CN115076611A - 一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，通过设置管道段自身危险监测模块、管道段外界环境危险监测模块，并设置高清摄像仪、气体泄漏检测仪、流速仪和压力传感器实现了对天然气输送管道的自身危险监测，同时设置雨量器、温度传感器、风速计和风向标实现了对天然气输送管道的外界环境进行相应的危险监测，一方面不仅能够发现管道裂痕和形变等细微的危险问题，还减少了检测盲区，提升了检测效果，并为天然气管道的危险监测结果提供稳定性依据。另一方面所收集的数据量规模大，并顾及到了天然气管道多存在老旧化现象，实现了对天然气管道的动态化监测，提高了对天然气管道安全监测的可靠性和稳定性。

Description

一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台
技术领域
本发明属于能源分析管控技术领域，具体而言，涉及一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台。
背景技术
随着目前对能源使用需求的不断增加，天然气气田开发规模也在不断扩大，通过使用天然气能够有效提高民众的生活质量，且相较于其他能源能够有效降低大气污染程度，天然气多采用地下、地上和架空形式的管道输送，但天然气地上管道输送是一项极为庞大的工程，天然气地上输送管道分布里程广并存在易燃易爆的特性，任何一处发生安全问题，都会对整个输送***的正常运行造成影响，在这种情形下对天然气地上输送管道的安全监测就显得尤为重要。
如今，对天然气地上输送管道的安全监测大多采用人工和卫星网络的检测方式，但这两种方式都无法以理想的精细程度收集数据，存在一定的弊端，具体体现在以下几个方面：
(1)一方面由于长输天然气地上管道经常穿越河流和山地等地形复杂的地区，采用人工检测方式不仅使工作人员难以发现管道裂痕和形变等危险问题，存在着一定的检测盲区，导致检测效果低下，无法为天然气管道的危险监测结果提供可靠性依据，还给检测人员带来了庞大的工作量。
(2)一方面采用卫星网络的检测方式，由于存在远距离以及客观不可控因素，其收集的数据量规模通常较小，且由于天然气管道多存在老旧化现象，卫星网络的预定义数据现已无法支撑对天然气管道的稳定性监测，并且存在着高昂的维护成本。
(3)另一方面采用人工和卫星网络的检测方式，二者都仅关注天然气输送管道本身的危险监测，并未对天然气输送管道的外界环境进行相应的危险监测。
发明内容
为了克服背景技术中的缺点，本发明实施例提供了一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台,能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供了一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，该***包括天然气输送管道段划分模块、管道段监测设备设置模块、管道段自身危险监测模块、管道段外界环境危险监测模块、数据处理云平台、数据库和管控预警显示终端；
所述管道段监测设备设置模块分别与天然气输送管道段划分模块、管道段自身危险监测模块和管道段外界环境危险监测模块相连接，数据处理云平台分别与管道段自身危险监测模块、管道段外界环境危险监测模块、数据库和管控预警显示终端相连接；
所述天然气输送管道段划分模块用于获取天然气输送管道的长度，并将其按照设定的长度间隔进行管道段划分，得到若干管道段；
所述管道段监测设备设置模块用于对划分的各管道段进行类型识别，进而将相同类型的管道段进行归类，得到直线段类型对应的管道段集合、弯曲段类型对应的管道段集合和混合段类型对应的管道段集合，并对上述管道段集合内的各管道段进行监测设备设置；
所述管道段自身危险监测模块用于对划分的各管道段进行自身危险监测，得到各管道段对应的自身危险系数，其中管道段自身危险监测模块包括直线管道段自身危险监测单元、弯曲管道段自身危险监测单元和混合管道段自身危险监测单元；
所述管道段外界环境危险监测模块用于对划分的各管道段进行外界环境危险监测，得到各管道段对应的外界环境危险系数；
所述数据处理云平台用于基于管道段自身危险监测模块和管道段外界环境危险监测模块的监测结果评估各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数；
所述数据库用于存储各类型管道段中各管道段对应的标准三维外观图像、各种外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子、天然气允许泄漏浓度、各管道段能够承受的降水量、温度和风速、各种风向角度对应的风力冲击系数、各弯曲管道段能够承受的天然气流速、管壁内外标准压力差和各类型管道段对应的预警综合危险系数；
所述管控预警显示终端用于对各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数进行显示，并将各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数与数据存储模块中该类型管道段对应的预警综合危险系数进行比对，若某类型管道段中某管道段对应的综合危险系数高于预警综合危险系数，则进行预警同时显示该管道段对应的编号和位置信息。
进一步优化本技术方案，所述直线管道段自身危险监测单元用于对各直线管道段进行自身危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
A1:通过高清摄像仪对各直线管道段进行三维图像采集，并通过气体泄漏检测仪对各直线管道段接口进行天然气泄漏监测，进而获取各直线管道段对应的三维外观图像和接口天然气泄漏浓度；
A2:将各直线管道段对应的三维外观图像与数据库中各直线管道段对应的标准三维外观图像进行对比，进而从中提取出各直线管道段对应的外观缺陷类型和外观缺陷面积，将各直线管道段的外观缺陷类型与数据库中各外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子进行匹配，得到各直线管道段对应的外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子，进而据此计算各直线管道段的外观缺陷危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000041
其中a表示为直线管道段的编号，a＝1,2.......c，βa表示为第a个直线管道段的外观缺陷危险系数，ja和qa分别表示为第a个直线管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子；
A3:将各直线管道段对应的接口天然气泄漏浓度与数据库中天然气允许泄漏浓度进行对比，计算各直线管道段的泄漏危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000042
其中λa表示为第a个直线管道段的泄漏危险系数，da表示为第a个直线管道段对应的接口天然气泄漏浓度，d0表示为天然气允许泄漏浓度；
A4:基于各直线管道段的外观缺陷危险系数和泄漏危险系数计算各直线管道段的自身危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000043
其中
Figure BDA0003691766480000044
表示为第a个直线管道段的自身危险系数。
进一步优化本技术方案，所述弯曲管道段自身危险监测单元用于对各弯曲管道段进行自身危险监测，其中弯曲管道段自身危险监测单元包括弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元、弯曲管道段外观危险监测子单元和综合分析子单元。
进一步优化本技术方案，所述弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元用于对各弯曲管道段的管壁进行冲击危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
B1:通过流速仪对各弯曲管道段进行天然气流速监测，进而获取各弯曲管道段的管内天然气流速；
B2:通过压力传感器对各弯曲管道段进行管内外压力监测，获取各弯曲管道段对应的管壁内压和管壁外压，进而将其进行差值计算，得到各弯曲管道段的管壁内外压力差；
B3:将各弯曲管道段的管内天然气流速和管壁内外压力差分别与数据库中各弯曲管道段能够承受的天然气流速和管壁内外标准压力差进行对比，计算各弯曲管道段的管壁冲击危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000051
其中k表示为弯曲管道段的编号，k＝1,2.......z，ζk表示为第k个弯曲管道段的管壁冲击危险系数，Vk和Fk分别表示为第k个弯曲管道段的管内天然气流速和管壁内外压力差，
Figure BDA0003691766480000052
表示为第k个弯曲管道段能够承受的天然气流速，F标表示为管壁内外标准压力差。
进一步优化本技术方案，所述弯曲管道段外观危险监测子单元用于对各弯曲管道段的外观进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
C1:通过高清摄像仪对各弯曲管道段进行三维图像采集，并通过气体泄漏检测仪对各弯曲管道段接口进行天然气泄漏监测，进而获取各弯曲管道段对应的三维外观图像和接口天然气泄漏浓度；
C2:将各弯曲管道段对应的三维外观图像与数据库中各弯曲管道段对应的标准三维外观图像进行对比，进而从中提取出各弯曲管道段对应的外观缺陷类型和外观缺陷面积，将各弯曲管道段的外观缺陷类型与数据库中各外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子进行匹配，得到各弯曲管道段对应的外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子，进而据此计算各弯曲管道段的外观缺陷危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000061
其中βk表示为第k个弯曲管道段的外观缺陷危险系数，jk和qk分别表示为第k个弯曲管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子；
C3:将各弯曲管道段对应的接口天然气泄漏浓度与数据库中天然气允许泄漏浓度进行对比，计算各弯曲管道段的泄漏危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000062
其中λk表示为第k个弯曲管道段的泄漏危险系数，dk表示为第k个弯曲管道段对应的接口天然气泄漏浓度，d0表示为天然气允许泄漏浓度；
C4:基于各弯曲管道段的外观缺陷危险系数和泄漏危险系数计算各弯曲管道段的表观危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000071
其中ωk表示为第k个弯曲管道段的表观危险系数。
进一步优化本技术方案，所述综合分析子单元用于基于弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元和弯曲管道段外观危险监测子单元的监测结果计算各弯曲管道段的自身危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000072
其中
Figure BDA0003691766480000073
表示为第k个弯曲管道段的自身危险系数。
进一步优化本技术方案，所述混合管道段自身危险监测单元用于对各混合管道段自身进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
E1:将各混合管道段进行直线部分和弯曲部分划分；
E2:分别对各混合管道段对应的直线部分和弯曲部分进行自身危险监测，其中直线部分的自身危险监测方式与直线管道段对应自身危险监测方式一致，弯曲部分的自身危险监测方式与弯曲管道段对应自身危险监测方式一致，进而获取各混合管道段对应直线部分和弯曲部分的危险系数；
E3:将各混合管道段对应直线部分的自身危险系数与弯曲部分的自身危险系数相加得到各混合管道段的自身危险系数，记为
Figure BDA0003691766480000074
其中i表示为混合管道段的编号，i＝1,2.......n。
进一步优化本技术方案，所述管道段外界环境危险监测模块用于对各管道段所属区域对应的大气环境进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤:
F1:通过雨量器和温度传感器分别对各管道段所属区域对应的降水量和温度进行监测，进而获取对应的降水量和温度；
F2:通过风速计和风向标分别监测各管道段所属区域对应的风速和风向，进而获取对应的风速和风向角度；
F3:将各管道段所属区域对应的风向角度与数据库中各种风向角度对应的风力冲击系数进行匹配，得到各管道段所属区域的风向角度对应的风力冲击系数，并将其记为Gg，其中g表示为各管道段的编号，g可以为a、k和i；
F4:将各管道段所属区域对应的降水量、温度和风速分别与数据库中各管道段能够承受的降水量、温度和风速进行对比，计算各管道段所属区域对应的大气环境危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000081
其中τg表示为第g个管道段所属区域对应的大气环境危险系数，Lg、Wg和Hg分别表示为第g个管道段所属区域对应的降水量、温度和风速，
Figure BDA0003691766480000082
和
Figure BDA0003691766480000083
分别表示各管道段能够承受的降水量、温度和风速。
进一步优化本技术方案，所述各管道段对应综合危险系数的计算公式为：
Figure BDA0003691766480000084
其中ψg表示为第g个管道段对应的综合危险系数。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下有益效果：
(1)本发明通过设置高清摄像仪、气体泄漏检测仪、流速仪和压力传感器实现了对天然气输送管道多个维度的自身危险监测，相较于传统的人工检测方式，该监测方式能够发现管道裂痕和形变等细微的危险问题，既减少了检测盲区，提升了检测效果，又为天然气管道的危险监测结果提供稳定性依据，且大幅降低了检测人员的工作量。
(2)本发明通过基于物联网技术对天然气输送管道进行智能分析管控，避免了卫星网络检测方式所存在的远距离以及客观不可控因素，且收集的数据量规模大，并顾及到了天然气管道多存在老旧化现象，实现了对天然气管道的动态化监测，从而为天然气管道提供了可靠性的监测结果，克服了卫星网络存在的高昂维护成本问题。
(3)本发明还通过设置雨量器、温度传感器、风速计和风向标实现了对天然气输送管道的外界环境进行相应的危险监测，克服了人工和卫星网络检测方式都只关注对天然气输送管道本身危险监测的弊端，本发明从自身危险和外界环境危险两个角度进行天然气输送管道的安全监测，从而使天然气输送管道安全监测结果更加具有全面性。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的***结构连接示意图。
图2为本发明的管道段自身危险监测模块连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，本发明提供一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，包括天然气输送管道段划分模块、管道段监测设备设置模块、管道段自身危险监测模块、管道段外界环境危险监测模块、数据处理云平台、数据库和管控预警显示终端；
所述管道段监测设备设置模块分别与天然气输送管道段划分模块、管道段自身危险监测模块和管道段外界环境危险监测模块相连接，数据处理云平台分别与管道段自身危险监测模块、管道段外界环境危险监测模块、数据库和管控预警显示终端相连接；
所述天然气输送管道段划分模块用于获取天然气输送管道的长度，并将其按照设定的长度间隔进行管道段划分，得到若干管道段；
所述管道段监测设备设置模块用于对划分的各管道段进行类型识别，进而将相同类型的管道段进行归类，得到直线段类型对应的管道段集合、弯曲段类型对应的管道段集合和混合段类型对应的管道段集合，并对上述管道段集合内的各管道段进行监测设备设置；
需要说明的是：上述监测设备设置包括在直线管道段设置高清摄像仪以及在直线管道段接口部位设置气体泄漏检测仪，在弯曲管道段设置高清摄像仪以及在弯曲管道段接口部位设置气体泄漏检测仪，同时在弯曲管道段内设置流速仪以及在弯曲管道段的管壁内和管壁外共同设置压力传感器，对混合管道段直线部分的监测设备设置与直线管道段监测设备设置方式一致，对混合管道段弯曲部分的监测设备设置与弯曲管道段监测设备设置方式一致。
所述管道段自身危险监测模块用于对划分的各管道段进行自身危险监测，得到各管道段对应的自身危险系数。
参照图2所示，管道段自身危险监测模块包括直线管道段自身危险监测单元、弯曲管道段自身危险监测单元和混合管道段自身危险监测单元；
具体地，所述直线管道段自身危险监测单元用于对各直线管道段进行自身危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
A1:通过高清摄像仪对各直线管道段进行三维图像采集，并通过气体泄漏检测仪对各直线管道段接口进行天然气泄漏监测，进而获取各直线管道段对应的三维外观图像和接口天然气泄漏浓度；
A2:将各直线管道段对应的三维外观图像与数据库中各直线管道段对应的标准三维外观图像进行对比，进而从中提取出各直线管道段对应的外观缺陷类型和外观缺陷面积，将各直线管道段的外观缺陷类型与数据库中各外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子进行匹配，得到各直线管道段对应的外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子，进而据此计算各直线管道段的外观缺陷危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000111
其中a表示为直线管道段的编号，a＝1,2.......c，βa表示为第a个直线管道段的外观缺陷危险系数，ja和qa分别表示为第a个直线管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子；
需要说明的是，上述各直线管道段的外观缺陷危险系数计算公式中，第a个直线管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子的乘积越小，第a个直线管道段的外观缺陷危险系数越小，表明第a个直线管道段的外观越符合标准；
A3:将各直线管道段对应的接口天然气泄漏浓度与数据库中天然气允许泄漏浓度进行对比，计算各直线管道段的泄漏危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000121
其中λa表示为第a个直线管道段的泄漏危险系数，da表示为第a个直线管道段对应的接口天然气泄漏浓度，d0表示为天然气允许泄漏浓度；
需要说明的是，上述各直线管道段的泄漏危险系数计算公式中，第a个直线管道段对应的接口天然气泄漏浓度与天然气允许泄漏浓度的差值越小，第a个直线管道段的泄漏危险系数越小，表明第a个直线管道段的接口越符合标准；
A4:基于各直线管道段的外观缺陷危险系数和泄漏危险系数计算各直线管道段的自身危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000122
其中
Figure BDA0003691766480000123
表示为第a个直线管道段的自身危险系数。
需要说明的是，上述各直线管道段的自身危险系数计算公式中，第a个直线管道段的外观缺陷危险系数和第a个直线管道段的泄漏危险系数的相加值越小，第a个直线管道段的自身危险系数越低，表明第a个直线管道段越符合标准。
具体地，所述弯曲管道段自身危险监测单元用于对各弯曲管道段进行自身危险监测，得到各弯曲管道段的自身危险系数。
进一步地，所述弯曲管道段自身危险监测单元包括弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元、弯曲管道段外观危险监测子单元和综合分析子单元。
进一步地，所述弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元用于对各弯曲管道段的管壁进行冲击危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
B1:通过流速仪对各弯曲管道段进行天然气流速监测，进而获取各弯曲管道段的管内天然气流速；
B2:通过压力传感器对各弯曲管道段进行管内外压力监测，获取各弯曲管道段对应的管壁内压和管壁外压，进而将其进行差值计算，得到各弯曲管道段的管壁内外压力差；
B3:将各弯曲管道段的管内天然气流速和管壁内外压力差分别与数据库中各弯曲管道段能够承受的天然气流速和管壁内外标准压力差进行对比，计算各弯曲管道段的管壁冲击危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000131
其中k表示为弯曲管道段的编号，k＝1,2.......z，ζk表示为第k个弯曲管道段的管壁冲击危险系数，Vk和Fk分别表示为第k个弯曲管道段的管内天然气流速和管壁内外压力差，
Figure BDA0003691766480000132
表示为第k个弯曲管道段能够承受的天然气流速，F标表示为管壁内外标准压力差。
需要说明的是，上述各弯曲管道段的管壁冲击危险系数计算公式中，第k个弯曲管道段的管内天然气流速和管壁内外压力差与弯曲管道段能够承受的天然气流速和管壁内外标准压力差的差值越小，第k个弯曲管道段的管壁冲击危险系数越小，表明第k个弯曲管道段的管壁冲击越符合标准。
进一步地，所述弯曲管道段外观危险监测子单元用于对各弯曲管道段的外观进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
C1:通过高清摄像仪对各弯曲管道段进行三维图像采集，并通过气体泄漏检测仪对各弯曲管道段接口进行天然气泄漏监测，进而获取各弯曲管道段对应的三维外观图像和接口天然气泄漏浓度；
C2:将各弯曲管道段对应的三维外观图像与数据库中各弯曲管道段对应的标准三维外观图像进行对比，进而从中提取出各弯曲管道段对应的外观缺陷类型和外观缺陷面积，将各弯曲管道段的外观缺陷类型与数据库中各外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子进行匹配，得到各弯曲管道段对应的外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子，进而据此计算各弯曲管道段的外观缺陷危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000141
其中βk表示为第k个弯曲管道段的外观缺陷危险系数，jk和qk分别表示为第k个弯曲管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子；
需要说明的是，上述各弯曲管道段的外观缺陷危险系数计算公式中，第k个弯曲管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子的乘积越小，第k个弯曲管道段的外观缺陷危险系数越小，表明第k个弯曲管道段的外观越符合标准；
C3:将各弯曲管道段对应的接口天然气泄漏浓度与数据库中天然气允许泄漏浓度进行对比，计算各弯曲管道段的泄漏危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000151
其中λk表示为第k个弯曲管道段的泄漏危险系数，dk表示为第k个弯曲管道段对应的接口天然气泄漏浓度，d0表示为天然气允许泄漏浓度；
需要说明的是，上述各弯曲管道段的泄漏危险系数计算公式中，第k个弯曲管道段对应的接口天然气泄漏浓度与天然气允许泄漏浓度的差值越小，第k个弯曲管道段的泄漏危险系数越小，表明第k个弯曲管道段的接口越符合标准；
C4:基于各弯曲管道段的外观缺陷危险系数和泄漏危险系数计算各弯曲管道段的表观危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000152
其中ωk表示为第k个弯曲管道段的表观危险系数。
需要说明的是，上述各弯曲管道段的表观危险系数计算公式中，第k个弯曲管道段的外观缺陷危险系数和第k个弯曲管道段的泄漏危险系数的相加值越小，第k个弯曲管道段的表观危险系数越低，表明第k个弯曲管道段的表观越符合标准。
进一步地，所述综合分析子单元用于基于弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元和弯曲管道段外观危险监测子单元的监测结果计算各弯曲管道段的自身危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000153
其中
Figure BDA0003691766480000154
表示为第k个弯曲管道段的自身危险系数。
需要说明的是，上述各弯曲管道段的自身危险系数计算公式中，第k个弯曲管道段的表观危险系数和第k个弯曲管道段的泄漏危险系数的相加值越小，第k个弯曲管道段的自身危险系数越低，表明第k个弯曲管道段越符合标准。
具体地，所述混合管道段自身危险监测单元用于对各混合管道段自身进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
E1:将各混合管道段进行直线部分和弯曲部分划分；
E2:分别对各混合管道段对应的直线部分和弯曲部分进行自身危险监测，其中直线部分的自身危险监测方式与直线管道段对应自身危险监测方式一致，弯曲部分的自身危险监测方式与弯曲管道段对应自身危险监测方式一致，进而获取各混合管道段对应直线部分和弯曲部分的危险系数；
E3:将各混合管道段对应直线部分的自身危险系数与弯曲部分的自身危险系数相加得到各混合管道段的自身危险系数，记为
Figure BDA0003691766480000161
其中i表示为混合管道段的编号，i＝1,2.......n。
本发明实施例通过设置高清摄像仪、气体泄漏检测仪、流速仪和压力传感器实现了对天然气输送管道多个维度的自身危险监测，相较于传统的人工检测方式，能够发现管道裂痕和形变等细微的危险问题，既减少了检测盲区，提升了检测效果，并为天然气管道的危险监测结果提供稳定性依据，且大幅降低了检测人员的工作量。
所述管道段外界环境危险监测模块用于对划分的各管道段进行外界环境危险监测，得到各管道段对应的外界环境危险系数；
具体地，所述管道段外界环境危险监测模块用于对各管道段所属区域对应的大气环境进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤:
F1:通过雨量器和温度传感器分别对各管道段所属区域对应的降水量和温度进行监测，进而获取对应的降水量和温度；
F2:通过风速计和风向标分别监测各管道段所属区域对应的风速和风向，进而获取对应的风速和风向角度；
需要说明的是，上述风向角度为风向与管道段放置方向之间所形成的夹角；
F3:将各管道段所属区域对应的风向角度与数据库中各种风向角度对应的风力冲击系数进行匹配，得到各管道段所属区域的风向角度对应的风力冲击系数，并将其记为Gg，其中g表示为各管道段的编号，g可以为a、k和i；
F4:将各管道段所属区域对应的降水量、温度和风速分别与数据库中各管道段能够承受的降水量、温度和风速进行对比，计算各管道段所属区域对应的大气环境危险系数，其计算公式为：
Figure BDA0003691766480000171
其中τg表示为第g个管道段所属区域对应的大气环境危险系数，Lg、Wg和Hg分别表示为第g个管道段所属区域对应的降水量、温度和风速，
Figure BDA0003691766480000172
和
Figure BDA0003691766480000173
分别表示各管道段能够承受的降水量、温度和风速。
需要说明的是，上述各管道段所属区域对应的大气环境危险系数计算公式中，第g个管道段所属区域对应的降水量、温度和风速与各管道段能够承受的降水量、温度和风速差值越小，第g个管道段所属区域对应的大气环境危险系数越小，表明第g个管道段所属区域对应的大气环境质量越符合标准。
本发明实施例通过设置雨量器、温度传感器、风速计和风向标实现了对天然气输送管道的外界环境进行相应的危险监测，克服了人工和卫星网络检测方式都只关注对天然气输送管道本身危险监测的弊端，本发明实施例从自身危险和外界环境危险两个角度进行天然气输送管道的安全监测，从而使天然气输送管道安全监测结果更加具有全面性。
所述数据处理云平台用于基于管道段自身危险监测模块和管道段外界环境危险监测模块的监测结果评估各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数；
具体地，所述各管道段对应的综合危险系数计算公式为：
Figure BDA0003691766480000181
其中ψg表示为第g个管道段对应的综合危险系数。
需要说明的是，上述各管道段对应的综合危险系数计算公式中，第g个管道段的自身危险系数和第g个管道段所属区域对应的大气环境危险系数乘积越小，第g个管道段对应的综合危险系数越小，表明第g个管道段越安全。
所述数据库用于存储各类型管道段中各管道段对应的标准三维外观图像、各种外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子、天然气允许泄漏浓度、各管道段能够承受的降水量、温度和风速、各种风向角度对应的风力冲击系数、各弯曲管道段能够承受的天然气流速、管壁内外标准压力差和各类型管道段对应的预警综合危险系数；
所述管控预警显示终端用于对各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数进行显示，并将各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数与数据存储模块中该类型管道段对应的预警综合危险系数进行比对，若某类型管道段中某管道段对应的综合危险系数高于预警综合危险系数，则进行预警同时显示该管道段对应的编号和位置信息。
本发明实施例通过基于物联网技术对天然气输送管道进行智能分析管控，避免了卫星网络检测方式所存在的远距离以及客观不可控因素，且收集的数据量规模大，并顾及到了天然气管道多存在老旧化现象，实现了对天然气管道的动态化监测，从而为天然气管道提供了可靠性的监测结果，克服了卫星网络存在的高昂维护成本问题。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于，包括：
天然气输送管道段划分模块，用于获取天然气输送管道的长度，并将其按照设定的长度间隔进行管道段划分，得到若干管道段；
管道段监测设备设置模块，用于对划分的各管道段进行类型识别，进而将相同类型的管道段进行归类，得到直线段类型对应的管道段集合、弯曲段类型对应的管道段集合和混合段类型对应的管道段集合，并对上述管道段集合内的各管道段进行监测设备设置；
管道段自身危险监测模块，用于对划分的各管道段进行自身危险监测，得到各管道段对应的自身危险系数，其中管道段自身危险监测模块包括直线管道段自身危险监测单元、弯曲管道段自身危险监测单元和混合管道段自身危险监测单元；
管道段外界环境危险监测模块，用于对划分的各管道段进行外界环境危险监测，得到各管道段对应的外界环境危险系数；
数据处理云平台，用于基于管道段自身危险监测模块和管道段外界环境危险监测模块的监测结果评估各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数；
数据库，用于存储各类型管道段中各管道段对应的标准三维外观图像、各种外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子、天然气允许泄漏浓度、各管道段能够承受的降水量、温度和风速、各种风向角度对应的风力冲击系数、各弯曲管道段能够承受的天然气流速、管壁内外标准压力差和各类型管道段对应的预警综合危险系数；
管控预警显示终端，用于对各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数进行显示，并将各类型管道段中各管道段对应的综合危险系数与数据存储模块中该类型管道段对应的预警综合危险系数进行比对，若某类型管道段中某管道段对应的综合危险系数高于预警综合危险系数，则进行预警同时显示该管道段对应的编号和位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述直线管道段自身危险监测单元用于对各直线管道段进行自身危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
A1:通过高清摄像仪对各直线管道段进行三维图像采集，并通过气体泄漏检测仪对各直线管道段接口进行天然气泄漏监测，进而获取各直线管道段对应的三维外观图像和接口天然气泄漏浓度；
A2:将各直线管道段对应的三维外观图像与数据库中各直线管道段对应的标准三维外观图像进行对比，进而从中提取出各直线管道段对应的外观缺陷类型和外观缺陷面积，将各直线管道段的外观缺陷类型与数据库中各外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子进行匹配，得到各直线管道段对应的外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子，进而据此计算各直线管道段的外观缺陷危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000021
其中a表示为直线管道段的编号，a＝1,2.......c，βa表示为第a个直线管道段的外观缺陷危险系数，ja和qa分别表示为第a个直线管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子；
A3:将各直线管道段对应的接口天然气泄漏浓度与数据库中天然气允许泄漏浓度进行对比，计算各直线管道段的泄漏危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000031
其中λa表示为第a个直线管道段的泄漏危险系数，da表示为第a个直线管道段对应的接口天然气泄漏浓度，d0表示为天然气允许泄漏浓度；
A4:基于各直线管道段的外观缺陷危险系数和泄漏危险系数计算各直线管道段的自身危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000032
其中
Figure FDA0003691766470000033
表示为第a个直线管道段的自身危险系数。
3.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述弯曲管道段自身危险监测单元用于对各弯曲管道段进行自身危险监测，其中弯曲管道段自身危险监测单元包括弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元、弯曲管道段外观危险监测子单元和综合分析子单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元用于对各弯曲管道段的管壁进行冲击危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
B1:通过流速仪对各弯曲管道段进行天然气流速监测，进而获取各弯曲管道段的管内天然气流速；
B2:通过压力传感器对各弯曲管道段进行管内外压力监测，获取各弯曲管道段对应的管壁内压和管壁外压，进而将其进行差值计算，得到各弯曲管道段的管壁内外压力差；
B3:将各弯曲管道段的管内天然气流速和管壁内外压力差分别与数据库中各弯曲管道段能够承受的天然气流速和管壁内外标准压力差进行对比，计算各弯曲管道段的管壁冲击危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000041
其中k表示为弯曲管道段的编号，k＝1,2.......z，ζk表示为第k个弯曲管道段的管壁冲击危险系数，Vk和Fk分别表示为第k个弯曲管道段的管内天然气流速和管壁内外压力差，
Figure FDA0003691766470000042
表示为第k个弯曲管道段能够承受的天然气流速，F标表示为管壁内外标准压力差。
5.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述弯曲管道段外观危险监测子单元用于对各弯曲管道段的外观进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
C1:通过高清摄像仪对各弯曲管道段进行三维图像采集，并通过气体泄漏检测仪对各弯曲管道段接口进行天然气泄漏监测，进而获取各弯曲管道段对应的三维外观图像和接口天然气泄漏浓度；
C2:将各弯曲管道段对应的三维外观图像与数据库中各弯曲管道段对应的标准三维外观图像进行对比，进而从中提取出各弯曲管道段对应的外观缺陷类型和外观缺陷面积，将各弯曲管道段的外观缺陷类型与数据库中各外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子进行匹配，得到各弯曲管道段对应的外观缺陷类型对应单位面积的危险影响因子，进而据此计算各弯曲管道段的外观缺陷危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000051
其中βk表示为第k个弯曲管道段的外观缺陷危险系数，jk和qk分别表示为第k个弯曲管道段对应的外观缺陷面积和所属外观缺陷类型对应单位缺陷面积的危险影响因子；
C3:将各弯曲管道段对应的接口天然气泄漏浓度与数据库中天然气允许泄漏浓度进行对比，计算各弯曲管道段的泄漏危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000052
其中λk表示为第k个弯曲管道段的泄漏危险系数，dk表示为第k个弯曲管道段对应的接口天然气泄漏浓度，d0表示为天然气允许泄漏浓度；
C4:基于各弯曲管道段的外观缺陷危险系数和泄漏危险系数计算各弯曲管道段的表观危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000053
其中ωk表示为第k个弯曲管道段的表观危险系数。
6.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述综合分析子单元用于基于弯曲管道段管壁冲击危险监测子单元和弯曲管道段外观危险监测子单元的监测结果计算各弯曲管道段的自身危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000054
其中
Figure FDA0003691766470000055
表示为第k个弯曲管道段的自身危险系数。
7.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述混合管道段自身危险监测单元用于对各混合管道段自身进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤：
E1:将各混合管道段进行直线部分和弯曲部分划分；
E2:分别对各混合管道段对应的直线部分和弯曲部分进行自身危险监测，其中直线部分的自身危险监测方式与直线管道段对应自身危险监测方式一致，弯曲部分的自身危险监测方式与弯曲管道段对应自身危险监测方式一致，进而获取各混合管道段对应直线部分和弯曲部分的危险系数；
E3:将各混合管道段对应直线部分的自身危险系数与弯曲部分的自身危险系数相加得到各混合管道段的自身危险系数，记为
Figure FDA0003691766470000061
其中i表示为混合管道段的编号，i＝1,2.......n。
8.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述管道段外界环境危险监测模块用于对各管道段所属区域对应的大气环境进行危险监测，其具体检测过程包括以下步骤:
F1:通过雨量器和温度传感器分别对各管道段所属区域对应的降水量和温度进行监测，进而获取对应的降水量和温度；
F2:通过风速计和风向标分别监测各管道段所属区域对应的风速和风向，进而获取对应的风速和风向角度；
F3:将各管道段所属区域对应的风向角度与数据库中各种风向角度对应的风力冲击系数进行匹配，得到各管道段所属区域的风向角度对应的风力冲击系数，并将其记为Gg，其中g表示为各管道段的编号，g可以为a、k和i；
F4:将各管道段所属区域对应的降水量、温度和风速分别与数据库中各管道段能够承受的降水量、温度和风速进行对比，计算各管道段所属区域对应的大气环境危险系数，其计算公式为：
Figure FDA0003691766470000071
其中τg表示为第g个管道段所属区域对应的大气环境危险系数，Lg、Wg和Hg分别表示为第g个管道段所属区域对应的降水量、温度和风速，
Figure FDA0003691766470000072
和
Figure FDA0003691766470000073
分别表示各管道段能够承受的降水量、温度和风速。
9.根据权利要求1所述的一种基于多维特征分析的能源输送安全在线监测云平台，其特征在于：所述各管道段对应的综合危险系数计算公式为：
Figure FDA0003691766470000074
其中ψg表示为第g个管道段对应的综合危险系数。
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