[發明專利]基于φ-OTDR的油氣管線外破振動監測識別方法

有效

• 申請號: 201811496892.3
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109374115B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 劉洪凱;彭特;李俊;閆奇眾;徐紹剛
• 申請（專利權）人: 武漢理工光科股份有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明公開了一種基于φ?OTDR的油氣管線外破振動監測識別方法，包括以下步驟：采用相敏感光時域反射儀監測獲得油氣管線沿線由擾動引起的光纖振動信號；對獲得的振動信號進行小波濾波，濾除信號的直流成分和低頻成分；將濾波后的振動信號采用短時傅立葉變換變換到時域和頻域，獲得振動信號的時頻圖譜；根據機械作業行為、機械挖掘沖擊行為與人工挖掘行為的時頻信息特征，在時頻圖譜中提取相應行為的特征信息；根據提取的特征信息對被監測管線附近發生的行為進行模式識別判斷，并輸出報警信息。本發明可有效識別被監測油氣管線附近的機械作業行為、機械沖擊挖掘行為和人工挖掘行為等外破行為，實現油氣管線的實時、長距離振動外破在線監測。

技術領域

本發明涉及石油天然氣輸運管線運維領域，尤其涉及一種基于φ-OTDR的油氣管線外破振動監測識別方法。

背景技術

油氣輸運管道覆蓋范圍廣、且大部分處于野外無人監管的區域，常常會發生打孔盜油、破壞管道正常運行等事件的發生，因此對油氣管道的實時監測預警具有重要的安全、生產、經濟意義。目前，對油氣管道的監測主要采用在沿線管道處加裝點式傳感器、對局部采用視頻監控等方法來實現，這些方法只能對局部的油氣管線進行監測，并不能實現長距離分布式覆蓋。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能有效識別被監測油氣管線附近的機械作業、機械挖掘和人工挖掘等外破行為，實現油氣管線的實時、長距離振動外破在線監測的監測識別方法。

為達目的，本發明所采用的技術方案是：

提供一種基于φ-OTDR的油氣管線外破振動監測識別方法，包括以下步驟：

采用相敏感光時域反射儀監測獲得油氣管線沿線由擾動引起的光纖振動信號；

對獲得的振動信號進行小波濾波，濾除信號的直流成分和低頻成分；

將濾波后的振動信號采用短時傅立葉變換變換到時域和頻域，獲得振動信號的時頻圖譜；

根據機械作業行為、機械挖掘沖擊行為與人工挖掘行為的時頻信息特征，在時頻圖譜中提取相應行為的特征信息；

根據提取的特征信息對被監測管線附近發生的行為進行模式識別判斷，并輸出報警信息。

接上述技術方案，所述時頻圖譜為其中，函數M(τ-t)是短時傅立葉變換的窗函數，τ為窗函數的時間尺度；根據設定的閾值g₀(ω,t,z)對g(ω,t,z)進行處理，令g(ω,t,z)中小于g₀(ω,t,z)的值為零，保留g(ω,t,z)≥g₀(ω,t,z)的值。

接上述技術方案，所述機械作業行為和所述機械挖掘沖擊行為的頻譜具有如下特征：

所述機械作業行為：

所述機械挖掘沖擊行為：

其中，t表示時間，t₀、t₀₁、t₀₂、t₀₃、t_m分別對應機械作業行為中的發動機啟動、穩定、發動機關停、關停結束的時刻和挖掘沖擊時刻，k₁、k₂、b₁、b₂分別為機械啟動時的頻率變化率、機械停止時的頻率變化率、機械啟動時的頻率變化截距、機械停止時的頻率變化截距，其中k₁＞0，k₂＜0；ω₀為常數，其值大于零；式中n和m分別表示機械作業發動機的倍頻階數和機械挖掘沖擊的次數；F_ω為傅立葉變換符號，Const為常數；δ(t-t_m)為單位沖擊函數，表示如下：

接上述技術方案，進行模式識別時，具體包括以下步驟：