基于多传感器数据融合的供热管网泄漏检测技术.pdf

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1、大庆石油学院学报第35卷第3期2011年6月JOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVo1．35No．3Jun．2011基于多传感器数据融合的供热管网泄漏检测技术姜春雷，郭远博。，付兴涛。，王天昊(1．东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318；2．南京大学工程管理学院，江苏南京210093；3大庆钻探工程公司，黑龙江大庆l63453；4．天津工业大学电气工程与自动化学院，天津300160)摘要：传统的管网泄漏检测系统智能化程度较低，使用单一传感器信号，容易引起泄漏误报和漏报．采用多传感器(包括负压波、流量等)获得供热管网多信号参数

2、，提出基于证据理论的多传感器数据融合算法，综合考虑多泄漏检测信息，将管网泄漏检测多信号进行数据融合，得出管网泄漏判断，建立基于多传感器数据融合的供热管网泄漏检测软硬件系统．结果表明：基于多传感器信息融合的供热管网泄漏检测系统有利于提高泄漏故障检测的有效性、可信度和泄漏检出率，并能降低管网漏报和误报率．关键词：管网泄漏检测；多传感器；数据融合；证据理论中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1000—1891(2011)03—0091—040引言管道输送具有安全、方便、快捷、易于管理等特点而被广泛应用，随着管道的老化和人为的破坏，管道泄漏经常发生，因此管道泄漏检测一

3、直是研究的热点问题．目前泄漏检测方法主要有电缆泄漏检测法、光纤泄漏检测法、负压波法、声发射法、实时模型法、统计决策法等[1]，其中光纤泄漏检测法的优点是检测漏点实时、准确，缺点是容易被施工破坏，并且投资较大．负压波法的优点是设备投资小，施工、维护方便，缺点是检测精度差，对于微小泄漏不适用．此外，这些方法多适用于单条管道，管道网络的泄漏检测技术更加复杂．由于管网的结构和参数之问关系复杂，管网的运行状态、工况很难用数学模型精确描述，因此管网泄漏检测是一种特殊类型信号的检测，检测系统应能根据环境变化的不同，自动调整运行参数以适应不同的环境．传统的管道泄漏检测系统智能化程度较

4、低，且单一传感器信号易引起误报和漏报．因此，研究基于多传感器数据融合的管网泄漏检测技术，即采用多传感器获得管网泄漏的多种信号参数，如负压波、流量等，通过对信号参数综合处理判断管网泄漏情况，由多种信号经数据融合得到泄漏判决结果[6]．供热管网的泄漏检测不同于输油、输气、供水等，因为其换热站点多面广，网络结构复杂，一处泄漏可能影响其他的换热站采集信号状态．在供热管网泄漏检测系统中，多传感器采集的管网泄漏信号经过提取泄漏敏感特征参数后，还需要综合分析这些异类(不同类型的信号)泄漏特征参数．由于管网泄漏检测的复杂性、多变性，若通过严密的逻辑推理和精确计算诊断，则需要综合考虑各

5、种可能因素进行复杂的数学建模，实现难度较大l_g．笔者采用软件与硬件结合的多传感器数据融合供热管网泄漏识别方法，即先由传感器级进行泄漏判决，然后再把判决采集上传到数据处理中心进行泄漏特征级的数据融合l_1卜¨]．1系统硬件设计供热管网结构示意见图1，其中：实心方点表示热源，实心圆点表示换热站，空心圆点表示热网补偿器．补偿器是为消除因热膨胀伸长给管网产生热应力的影响而设置的能抵消其热应力的设备，通常安装在检查井内．设热网内共有P个换热站、q个补偿器，热力站装有温度(泄漏定位补偿)、负压波、流量变送器，收稿日期：2011—03—15；审稿人：任伟建；编辑：任志平基金项目：

6、国家自然科学基金项目(61004067)；黑龙江省教育厅科学技术重点项目(1251lz002)作者简介：姜春雷(1977一)，男，博士生，讲师，主要从事智能测试及故障诊断技术方面的研究．大庆石油学院学报第35卷2011年还有GPS校时器，保证在同一时刻采集数据．补偿器安装具有GPRS模块的温度、液位传感器，能够把采集的数据实时传输到数据处理中心．1．1补偿器数据采集模块补偿器数据采集模块由参数采集单元、供电单元、微控制器、通信单元等部分组成(见图2)．补偿器数据采集模块工作环境由锂电池供电，采用超低功耗设计，采集单元由传感器、比较器、数字电位器、A／D等部分构成．比较

7、器是为降低功耗而设计的，与数字电位器协同工作．该模块分为泄漏监测和防盗监测部分．(1)泄漏监测部分由1个液位计与4个温度传感器构成，对检查井井内水位、补偿器管壁温度(包括供水和回水)和井内温度进行实时监测．液位计安图1供热管网结构示意温度传感器}--[垂i：HA。转换单元卜通信单元l温度传感器2卜_r—HA／D转换单元卜_‘1GPRS—温度传感器。卜_j-『A／D转换单元MCU温度传感器4卜比较器}—A／D转换单元}液位传感器}_—供电单元1锂电池组l井盖防盗开关‘·⋯⋯·一图2补偿器数据采集模块装在检查井底部，当补偿器泄漏时，井底积水引起液位计报警