基本信息
- 项目名称：
- 地下综合管沟油气管道泄漏智能检测系统研制
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 目前国内外油气管道泄漏检测方法在泄漏点的定位精度、误报警率和漏报警率上，特别是面对复杂管网结构时，还很难令人满意。为解决此类问题，作品研究了一种应用于城市地下综合管沟的由SCADA在线监控系统和智能巡检系统相结合的综合检测系统。通过采用嗅觉和超声检测管道泄漏信号、多元数据融合的泄漏点识别、基于高斯函数滤波的信号预处理技术和光电导航、里程自校准等技术，使定位精度可达到米级以下，并可极大地降低泄漏检测的误报率。作品结合管网GPS定位、GIS调度系统使用，可实现自动化的管网运行安全管理、调度和决策指挥。作品亦可应用于其他大空间和长距离环境的燃气泄漏检测；相关技术还可以移植应用于其他压力管线的气密性自动化检查。其推广应用情景广阔。
- 详细介绍：
- 作品设计和发明的目的： 世界已经进入“石油时代”，并且正在步入“天然气时代”。随着油气能源的广泛利用，油气能源的安全储运变得非常关键。油气输送管道泄漏不仅会造成巨大的经济损失和资源浪费，而且会带来安全和污染问题。因此，对油气输送管道进行泄漏检测非常必要。地下综合管沟油气管道泄漏智能检测系统研制的目的在于提高城市地下综合管沟中油气管道泄漏检测的稳定性和精确性，降低泄漏检测的误报率和漏报率，降低管道运行维护人员的劳动强度和提高其工作效率。作品结合管网GPS定位、GIS调度系统使用，可实现自动化的管网运行安全管理、调度和决策指挥，发挥巨大的社会效益和经济效益。 基本设计思路： 目前单一油气管道泄漏检测方法在泄漏点的定位精度、误报警率和漏报警率上，特别是面对复杂管网结构时，还很难令人满意，往往需要进一步结合人工排查确认泄漏点，从而导致工作效率低、工程量大等问题。为解决此类问题，研究组设计研制了一种应用于城市地下综合管沟的油气管道智能检测系统，此系统主要由SCADA在线监控系统和智能巡检系统组成。其中SCADA在线监控系统对油气管道进行实时监控和粗略的泄漏定位；智能巡检系统的主体为巡检机器人，巡检机器人对管道进行巡线检测和精确的泄漏定位。SCADA在线监控系统和智能巡检系统相辅相成，二者结合实现了在线监控与自动化巡检的作业方式。 主要创新点： 该油气管道泄漏智能检测系统的创新点主要体现在以下四个方面： （1）SCADA在线监控系统和智能巡检系统结合，实现了在线监控与自动化巡检定位的相结合的组合作业方式； （2）采用基于超声波与嗅觉传感器二元数据融合的自适应线性组合器，提高泄漏点定位精度； （3）采用基于自适应模糊检噪算法（AFND）和多尺度高斯滤波算法相结合的数字信号预处理技术，分别实现了对检测泄漏量的传感器信号波形去粗差、去抖动的环境噪声和电子噪声滤波的目的。 （4）应用于城市地下综合管沟中油气管道泄漏检测定位的光电自主导航和里程自校准的方法，该方法在低成本条件下提高了导航定位精度。 技术关键点： SCADA在线监控系统技术关键点 （1）SCADA在线监控系统监控节点相关性分析 （2）WSN（无线传感器网络）的无线数据传输 智能巡检系统技术关键点： （1）声觉、嗅觉传感器二元数据融合的漏点识别； （2）粗差过滤和抖动消除的数字滤波算法设计实现； （3）巡检机器人的导航定位软硬件设计实现； （4）巡检机器人机构可调、轻型化，遇微小障碍的避障算法； （5）巡检机器人与工作站计算机之间的无线数据通信； （6）在工作站上实现检测过程的可视化分析和存储。 性能指标： 结合作品的设计目的和方案，研究组将整个系统分为两期工程分别完成。一期工程为智能巡检系统设计及完成；二期工程为SCADA在线监控系统设计及完成。目前，一期工程已圆满完成，并通过测试；二期工程的软、硬件设计也基本完成，正进行相关验证性实验和主要技术指标的测试。 现将一期工程智能巡检系统主要技术指标呈现如下： 巡检机器人功耗：3W 巡检机器人续航里程：2000m 泄漏定位精度：4±30%cm 无线通讯方式：半双工 通讯中心频点：315MHz 数据传输速率：9600bps 生产试验效果与应用前景： 申报作品在华润燃气有限公司进行现场试验，试验表明：该泄漏检测系统对泄漏点的定位能力强，运行稳定，误报率低。同时申报作品在上海电器科学研究所（集团）有限公司、中原油田采油三厂等企业单位的进行了技术鉴定，受到同行们的一直好评，具有很高的实用价值和推广应用价值。 申报作品在管道检测行业具有广阔的应用前景。研制成功后可进一步向监控检测维修一体化系统发展，具有更高的应用价值；相关技术还可扩展应用于管道煤气、给水管道等相关领域的安全性检测；结合管网GIS，可实现自动化的管网运行安全管理、调度和决策指挥。从而带来巨大的经济效益和社会效益。 申报者完成的工作 （1）整理和分析了国内外现有油气管道泄漏检测技术现状，确立了基本研究方案。 （2）建立了油气管道泄漏检测模型，搭建了试验平台。 （3）针对研发方案检测原理完成了超声波检测模块、气敏检测模块、报警电路、串口通信等电路模块的设计，同时完成了油气管道泄漏管外检测机械传动机构设计。 （4）完成了超声波检测模块、气敏检测模块、报警电路、串口通信等电路模块电路图的绘制和模块电路板制作，完成了管外机械传动机构的制作。 （5）利用完成的检测模块和机械传动机构组装模型进行了系统测试，验证了检测原理的正确性和可行性。 （7）组织并进行了油气管道泄漏智能检查设备的多次室内检测试验、两次油气管道现场检测试验；对试验数据进行分析、处理，以试验数据以及对数据的处理结果为依据，评价油气管道泄漏智能检查设备的工作性能。 （7）认真分析和总结试验过程中出现的问题，进一步完善和提高了油气管道泄漏智能检测设备的检测精确性和稳定性，对检测系统进行优化改进设计。 取得的成果 1、申请专利 （1）申请专利《应用自主导航机器人对油气管道泄漏的检测定位方法》 专利号：200910062140.0 （2）申请专利《油气管道泄漏智能巡检机》 专利号：200820193536.X （3）申请专利《一种环抱式油气管道泄漏巡检传动机构》 专利号：200920084228.8 （4）申请专利《一种索道式油气管道泄漏巡检传动机构》 专利号： 200920084229.2 2、发表论文 题为《燃气管道泄漏巡检系统研究》的论文发将表于中文核心期刊《现代制造工程》2009年12期 题为《油气管道安全性检测的技术分析与技术整合》的会议论文发表于中国国土经济学会2009年3月 题为《索道式与环抱式传动机构在油气管道泄漏检测中的应用》的论文发表于《科协论坛》2009年5期 3、成果鉴定及社会评价 （1）中国科学院武汉文献情报中心科技查新报告表明国内未见与本作品创新点相同或相似报道。 （2）中原油田分公司采油三厂开据现场应用证明，证明申报作品具有较高的实用价值和推广应用前景。 （3）安阳华润燃气有限公司开据现场应用证明，证明申报作品对泄漏点的定位能力强，运行稳定，误报率低。 （4）上海电器科学研究所（集团）有限公司开据技术证明，证明申报作品技术具有较强的科学性和应用性。 （5）广州海洋地质调查局开据技术证明，证明作品设计思路新颖、操作简便、可移植性强、检测精度高。 4、获得奖励 作品在2009年湖北省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获“一等奖”
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：作品旨在提高城市地下综合管沟中油气管道泄漏检测的精确性和稳定性，提高管道维护人员工作效率，降低泄漏检测的误报率和漏报率，降低管道运行维护人员的劳动强度。结合管网GIS使用，实现自动化的管网运行安全管理、调度和决策指挥。 设计思路：该系统主要由SCADA在线监控系统和智能巡检系统组成。其中SCADA在线监控系统对油气管道进行实时监控和粗略的泄漏定位；智能巡检系统的主体为巡检机器人，对管道进行巡线检测和精确泄漏定位。SCADA在线监控系统和智能巡检系统相辅相成，二者结合实现了在线监控与自动化巡检的组合作业方式。 技术创新点：（1）SCADA在线监控系统和智能巡检系统结合。（2）采用基于超声波与嗅觉传感器二元数据融合的自适应线性组合器。（3）采用基于自适应模糊检噪算法和多尺度高斯滤波算法相结合的数字信号预处理技术。（4）光电自主导航和里程自校准的方法。 技术关键点： SCADA在线监控系统技术关键点：（1）SCADA在线监控系统监控节点相关性分析。（2）WSN的无线数据传输。 智能巡检系统技术关键点：（1）声觉、嗅觉传感器二元数据融合的漏点识别。（2）粗差过滤和抖动消除的数字滤波算法设计实现。（3）机器人的巡检功能实现。（4）在工作站上实现检测过程的可视化分析和存储。 智能巡检系统主要技术指标：巡检机器人功耗：3 W 巡检机器人续航里程：2000 M 泄漏定位精度：4±30% CM 无线通讯方式：半双工 通讯中心频点：315 MHz 数据传输速率：9600 bps
科学性、先进性
- 申报作品与现有检测技术相比，其研究特色在于：地下综合管沟油气管道泄漏智能检测系统是由SCADA在线监控系统与智能巡检系统相结合的检测系统，实现了在线监控与自动化巡检定位相结合的组合作业方式。申报作品运用SCADA在线监控系统对油气管道进行实时监控和粗略的泄漏定位，智能巡检系统对管道进行巡线检测和精确的泄漏定位，提供一种城市地下综合管沟环境下取代人工排查的自动化泄漏检测和精确定位系统。申报作品结合管网GPS定位、GIS调度系统使用，可实现自动化的管网运行安全管理、调度和决策指挥。 根据查新报告显示，作品所涉及的有关基于超声波检测与嗅觉传感器多源数据融合的应用于油气管道泄漏检测的研究和有关基于以高斯函数为尺度空间核的信号多尺度空间分析的高斯滤波算法与粗差检测型滤波算法相结合的应用于油气管道泄漏检测信号预处理的研究仅本研究组在进行研究。 该作品在上海电器科学研究所等4家单位进行的技术评估，得到同行们的一直好评，结果显示作品的漏点定位能力强、误报率低，具有很高的实用价值和推广应用价值。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年3月在教育部科技查新工作站进行科技查新，报告表明国内未见与本作品创新点相同或相似报道。 2009年6月在湖北省第七届“挑战杯”竞赛中荣获“一等奖” 2009年5月在中原油田分公司采油三厂进行现场应用。结果表明作品具有较高的实用价值和推广应用前景。 2009年3月在上海电器科学研究所（集团）有限公司开展技术论证。研究讨论证明申报作品技术具有较强的科学性和应用性。 2009年4月在广州海洋地质调查局开展技术论证。研究讨论证明作品设计思路新颖、操作简便、可移植性强、检测精度高。 2009年2月在安阳华润燃气有限公司进行现场应用。结果表明作品定位能力强、运行稳定、误报率低。
作品所处阶段
- 试验应用阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■模型 ■图纸 ■磁盘 ■现场演示 ■图片 ■录像 ■样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品采用粗检测和精检测相结合的手段对城市地下综合管沟中的油气管道进行泄漏检测和精确定位。作品使用中，先采用SCADA在线监控系统对管道采取实时监控，当发现某段管道出现监控数据异常时，立刻采用智能巡检系统，利用巡检机器人对该段管道进行巡线检测和精确定位。 作品适用于城市地下综合管沟中对油气管道进行泄漏检测和精确定位。其技术特点和优势在于（1）自动化程度高。采用在线监控、无线数据传输、自主导航定位和数据融合等技术。（2）多种技术优势互补、集成度高。（3）系统漏报率和误报率低。综合运用在线监控和巡线检测的手段，将检测由段到点，逐步定位。（4）技术可移植性强。 作品立足于能源安全问题，切合节能减排、环境保护、城市减灾防灾等科学发展的热点主题，符合节约型社会和和谐社会的主旋律。该作品在华润燃气有限公司进行的现场试验表明：该技术的应用对泄漏点有较强的定位能力，且具有系统运行稳定，误报率和漏报率低的优点，受到同行好评，具有很高的实用价值和推广应用价值。
同类课题研究水平概述
- 据资料检索，目前国内外油气管道泄漏检测方法大体可分为直接检漏和间接检漏：直接检漏法主要利用图像分析或用泄漏物敏感材料制成传感器检测管道外是否有泄漏物，主要包括泄漏检测线缆法和空气取样法；间接检漏法是通过监测管道的运行参数，如压力、流量、温度等估计泄漏，主要包括质量平衡法、负压波检漏法、压力梯度法、压力点分析法、统计检漏法、应力波法、声波法、实时模型法、基于神经网络和模式识别的方法、小波变换法、管内智能爬行机法等泄漏检测方法。按泄漏检测作业方式的实时性，又可大体分为网络化在线检测和人工检测两种方式: 在线检测方式是指实时采集可提供泄漏信息的多点传感器数据，在监控中心计算机上集中、统一地监视和分析这些分布式测量数据，从而达到实时检测泄漏的目的；人工检测一般使用检漏仪器对泄漏点进行排查，可作为人工报告泄漏或在线检测预警的后续确认手段。 目前国内油气管道泄漏检测主要采用漏磁检测法，但对铺设于城市地下综合管沟中的油气管道的泄漏检测技术的水平还不高,主要依靠人工携带检测仪器沿着管道巡检, 无法实现在线实时监控和精确定位。国外油气管道泄漏检测主要采用管内智能爬行机检测法，管内智能爬行机是沿管内管流运动，能够实现自动化检测，但智能爬行机只能在管道停运检修状态下工作，影响油气管道运输的正常进行。 综上所述，虽然国内外各种油气管道泄漏检测方法都有其特点，但单一泄漏检测方法在泄漏点的定位精度、误报警率和漏报警率上，特别是面对复杂管网结构时，还很难令人满意，往往需要结合人工排查进一步确认泄漏点，工作效率低且容易出错，无法实现自动化连续作业。 申报作品地下综合管沟油气管道泄漏智能检测系统是由SCADA在线监控系统与智能巡检系统相结合的检测系统，实现了在线监控与自动化巡检定位的相结合的组合作业方式。根据查新报告显示，作品所涉及的有关基于超声波检测与嗅觉传感器多源数据融合的应用于油气管道泄漏检测的研究和有关基于以高斯函数为尺度空间核的信号多尺度空间分析的高斯滤波算法与粗差检测型滤波算法相结合的应用于油气管道泄漏检测信号预处理的研究未见文献报道，目前在国内仅本研究组在研究。研究取得成果显著，申请专利4项，发表论文多篇。作品在中原油田采油三厂和华润燃气有限公司的现场试验以及在上海电器科学研究所和广州海洋地质调查局的技术鉴定，证明有广阔的应用价值。
