1.本发明涉及管道标定技术领域，具体而言，涉及一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法。
背景技术：2.石油、天然气管道作为国家的能源运输的大动脉，其安全稳定的运行，对国家经济发展和社会稳定起到至关重要的作用。目前，石油、天然气管道频发事故主要集中在管道破裂、错挖和盗采等引起的管道泄露。以往管道的巡检主要依靠人工或无人机巡查，然而由于石油、天然气管道铺设距离长，且经常会经过山区、河流、隧道、沟壑等复杂地理环境，因此给管道的日常巡检带来巨大挑战，需耗费大量的人力物力与财力且效率低下，而且最为关键的是不能实现7x24小时全天候实时监测，在故障事故发生后，未能及时发现事故并快速定位至故障位置做出响应处理，从而造成巨大的经济损失。
3.分布式光纤声波传感技术作为一种新型的光纤管道传感监测技术，可将声波传感光纤沿管道外壁一起放置，通过传感光纤感知因外界环境变化引起的振动，计算光纤内相干瑞利散射光的相位差，从而来监测管道各处的振动点的位置，并以此判断管道是否存在泄露事故及对故障点进行定位。然而目前分布式声波传感光纤系统在实际工程应用中存在两大缺点；1)声波传感光纤沿管道铺设时没有采取规律性的光纤布置方式，从而造成系统监测位置与实际位置存在较大偏差；2)目前分布式声波传感系统，主要通过计算声波传感光纤内相干瑞利散射光的光路长度，得出管道故障点离分布式光纤主机的距离，但缺乏实际的地理位置信息，光纤的计算出来的光路长度往往与实际位置相差很大，因而难以准确的标注故障点地理位置信息，极大的增加了管道日常维护人员工作量和巡查效率。
技术实现要素：4.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于双m-z(mach-zehnder)干涉结构(图2)的分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，用于通过在石油、天然气管道上有规律的布置声波传感光纤，对获得的振动信号采用相干直检法和先进的小波分析方法进行信号分析，获取频域内的振动频率分量并截取有效的振动信号段，对截取信号进行互相关运算，得出信号振动幅值的大小及位置；通过建立声波传感光纤线路全段的地理基础数据和经纬度坐标的信息，生成分布式声波光纤传感线路的电子地图；通过分布式声波传感光纤系统的监测数据和实际数据对比，对获得的电子地图进行校正，然后根据分布式传感光纤长度与管道长度的函数关系，将分布式声波光纤传感线路的电子地图映射成管道电子地图，再将管道电子地图与公共地图进行融合，生成石油、天然气管道的巡查地图。
5.为了实现上述技术目的，本技术提供了一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，包括以下步骤：
6.通过将声波传感光纤以s型走线方式缠绕在管道的外壁上，构建具有经纬度信息的声波传感光纤线路的电子地图；
7.将电子地图与公共地图进行融合后，在声波传感光纤上主动叠加固定振动信号，对融合后的地图进行修正，生成优化后的声波光纤线路电子地图；
8.根据第一长度与第二长度的函数关系，将管道的长度位置映射到声波光纤线路电子地图，生成管道巡检地图。
9.优选地，在将声波传感光纤以s型走线方式缠绕在管道的外壁上的过程中，管道由具有标准长度的第一管道和具有非标准长度的第二管道组成；
10.声波传感光纤由具有固定长度的第一声波传感光纤和具有非固定长度的第二声波传感光纤组成；
11.将第一声波传感光纤，以s型走线方式缠绕在第一管道的外壁上，其中，第一声波传感光纤的长度是第一管道的长度的整数倍；
12.将第二声波传感光纤，以s型走线方式缠绕在第二管道的外壁上，第二声波传感光纤的长度是第二管道的长度的整数倍；
13.声波传感光纤用于采集管道的振动信号。
14.优选地，在将第二声波传感光纤以s型走线方式缠绕在第二管道的外壁上的过程中，第二管道的长度表达式为：
[0015][0016]
其中，g(l)表示第二管道的长度hi与第二声波传感光纤的长度li的函数，a＝l/h，bi＝hi/li，li》5，l表示第一声波传感光纤的长度，h表示第一管道的长度。
[0017]
优选地，在生成电子地图的过程中，获取管道的长度p
t
与铺设在管道上的声波传感光纤的长度的函数对应关系，其中，对应关系表示为：
[0018][0019]
优选地，在生成声波传感光纤的经纬度信息的过程中，通过采用测绘或者航拍的方法，生成声波传感光纤的地理位置基础数据；
[0020]
将地理位置基础数据，转化为经纬度信息，并构建电子地图。
[0021]
优选地，在生成地理位置基础数据的过程中，采集声波传感光纤的振动信号并进行小波变换；
[0022]
对经过小波变换后的振动信号，通过傅里叶变换，获取振动信号的频率；
[0023]
获取声波传感光纤的两路光信号，根据频率，进行互相关运算，获取两路光信号的信号延迟；
[0024]
通过信号延迟、声波传感光纤的长度、光速、光折射率，获取振动信号的发生点与振动信号采集点的距离。
[0025]
优选地，在对振动信号并进行小波变换的过程中，小波变换的表达式为：
[0026][0027]
其中，ψ(t)是母小波，a为尺度因子，τ表示信号延迟。
[0028]
优选地，对小波变化信号进行傅里叶变化表达式为：
[0029][0030]
x(w)和ψ(ω)为x(t)和ψ(t)做傅里叶变化后的函数。
[0031]
优选地，通过提取wt
x
(a，τ)信号的振动频率分量{f1，f2，f3…
，fn}；进行反傅里叶变化，可得出有效的振动信号的d(t)。
[0032]
优选地，对探测器探测到的两路光信号做互相关运算：
[0033][0034]
得出两路光路时间延迟τ；
[0035]
优选地，通过公式可得出z0振动点到后耦合器1的距离lv：式中，l为整个光纤的长度，c为光速，n为光纤折射率。
[0036]
优选地，将lv代入公式可得z0振动点在管道中的位置。
[0037]
优选地，在对融合后的地图进行修正的过程中，在声波传感光纤上主动叠加固定振动信号，获取声波振动光纤位置；
[0038]
将声波振动光纤位置与声波振动光纤实际位置进行比较，生成用于修正声波振动光纤位置的校正因子bi；
[0039]
根据校正因子bi，对融合后的地图进行修正，生成声波光纤线路电子地图。
[0040]
优选地，在将管道的长度位置映射到声波光纤线路电子地图的过程中，根据函数p
t
，将声波振动光纤对应的管道，映射到声波光纤线路电子地图，生成管道巡检地图。
[0041]
优选地，用于实现管道巡检地图制作方法的管道巡检地图制作系统，包括：
[0042]
线路电子地图构建模块，用于通过将声波传感光纤以s型走线方式缠绕在管道的外壁上，构建具有经纬度信息的声波传感光纤线路的电子地图；
[0043]
电子地图优化模块，用于将电子地图与公共地图进行融合后，在声波传感光纤上主动叠加固定振动信号，对融合后的地图进行修正，生成优化后的声波光纤线路电子地图；
[0044]
管道巡检地图生成模块，用于根据第一长度与第二长度的函数关系，将管道的长度位置映射到声波光纤线路电子地图，生成管道巡检地图。
[0045]
本发明公开了以下技术效果：
[0046]
本发明将分布式声波传感光纤均沿着管道壁进行布置，因此声波传感光纤监测出的频率异常位置通过函数映射可得出管道故障点。当管道出现异常和故障时，所制得的巡查地图上可实时标定故障点地理位置信息，维护人员根据提示的位置信息迅速导航至故障点进行维修处理；同时声波传感系统可实现7x24小时全天候实时在线监测，因此该方法可大幅度提高巡查效率和节省维护运营成本，产生良好的经济和社会效益。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施
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。
[0048]
图1是本发明所述的方法流程图；
[0049]
图2是本发明所述的分布式声波传感系统示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0051]
如图1-2所示，本发明提供了一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，通过在石油、天然气管道上有规律的布置声波传感光纤，对获得的振动信号采用先进的小波分析方法进行信号分析，获取频域内的振动频率分量并截取有效的振动信号段，对截取信号进行互相关运算，得出信号振动幅值的大小及位置；通过建立声波传感光纤线路全段的地理基础数据和经纬度坐标的信息，生成分布式声波光纤传感线路的电子地图。通过分布式声波传感光纤系统的监测数据和实际数据对比，对获得的电子地图进行校正，然后根据分布式传感光纤长度与管道长度的函数关系，将分布式声波光纤传感线路的电子地图映射成管道电子地图，再将管道电子地图与公共地图进行融合，生成石油、天然气管道的巡查地图，具体实现过程如下：
[0052]
步骤1：将固定长度为l米的声波传感光纤，沿标准长度h米的管道按照“s”型走线方式缠绕在管道壁上，声波传感光纤采用”s”型布线方式可最大程度感知管道壁的振动信号，且保证光纤长度l为管道长度h的整数倍。在管道实际施工中，由于特殊地形原因，一些区域不能放置长度h米的标准管道，只能放置hi长度的管道(其中i为非标管道的序号，i＝1,2，3
…
n)；需根据管道长度hi对声波传感光纤长度li,同时使得声波传感光纤长度li为管道长度hi的整数倍，任意段管道长度hi与其管道壁上的声波传感光纤长度li的关系如下：
[0053][0054]
其中，g(l)为任意管道hi与其声波传感光纤长度li的函数，a＝l/h，bi＝hi/li；li》5。
[0055]
步骤2：将声波传感光纤沿着管道壁铺设完毕后，并依次标记出各段处的声波传感光纤名称gi、长度信息li，其中管道各点处的长度对应声波传感光纤长度关系如下：
[0056][0057]
步骤3：通过采用测绘或者航拍的方法，建立声波传感光纤的地理位置基础数据，将声波传感光纤的地理基础数据转换成经纬度信息，通过经纬度信息生成声波传感光纤线路的电子地图。
[0058]
步骤4：将步骤3获得的声波传感光纤电子地图与公共地图进行融合，生成传感光
纤巡查地图。
[0059]
步骤5：依次在各段声波传感光纤gi处，主动叠加固定频为f hz的固定振动信号，对信号采用小波分析方法，测得振动点图2中z0所在传感光纤的位置，通过与实际光纤位置比较，对各gi处的声波传感光纤长度进行修正，得出校正因子bi。将较正因子bi添加至步骤5所得到的声波传感光纤线路的电子地图，对其进行校正，多次重复步骤(2-4)三次，得出优化后的声波传感光纤巡查地图。
[0060]
步骤6：将光纤声波传感光纤长度位置通过步骤2中的式(2)映射到管道长度位置，即可将步骤5所得的声波传感巡查地图映射到管道巡查地图。
[0061]
由于分布式声波传感光纤均沿着管道壁进行布置，因此声波传感光纤监测出的频率异常位置通过函数映射可得出管道故障点。当管道出现异常和故障时，所制得的管道巡查地图上可实时标定故障点地理位置信息，维护人员根据提示的位置信息迅速导航至故障点进行维修处理；同时声波传感系统可实现7x24小时全天候实时在线监测，因此该方法可大幅度提高巡查效率和节省维护运营成本，产生良好的经济和社会效益。
[0062]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0063]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0064]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
技术特征：1.一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于，包括以下步骤：通过将声波传感光纤以s型走线方式缠绕在管道的外壁上，构建具有经纬度信息的声波传感光纤线路的电子地图；将电子地图与公共地图进行融合后，在所述声波传感光纤上主动叠加固定振动信号，对融合后的地图进行修正，生成优化后的声波光纤线路电子地图；根据所述第一长度与所述第二长度的函数关系，将所述管道的长度位置映射到所述声波光纤线路电子地图，生成管道巡检地图。2.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：在将声波传感光纤以s型走线方式缠绕在管道的外壁上的过程中，所述管道由具有标准长度的第一管道和具有非标准长度的第二管道组成；所述声波传感光纤由具有固定长度的第一声波传感光纤和具有非固定长度的第二声波传感光纤组成；将所述第一声波传感光纤，以s型走线方式缠绕在所述第一管道的外壁上，其中，所述第一声波传感光纤的长度是所述第一管道的长度的整数倍；将所述第二声波传感光纤，以s型走线方式缠绕在所述第二管道的外壁上，所述第二声波传感光纤的长度是所述第二管道的长度的整数倍；所述声波传感光纤用于采集所述管道的振动信号。3.根据权利要求2所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：在将所述第二声波传感光纤以s型走线方式缠绕在所述第二管道的外壁上的过程中，所述第二管道的长度表达式为：其中，g(l)表示第二管道的长度h
i
与第二声波传感光纤的长度l
i
的函数，a＝l/h，b
i
＝h
i
/l
i
，l
i
>5，l表示第一声波传感光纤的长度，h表示第一管道的长度。4.根据权利要求3所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：在生成电子地图的过程中，获取所述管道的长度p
t
与铺设在所述管道上的声波传感光纤的长度的函数对应关系，其中，所述对应关系表示为：5.根据权利要求4所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：在生成声波传感光纤的经纬度信息的过程中，通过采用测绘或者航拍的方法，生成声波传感光纤的地理位置基础数据；将所述地理位置基础数据，转化为所述经纬度信息，并构建所述电子地图。6.根据权利要求5所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特
征在于：在生成地理位置基础数据的过程中，采集所述声波传感光纤的振动信号并进行小波变换；对经过小波变换后的振动信号，通过傅里叶变换，获取所述振动信号的频率；获取所述声波传感光纤的两路光信号，根据所述频率，进行互相关运算，获取两路光信号的信号延迟；通过所述信号延迟、所述声波传感光纤的长度、光速、光折射率，获取所述振动信号的发生点与所述振动信号采集点的距离。7.根据权利要求6所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：在对振动信号并进行小波变换的过程中，所述小波变换的表达式为：其中ψ(t)是母小波，a为尺度因子，τ表示信号延迟。8.根据权利要求7所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：在对融合后的地图进行修正的过程中，在所述声波传感光纤上主动叠加固定振动信号，获取声波振动光纤位置；将所述声波振动光纤位置与声波振动光纤实际位置进行比较，生成用于修正声波振动光纤位置的校正因子b
i
；根据所述校正因子b
i
，对融合后的地图进行修正，生成所述声波光纤线路电子地图。9.根据权利要求8所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：在将所述管道的长度位置映射到所述声波光纤线路电子地图的过程中，根据函数p
t
，将声波振动光纤对应的管道，映射到所述声波光纤线路电子地图，生成所述管道巡检地图。10.根据权利要求9所述一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，其特征在于：用于实现管道巡检地图制作方法的管道巡检地图制作系统，包括：线路电子地图构建模块，用于通过将声波传感光纤以s型走线方式缠绕在管道的外壁上，构建具有经纬度信息的声波传感光纤线路的电子地图；电子地图优化模块，用于将电子地图与公共地图进行融合后，在所述声波传感光纤上主动叠加固定振动信号，对融合后的地图进行修正，生成优化后的声波光纤线路电子地图；管道巡检地图生成模块，用于根据所述第一长度与所述第二长度的函数关系，将所述管道的长度位置映射到所述声波光纤线路电子地图，生成管道巡检地图。
技术总结本发明公开了一种基于分布式光纤声波传感的管道巡检地图制作方法，包括以下步骤：通过将声波传感光纤以S型走线方式缠绕在管道的外壁上，构建具有经纬度信息的声波传感光纤线路的电子地图；将电子地图与公共地图进行融合后，在声波传感光纤上主动叠加固定振动信号，对融合后的地图进行修正，生成优化后的声波光纤线路电子地图；根据第一长度与第二长度的函数关系，将管道的长度位置映射到声波光纤线路电子地图，生成管道巡检地图；本发明可大幅度提高巡查效率和节省维护运营成本，产生良好的经济和社会效益。经济和社会效益。经济和社会效益。
技术研发人员：崔丁方 曲道凯 熊松松
受保护的技术使用者：云南安维科技有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
