状态、报警信息，并且能够自动智能判断设备状态、报警级别，并通过抖屏、发光、声音等多种报警效果通知、提醒用户。当设备故障或发生报警时，可实时在系统中监控到，系统能够监控设备高报、低报，通讯故障，网络故障，通讯超时、未连接，预热，标定等状态，对故障原因诊断、排查提供可靠依据。
[0081]
上述实施例是针对石油管道微泄露的早期监测及预警，随着埋地管道运输能源种类(例如，能源可以是原油、柴油、天然气、化学有机物质等)，根据不同能源设置灵敏性参数，然后建立渗透进土壤的数值变化与灵敏性参数的数学模型，和/或者计算得到辅助参数，进而通过该系统进行预警和处理。因此本发明不限于针对石油管道的举例。
[0082]
当然，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，其特征在于，包括传感器探测模块、芯片信息收集模块、卫星通讯模块、服务器、实时监控终端、供电模块、警报模块；所述传感器探测模块包括数个传感器，将传感器附着在地下管道周围进行布设，然后利用传感器对周围土壤进行检测，用于实时探测管道附件土壤的变化情况；所述芯片信息收集模块包括多个芯片，通过各芯片实时记录并收集埋地管道附近土壤变化情况的数据，然后将收集的数据传输给卫星通讯模块；所述卫星通讯模块是采用天启卫星系统，用于将芯片信息收集模块传输的实时数据发送至服务器进行处理；所述服务器用于接收卫星通讯模块发送的实时数据，通过对比数据、计算变化量判断管道是否泄露，并计算出具体泄露位置和泄漏范围，将处理结果发送给实时监控终端模块；同时，一旦处理结果超过预警值，系统将在现场和远程自动报警；所述实时监控终端模块接收服务器的数据处理结果，对整个系统实时监控，处理结果超过预警值时，将处理结果自动发送给相关人员；所述供电模块为传感器探测模块、芯片信息收集模块、卫星通讯模块提供电源。2.根据权利要求1所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，其特征在于，所述供电模块采用12-24v电池供电。3.根据权利要求1所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，其特征在于，所述传感器包括外壳、探针和数据线，所述传感器每间隔10米放置一个，并置于管道底部，与管道靠近或相接触。4.根据权利要求3所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，其特征在于，各所述传感器通过数据线连接一个芯片，芯片安装在传感器外壳内侧壁，随时收集传感器对周围土壤的监测数据。5.根据权利要求3所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，其特征在于，所述探针内部设置空腔，空腔中放置测量电阻率、化学物质浓度、化学元素的任一种感应电缆。6.一种埋地管道微泄漏监测及早期预警方法，采用权利要求1至5任一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统，其特征在于，采用的具体步骤包括：步骤一：根据埋地管道运输的不同能源，获取目标土壤灵敏性参数变化情况的数据，并收集实时数据；步骤二：基于获取的各时刻参数测量值和参考土壤污染分级指标体系，建立不同土质相关数据模型，并计算辅助泄漏参数，将数学模型和辅助泄漏参数提前导入所述一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统的服务器中；步骤三：将数个传感器附着在地下管道附近进行布设，且沿地下管道的方向延伸，每间隔10米放置一个，并置于管道底部，与管道靠近或相接触；步骤四：利用传感器检测周围土壤电阻率，芯片信息收集模块收集传感器探测模块的实时检测数据，并将数据传输给卫星通讯模块；步骤五：通过卫星通讯模块将多个芯片收集到的电阻率发送至服务器，通过服务器计算并判定地下管道是否出现泄漏事故，并迅速对泄漏点进行定位和确定泄漏范围，然后将处理结果传输给实时监控终端模块，处理结果超过预警值时，自动通知相关人员；步骤六：相关人员根据泄漏点和泄漏范围确定所述待检测管道段的泄漏程度；
步骤七：结合泄漏点附近的环境情况，对故障进行调度处理。7.根据权利要求6所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警方法，其特征在于，所述实时监控终端模块以网页形式显示处理结果；实时监控终端模块根据现场使用环境及需求进行功能定制，还包括数据查询、故障查询、报警查询、历史数据统计、报警及故障提醒、监测监控的功能模块。8.根据权利要求7所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警方法，其特征在于，所述实时监控终端模块利用报警及故障提醒功能，通过短消息、声光或者电子邮件的方式将处理结果自动发送给相关人员。9.根据权利要求7所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警方法，其特征在于，所述监测监控的功能模块通过数据走势图新直观展示整个现场概括，同时接收各个服务器的实时数据、网络状态、报警信息，并且能够自动智能判断设备状态、报警级别。10.根据权利要求9所述的一种埋地管道微泄漏监测及早期预警方法，其特征在于，所述监测监控功能模块还能监控设备高报、低报，通讯故障，网络故障，通讯超时、未连接，预热，标定的状态，对故障原因诊断、排查提供可靠依据。

技术总结
本发明属于管道泄漏监测技术领域，具体涉及一种埋地管道微泄漏监测及早期预警系统和预警方法。该系统包括传感器探测模块、芯片信息收集模块、卫星通讯模块、服务器、实时监控终端、供电模块、警报模块。该方法将数个传感器布设在地下管道附近进行测量，测量数据通过芯片信息收集模块、卫星通讯模块收集和传输数据到服务器，服务器计算并判定地下管道是否出现泄漏事故，并迅速对泄漏点进行定位和确定泄漏范围，然后将处理结果传输给实时监控终端模块；当处理结果超过预警值时，系统将在现场和远程自动报警，实时监控终端模块将处理结果自动发送给相关人员，提醒工作人员及时处理管道异常情况，消灭安全隐患，保证埋地管道传输安全。保证埋地管道传输安全。保证埋地管道传输安全。


技术研发人员：蒋文明 赵扬 刘杨 赵明辉 李娟 李玉忠
受保护的技术使用者：青岛天启卫星物联网科技有限公司 宸芯科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/12