CN109469834B - 一种液体管道泄漏检测方法、装置及*** - Google Patents

一种液体管道泄漏检测方法、装置及*** Download PDF

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CN109469834B CN201811495197.5A CN201811495197A CN109469834B CN 109469834 B CN109469834 B CN 109469834B CN 201811495197 A CN201811495197 A CN 201811495197A CN 109469834 B CN109469834 B CN 109469834B
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Abstract

本说明书实施例提供一种液体管道泄漏检测方法、装置及***。所述方法包括：根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点；根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程；根据所述特征线方程，计算所述各个节点在各个预测时刻的节点参数值；根据所述节点参数值，确定阈值；将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，其中，所述检测时间段隶属于所述目标时间段。利用该方法，可以快速准确地对管道的泄漏情况进行判断，提高了检测的可靠性。

Description

一种液体管道泄漏检测方法、装置及***
技术领域
本说明书实施例涉及泄漏检测领域，特别涉及一种液体管道泄漏检测方法。
背景技术
管道是国民经济中担任重要运输作用的工具。维护管道的安全运行，防止管道生产事故的发生是管道工业生产和管理部门的一项重要工作。管道输送具有输量大、占地少、易于远程监控、能耗少、费用低等优点，但是管道腐蚀、操作失误及人为破坏等因素都可能引起管道泄漏。泄漏不仅会造成油品流失和环境污染，而且还可能导致燃烧、***事故的发生，因而管道泄漏检测技术越来越引起人们的重视。
目前，国内外广泛使用的管道泄漏检测技术是基于人工神经元网络、统计学或模式识别等的经验方法。但是在实际应用中，现有技术中存在如下不可忽视的问题：
(1)模型训练的初始值都是随机产生的，可能造成运算不收敛；
(2)进行学习的样本信息不可能包含所有管道故障状况；
(3)运算复杂度大，所需时间长。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种液体管道泄漏检测方法、装置及***，以解决现有技术中存在的泄漏检测所需数据多，计算复杂等问题，实现快速准确地进行液体管道泄漏检测。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种液体管道泄漏检测方法、装置及***是这样实现的：
一种液体管道泄漏检测方法，包括：
根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点；
根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程；
根据所述特征线方程，计算所述各个节点在各个预测时刻的节点参数值；
根据所述节点参数值，确定阈值；
将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，其中，所述检测时间段隶属于所述目标时间段。
一种液体管道泄漏检测装置，包括：
稳态时间段确定模块，用于根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点；
特征线方程建立模块，用于根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程；
节点参数计算模块，用于根据所述特征线方程，计算所述各个节点在各个预测时刻的节点参数值；
阈值获取模块，用于根据所述节点参数值，确定阈值；
泄漏判断模块，用于将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，其中，所述检测时间段隶属于所述目标时间段。一种液体管道泄漏检测***，包括：
上位机，用于根据采集得到的管道中的检测数据和管道参数数据计算得出阈值，利用阈值与检测数据进行比较判断是否发生泄漏；
传感器，用于采集管道中的检测数据；
下位机，用于接收检测数据以及直接控制传感器。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例通过确定管道稳定状态，利用稳定运行时间段内的检测数据，逐步计算出管道内的各个节点在各个预测时刻所对应的节点参数值，将所述节点参数值映射至首末端获取节点参数值并将其确定为阈值，再将阈值与检测数据进行比较，可以实现准确快速地判断检测管道是否发生泄漏。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，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为本说明书一种液体管道泄漏检测方法一个实施例的流程图；
图2为本说明书一种液体管道泄漏检测装置一个实施例的模块图；
图3为本说明书实施例一种划分数据方法的示意图；
图4为本说明书实施例一种确定稳态时间段的示意图；
图5为本说明书实施例一种确定稳态时间段的示意图；
图6为本说明书实施例一种计算下一时刻内部节点参数的示意图；
图7为本说明书实施例一种计算下一时刻首端节点参数的示意图；
图8为本说明书实施例一种计算下一时刻末端节点参数的示意图；
图9为本说明书实施例一种计算下一时刻泄漏点参数的示意图；
图10为本说明书实施例一种根据阈值判断管道是否泄漏的方法的示意图；
图11为本说明书实施例一种根据阈值判断管道是否泄漏的方法的示意图；
图12为本说明书一种液体管道泄漏检测***一个实施例的模块图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
以下结合附图1说明本申请一种液体管道泄漏检测方法的实施例。所述方法的执行主体为本申请所提供的一种液体管道泄漏检测***，所述液体管道泄漏检测***包括传感器、报警器、上位机、下位机。所述液体管道泄漏检测方法具体实施步骤如下：
S100：根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点。
在所述步骤之前还包括：
SS101：采集数据，并对采集得到的压力数据和流量数据进行滤波处理。
在待测管道的前端和末端10m内设置有传感器，可以用于对压力和流量信息进行实时采集。同时采集管道本身长度、管内径、表面粗糙度等管道信息，作为后续计算的参数。
实际测量中，采集得到的信号包含大量的噪音和干扰成分。这些噪音和干扰成分大多是高频信号，而有用信号大多存在于低频率范围内。因此可以借助小波滤波等方式，将采集到的信号数据分离之后，滤去其中的高频部分，再与剩下的低频部分进行重新整合，完成对压力数据和流量数据的滤波处理。
为了便于之后对于数据进行统计和计算，在管道上事先按照空间步长的大小等距设置多个计算节点，所述计算节点可以用于后续节点参数值的计算。
管道发生泄漏之后，泄漏点会向首末两端传递压力波。随着泄漏的进行，压力波的大小会逐渐进行衰减，管道也会由稳态转变为非稳态。在非稳态状态，用于计算的数据具有不确定性，无法很好地用于后续阈值的计算，因此，需要首先确定管道的稳定运行状态，利用该部分数据进行后续的计算。
从用于选取检测数据的目标时间段中，至少选取出第一子时间段、第二子时间段和第三子时间段，所述第一子时间段、第二子时间段和第三子时间段存在时间先后的关系且互相之间没有交集。首先选取所述第三子时间段中的检测数据，计算平均值，再将所述第三子时间段中的检测数据依次与所述平均值进行比较，若两者差值小于预设波动范围，判断该检测数据为正常数据，否则判断其为异常数据。若正常数据占所述第三子时间段中的检测数据的比例没有超过预设正常数据比例，则判断第三子时间段不处于稳定状态，设置第一子时间段为稳态时间段，否则，设置第三子时间段为稳态时间段。
在一个实施例中，如图3所示，在对管道进行实时监测的时候，获取如图所示的区域中的数据为目标时间段内的数据。以当前时刻t0为基准，向前取预设时间长度为t1的时间段内的数据，将其按照时间先后的顺序依次等分为T1段、T段、T0段，对这三段又依次等分为A1、B1、C1；A、B、C；A0、B0、C0、D0。如上例所述，设置A1、B1段为第一子时间段，设置C1为第二子时间段，设置A、B为第三子时间段。在计算稳态初值的时候，如图4所示，提取检测时间段的数据，例如提取T段中的A、B中的数据，分别计算该段时间内的压力数据平均值P0和流量数据的平均值Q0，再重新利用该段时间内的所有压力数据Pj和流量数据Qj分别与对应的数据平均值进行,若两者差值的绝对值小于预设波动范围ε，则判断该数据为正常数据，否则判断该数据为异常数据。最后统计所有数据中异常数据所占的比例，若该比例小于预设比例值，则判断当前时间段管道处于稳态，将该段时间确定为稳态时间段。否则，如图5所示，选取之前的时间段作为稳态时间段，例如选取T1段中的A1、B1段作为稳态时间段。
S200:根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程。
实际生产中，出现泄漏的位置是不确定的。为了方便计算阈值，假定管道中间部位发生泄漏，并设定泄漏量为预设值，例如设定泄漏量为管道流量的1％。这样一来由泄漏点发出的压力波同时传播到首末端，便于对阈值进行计算。
管道中的管流方程主要包括运动微分方程
Figure GDA0002262398180000051
和连续性微分方程
Figure GDA0002262398180000052
式中，V为管内液体平均流速，H为压力数据，a为压力波速，g为重力加速度，f为达西摩阻系数，D为管内径，t为时间变量，x为位置变量。
由于二次摩擦项的存在，无法用数学计算的方法对上述方程求解得到其解析解，因此采用数值分析的方法进行求解。特征线解法是一种常用的数值方法，利用该方法对上述方程进行转换，得到两条特征线及其特征方程，再利用有限差分法对特征方程进行求解，得到特征线方程如下：
Figure GDA0002262398180000053
Figure GDA0002262398180000054
式中，
Figure GDA0002262398180000055
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为下一时刻该内部节点压力参数，QP为下一时刻该内部节点流量参数，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，为根据管道参数所划分的参数值，D为管内径。
S300：根据所述特征线方程，计算所述各个节点在各个预测时刻的节点参数值。
节点参数值主要包括节点压力参数和节点流量参数。
对于除首末端节点和泄漏点之外的内部节点，如图6所示，该节点在下一时刻的压力参数和流量参数可以根据步骤S100中得到的特征线方程C+、C-进行求取。根据当前需要求取的节点的前一节点A点和后一节点B点，求取当前节点在下一时刻即P点所对应的压力参数和流量参数。具体的，根据所述特征线方程
Figure GDA0002262398180000056
和
Figure GDA0002262398180000057
联立Colebrook-White方程
Figure GDA0002262398180000058
求出P点所对应的内部节点压力参数和内部节点流量参数，式中，
Figure GDA0002262398180000059
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为该节点下一时刻内部节点压力参数，QP为该节点下一时刻内部节点流量参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，ε为管道表面粗糙度，Re为雷诺系数。
针对首端节点，如图7所示，只存在后一节点，特征线方程只包括C-，因此，借助管道首端所提供的泵特性方程，联立求解该点在下一时刻的参数值。根据所述特征线方程
Figure GDA0002262398180000061
和管道边界泵特性方程HP＝a1+a2QP+a3QP+h0求解首端节点压力参数和首端节点流量参数，式中，
Figure GDA0002262398180000062
HB为首端后一内部节点压力参数，QB为首端后一内部节点流量参数，HP为下一时刻首端节点压力参数，QP为下一时刻首末端节点流量参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，a1为当首端排量等于0时的扬程，a2、a3均为泵特性曲线的参数，h0为首端的入口压力。
针对末端节点，如图8所示，只存在前一节点，特征线方程只包括C+，因此借助管道末端恒液位罐所提供的压力参数，管道末端一般是如图8所示的阀门加恒液位缓冲罐的边界条件，在相对时间较短的泄漏瞬变流动过程中，可认为末端恒液位罐压力是不会发生变化的，即末端压力参数H0为已知常数，依此来求解该点在下一时刻的参数值。具体地，根据所述特征线方程
Figure GDA0002262398180000063
和
Figure GDA0002262398180000064
求解末端节点压力参数和末端节点流量参数。式中，
Figure GDA0002262398180000065
HA为末端前一内部节点压力参数，QA为末端前一内部节点流量参数，HP为下一时刻末端节点压力参数，QP为下一时刻末端节点流量参数，H0为流出末端的压力参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，KL为阀门系数。
针对泄漏点，如图9所示，泄漏点两端的流量参数不同，关于泄漏点的特征线方程中的流量参数的值并不一致，分别为QP和QP′。一般情况下，两者的差值即为管道的泄漏量，即QP＝QP′+q。因此，根据所述特征线方程
Figure GDA0002262398180000066
和
Figure GDA0002262398180000067
联立方程QP＝QP′+q和
Figure GDA0002262398180000068
求出泄漏点压力参数和泄漏点流量参数，式中，
Figure GDA0002262398180000069
Figure GDA00022623981800000610
HA为泄漏点前一内部节点压力参数，HB为泄漏点后一内部节点压力参数，QA为泄漏点前一内部节点流量参数，QB为泄漏点后一内部节点流量参数，HP为下一时刻泄漏点压力参数，QP为下一时刻泄露点前流量参数，QP′为下一时刻泄漏点后流量参数，H0为泄露点管外压力参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，CV为流速系数。
结合上述求解管道内节点流量参数和压力参数的方法，依次可以求取出如图6所示网格中每一节点在任一时刻所对应的节点压力参数和节点流量参数。
S400：根据所述节点参数值，确定阈值。
相应的，依据S300所求得的各节点在各时刻的节点压力参数和节点流量参数，确定相应的压力阈值和流量阈值。
一般情况下，管道的首端会连接常速离心泵，使得发生泄漏时管道末端压力变化不够显著，同时管道末端会连接恒压液位罐，容易造成首端流量变化不够明显。因此，为了确保阈值设置的有效性，选取首端压力参数和末端流量参数作为阈值判定标准。
根据步骤S300中计算所得出的各个节点在各个时刻的压力参数和流量参数，在如图6所示的网格中，从泄漏点在0时刻所对应的节点起，分别向左上斜方向和右上斜方向进行延伸，确定其在首端和末端所在的竖轴上所对应的节点，将首端在该节点处所对应的时刻的压力参数作为压力阈值，将末端在该节点处所对应的时刻的流量参数作为流量阈值。
S500：将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，其中，所述检测时间段隶属于所述目标时间段。
从所述检测时间段中至少选取第四子时间段和第五子时间段。所述第四子时间段、第五子时间段与步骤S100中的第一子时间段、第二子时间段和第三子时间段之间存在着时间先后的关系且彼此之间没有相交的部分。若第四子时间段中的检测数据全部小于所述流量阈值和所述压力阈值，则判断此时管道发生泄漏。若此时第四子时间段中的检测数据部分小于所述流量阈值和所述压力阈值，再利用第五子时间段中的数据与所述压力阈值和所述流量阈值分别进行比较，若所述第五子时间段中的检测数据全部小于所述压力阈值和所述流量阈值，判断此时管道发生泄漏。否则，判断管道未发生泄漏。
如图10所示，按照步骤S100中实施例对于检测时间段的划分，取其中的C段为第四子时间段，取其中的A0段为第五子时间段。将第四子时间段中的检测数据分别与所述流量阈值和所述压力阈值进行比较。若该段时间内所有流量数据均小于所述流量阈值，判断管道发生泄漏。如图11所示，若根据上述判断方法，第四子时间段中的检测数据部分小于所述阈值，则提取第五子时间段中的数据，与所述流量阈值和所述压力阈值进行比较。若该段时间内所有流量数据均小于所述流量阈值，或者该段时间内所有压力数据均小于所述压力阈值，判断此时管道发生泄漏，否则判断管道此时正常。
在所述步骤之后还可以包括：
SS501：若判断所述待测管道发生泄漏，根据压力波传播速度、管道长度和压力波到达首末端的时间差，确定发生泄漏的具***置。
上述管道泄漏的检测步骤中，采用基于模型法的阈值阶梯检测方法，涵盖区域较广，针对上述结果，采用负压波法实现泄漏位置的定位，可以较为简单准确地实现具体泄漏位置的定位，准确有效地捕捉泄漏信号。
具体地，可以利用公式
Figure GDA0002262398180000081
对泄漏位置进行计算，式中，X为泄漏位置，L为管道长度，a为管道中压力波传播速度，Δt为压力波传播至首末两端的时间差。其中，a可以利用公式
Figure GDA0002262398180000082
进行计算得到，其中，K是流体体积弹性系数，表示液体体积因外界压力变化而改变的特性，ρ表示流体密度，E表示管材的弹性模量，D表示管道的内径，e表示管壁厚度，C表示与管道约束条件有关的修正系数。
以下介绍本申请液体管道泄漏检测装置的实施例，如图2所示，该液体管道泄漏检测装置包括：
稳态时间段确定模块210，用于根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点；
特征线方程建立模块220，用于根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程；
节点参数值计算模块230，用于根据所述特征线方程，计算所述各个节点在各个预测时刻的节点参数值；
阈值获取模块240，用于根据所述节点参数值，确定阈值；
泄漏判断模块250，用于将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，其中，所述检测时间段隶属于所述目标时间段。
在一个实施例中，所述液体管道泄漏检测装置还包括：
数据滤波模块250：用于采集数据并对采集得到的压力数据和流量数据进行滤波处理。
所述稳态时间段确定模块210，包括：
子时间段划分子单元211：用于从所述目标时间段内至少选取第一子时间段、第二子时间段和第三子时间段；
平均参数值计算子单元212：提取第三子时间段内检测数据，计算该段时间内的检测数值的平均值；异常数据判断子单元213：用于将所述第三子时间段内的检测数据依次与所述检测数值的平均值进行比较，若两者之间的差值没有超过预设波动范围，则判断该数据为正常数据，否则，判断该数据为异常数据；
稳态时间段确定子单元214：用于当正常数据占所述检测数据的比例没有超过预设正常数据比例时，判断第三子时间段不处于稳定运行状态，设置所述第一子时间段为稳态时间段，否则，设置所述第三子时间段为稳态时间段。
所述特征线方程建立模块220，包括：
微分方程建立子单元221：用于根据压力数据、管内液体平均流速、压力波速和管内径，建立运动微分方程
Figure GDA0002262398180000091
和连续性微分方程
Figure GDA0002262398180000092
式中，V为管内液体平均流速，H为压力数据，a为压力波速，g为重力加速度，f为达西摩阻系数，D为管内径，t为时间变量，x为位置变量；
特征线方程建立子单元222：用于将所述运动微分方程和所述连续性微分方程转换为特征线方程
Figure GDA0002262398180000093
和
Figure GDA0002262398180000094
式中，
Figure GDA0002262398180000095
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为内部节点压力参数，QP为内部节点流量参数，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径。
所述节点压力参数，包括内部节点压力参数、首端节点压力参数、末端节点压力参数、泄漏点压力参数，所述节点流量参数，包括内部节点流量参数、首端节点流量参数、末端节点流量参数、泄漏点流量参数；所述节点参数值计算模块230，包括：
内部节点参数计算子单元231，用于根据特征线方程
Figure GDA0002262398180000101
和
Figure GDA0002262398180000102
联立方程
Figure GDA0002262398180000103
求出内部节点压力参数和内部节点流量参数，式中，
Figure GDA0002262398180000104
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为内部节点压力参数，QP为内部节点流量参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，ε为管道表面粗糙度，Re为雷诺系数；
首末端节点参数计算子单元232：用于根据特征线方程
Figure GDA0002262398180000105
和管道边界泵特性方程HP＝a1+a2QP+a3QP+h0求解首端节点压力参数和首端节点流量参数，根据特征线方程
Figure GDA0002262398180000106
和
Figure GDA0002262398180000107
求解末端节点压力参数和末端节点流量参数，式中，
Figure GDA0002262398180000108
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为内部节点压力参数，QP为内部节点流量参数，H0为流出末端的压力参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，a1为当首端排量等于0时的扬程，a2、a3均为首端特性曲线的参数，h0为首端的入口压力，KL为阀门系数。
泄漏点参数计算子单元233：用于根据特征线方程
Figure GDA0002262398180000109
和
Figure GDA00022623981800001010
联立方程QP＝QP′+q和
Figure GDA00022623981800001011
求出泄漏点压力参数和泄漏点流量参数，式中，
Figure GDA00022623981800001012
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为泄漏点节点压力参数，QP为泄露点前流量参数，QP′为泄漏点后流量参数，H0为泄露点管外压力参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，CV为流速系数。
所述阈值获取模块240，包括：
阈值确定子单元241，用于根据所述节点压力参数和所述节点流量参数，获取泄漏点映射到首端的时刻所对应的首端节点压力参数作为压力阈值，获取泄漏点映射到末端的时刻所对应的末端节点流量参数作为流量阈值。
所述泄漏判断模块250，包括：
判断子单元251，用于从所述目标时间段中至少选取第四子时间段和第五子时间段；将所述第四子时间段中的检测数据与所述阈值进行比较，若所述第四时间段中的检测数据全部小于所述阈值，判断所述检测管道发生泄漏，若所述第四子时间段内的检测数据只有部分小于所述阈值，将所述第五子时间段中的检测数据与所述阈值进行比较，若第五子时间段中的检测数据全部小于所述阈值，判断此时管道发生泄漏，否则判断管道未发生泄漏。
所述液体管道泄漏检测装置，还包括：
泄漏点定位模块270：用于当判断所述待测管道发生泄漏时，根据压力波传播速度、管道长度和压力波到达首末端的时间差，确定发生泄漏的具***置。
以下介绍本申请一种液体管道泄漏检测设备。如图12所示，所述设备包括：
传感器，设置在管道首末端10m范围内，实时采集管道首末端的温度数据和压力数据等检测数据；
报警器，用于在收到管道泄漏的信号之后发出报警信号进行提醒；
下位机，用于直接控制传感器和报警器；
上位机，用于根据采集得到的管道中的检测数据和管道参数数据计算得出阈值，利用阈值与检测数据进行比较判断是否发生泄漏。
在本申请中，主要使用上述设备实现对于管道数据的采集并判断管道是否发生泄漏，同时实现对于泄漏情况的报警。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字***“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片2。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
上述实施例阐明的***、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。

Claims (12)

1.一种液体管道泄漏检测方法，其特征在于，包括：
根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点；
根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程；
根据所述特征线方程，计算所述多个计算节点在各个预测时刻的节点参数值；
根据所述节点参数值，确定阈值；所述阈值，包括压力阈值和流量阈值；所述根据所述节点参数值，确定阈值，包括：根据所述节点参数值，获取泄漏点映射到首端的时刻所对应的首端节点压力参数作为压力阈值，获取泄漏点映射到末端的时刻所对应的末端节点流量参数作为流量阈值；
将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，其中，所述检测时间段隶属于所述目标时间段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，包括：
从所述目标时间段内至少选取第一子时间段、第二子时间段和第三子时间段；
提取第三子时间段内检测数据，计算所述第三子时间段内的检测数值的平均值；
将所述第三子时间段内的检测数据依次与所述检测数值的平均值进行比较，若两者之间的差值没有超过预设波动范围，则判断该数据为正常数据，否则，判断该数据为异常数据；
若正常数据占所述第三子时间段中的检测数据的比例没有超过预设正常数据比例，则判断第三子时间段不处于稳定运行状态，设置所述第一子时间段为稳态时间段，否则，设置所述第三子时间段为稳态时间段。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程，包括：
根据检测数据中的压力数据、流量数据和管道参数数据，建立运动微分方程
Figure FDA0002262398170000011
和连续性微分方程
Figure FDA0002262398170000012
式中，V为管内液体平均流速，H为压力数据，a为压力波速，g为重力加速度，f为达西摩阻系数，D为管内径，t为时间变量，x为位置变量；
将所述运动微分方程和所述连续性微分方程转换为特征线方程
Figure FDA0002262398170000021
和
Figure FDA0002262398170000022
式中，
Figure FDA0002262398170000023
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为内部节点压力参数，QP为内部节点流量参数，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点参数值包括内部节点压力参数、内部节点流量参数，所述根据所述特征线方程，计算待测管道中各个节点在各个时刻的节点参数值，包括：
根据所述特征线方程
Figure FDA0002262398170000024
和
Figure FDA0002262398170000025
联立方程
Figure FDA0002262398170000026
求出该节点在下一时刻所对应的内部节点压力参数和内部节点流量参数，式中，
Figure FDA0002262398170000027
Figure FDA0002262398170000028
HA为前一内部节点压力参数，HB为后一内部节点压力参数，QA为前一内部节点流量参数，QB为后一内部节点流量参数，HP为该节点下一时刻内部节点压力参数，QP为该节点下一时刻内部节点流量参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，ε为管道表面粗糙度，Re为雷诺系数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点参数值包括首端节点压力参数、末端节点压力参数、首端节点流量参数、末端节点流量参数，所述根据所述特征线方程，计算各个节点在各个时刻的节点参数值，包括：
根据所述特征线方程
Figure FDA0002262398170000029
和管道边界泵特性方程HP＝a1+a2QP+a3QP+h0求解首端节点压力参数和首端节点流量参数，根据所述特征线方程
Figure FDA00022623981700000210
和
Figure FDA00022623981700000211
求解末端节点压力参数和末端节点流量参数，式中，
Figure FDA00022623981700000212
HA为末端前一内部节点压力参数，HB为首端后一内部节点压力参数，QA为末端前一内部节点流量参数，QB为首端后一内部节点流量参数，HP为下一时刻首末端节点压力参数，QP为下一时刻首末端节点流量参数，H0为流出末端的压力参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，a1为当首端排量等于0时的扬程，a2、a3均为首端特性曲线的参数，h0为首端的入口压力，KL为阀门系数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点参数值包括泄漏点压力参数、泄漏点流量参数，所述根据所述特征线方程，计算各个节点在各个时刻的节点参数值，包括：
根据所述特征线方程
Figure FDA0002262398170000031
和
Figure FDA0002262398170000032
联立方程QP＝QP′+q和
Figure FDA0002262398170000033
求出泄漏点压力参数和泄漏点流量参数，式中，
Figure FDA0002262398170000034
Figure FDA0002262398170000035
HA为泄漏点前一内部节点压力参数，HB为泄漏点后一内部节点压力参数，QA为泄漏点前一内部节点流量参数，QB为泄漏点后一内部节点流量参数，HP为下一时刻泄漏点压力参数，QP为下一时刻泄露点前流量参数，QP′为下一时刻泄漏点后流量参数，H0为泄露点管外压力参数，a为压力波速，g为重力加速度，A为管道横截面积，f为达西摩阻系数，Δx为空间步长，D为管内径，CV为流速系数。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，包括：
从所述目标时间段中至少选取第四子时间段和第五子时间段；将所述第四子时间段中的检测数据与所述阈值进行比较，若所述第四子时间段中的检测数据全部小于所述阈值，判断所述检测管道发生泄漏，若所述第四子时间段内的检测数据只有部分小于所述阈值，将所述第五子时间段中的检测数据与所述阈值进行比较，若第五子时间段中的检测数据全部小于所述阈值，判断此时管道发生泄漏，否则判断管道未发生泄漏。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
若判断所述待测管道发生泄漏，根据压力波传播速度、管道长度和压力波到达首末端的时间差，确定发生泄漏的具***置。
9.一种液体管道泄漏检测装置，包括：
稳态时间段确定模块，用于根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点；
特征线方程建立模块，用于根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程；
节点参数值计算模块，用于根据所述特征线方程，计算所述多个计算节点在各个预测时刻的节点参数值；
阈值获取模块，用于根据所述节点参数值，确定阈值；所述阈值，包括压力阈值和流量阈值；所述根据所述节点参数值，确定阈值，包括：根据所述节点参数值，获取泄漏点映射到首端的时刻所对应的首端节点压力参数作为压力阈值，获取泄漏点映射到末端的时刻所对应的末端节点流量参数作为流量阈值；
泄漏判断模块，用于将检测时间段内的检测数据与所述阈值进行比较，根据比较结果判断管道是否发生泄漏，其中，所述检测时间段隶属于所述目标时间段。
10.如权利要求9所述的装置，还包括：
泄漏点定位模块，用于在判断所述待测管道发生泄漏的情况下，根据压力波传播速度、管道长度和压力波到达首末端的时间差，确定发生泄漏的具***置。
11.一种液体管道泄漏检测***，包括：
上位机，用于根据采集得到的目标时间段内的检测数据，从所述目标时间段内选取待测管道稳定运行的时间段作为稳态时间段，其中，在所述待测管道上设置有多个计算节点；根据所述待测管道的管道参数数据和所述稳态时间段内的检测数据，建立特征线方程；根据所述特征线方程，计算所述多个计算节点在各个预测时刻的节点参数值；根据采集得到的管道中的检测数据和管道参数数据计算得出阈值，利用阈值与检测数据进行比较判断是否发生泄漏；所述阈值，包括压力阈值和流量阈值；所述阈值，根据以下方式获取：根据节点参数值，获取泄漏点映射到首端的时刻所对应的首端节点压力参数作为压力阈值，获取泄漏点映射到末端的时刻所对应的末端节点流量参数作为流量阈值；
传感器，用于采集管道中的检测数据；
下位机，用于接收检测数据以及直接控制传感器。
12.如权利要求11所述的***，还包括：
报警器，用于在收到管道发生泄漏的信息之后发出警报。
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