本發(fā)明涉及管路泄露監(jiān)測，具體涉及一種熱蒸汽輸送管路泄露風(fēng)險健康監(jiān)測方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、熱蒸汽輸送管路指的是用于輸送高溫蒸汽的管道系統(tǒng)，這種系統(tǒng)通常由耐高溫、耐壓的管道、絕熱層、閥門、支架等組件構(gòu)成，目的是在保證蒸汽溫度和壓力不降低的前提下，將蒸汽從鍋爐或其他產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備輸送到工藝流程、熱交換站或其他用途的場所。
2、在熱蒸汽管道健康監(jiān)測領(lǐng)域，如何確保熱蒸汽管道的正常運(yùn)行，一直是管道行業(yè)急需解決的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，主要采用沿管線鋪設(shè)光纖，利用光線在光纖傳輸過程中，檢測到光的抖動情況，然后再利用復(fù)雜的算法，計算出管道的異常情況。然而，光纖鋪設(shè)成本昂貴，鋪設(shè)難度高，設(shè)備費(fèi)用昂貴，而且一旦損壞，維護(hù)成本同樣昂貴，非常難以普及使用。因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在成本較高以及難以普及的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種熱蒸汽輸送管路泄露風(fēng)險健康監(jiān)測方法及系統(tǒng)，解決以下技術(shù)問題：
2、現(xiàn)有技術(shù)中，主要采用沿管線鋪設(shè)光纖，利用光線在光纖傳輸過程中，檢測到光的抖動情況，然后再利用復(fù)雜的算法，計算出管道的異常情況。然而，光纖鋪設(shè)成本昂貴，鋪設(shè)難度高，設(shè)備費(fèi)用昂貴，而且一旦損壞，維護(hù)成本同樣昂貴，非常難以普及使用。
3、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
4、一種熱蒸汽輸送管路泄露風(fēng)險健康監(jiān)測方法，包括以下步驟：
5、以熱蒸汽輸送管路上的預(yù)設(shè)位置作為采集點(diǎn)，在所述采集點(diǎn)上安裝管路泄露監(jiān)測設(shè)備，所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備用于根據(jù)所述熱蒸汽輸送管路的振動信號判斷所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態(tài)，所述健康狀態(tài)包括泄露和健康；
6、獲取所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備的剩余電量，基于所述剩余電量的變化情況確定目標(biāo)時間點(diǎn)t，所述目標(biāo)時間點(diǎn)t表示所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備的剩余電量達(dá)到預(yù)設(shè)值c0的時間點(diǎn)，基于所述目標(biāo)時間點(diǎn)控制所述管路泄漏監(jiān)測設(shè)備的充電。
7、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：根據(jù)所述熱蒸汽輸送管路的振動信號判斷所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態(tài)包括：
8、在所述健康狀態(tài)為健康時采集所述熱蒸汽輸送管路的振動信號，將所述振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，將放大后的所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對所述數(shù)字信號進(jìn)行傅里葉變換得到所述振動信號的頻譜，基于所述頻譜提取頻譜特征，所述頻譜特征包括頻譜寬度、中心頻率和幅值分布，將所述頻譜特征作為正常特征，以正常狀態(tài)作為所述正常特征的標(biāo)簽，添加所述正常狀態(tài)作為標(biāo)簽后的所述正常特征作為一個正常樣本，獲取n個所述正常樣本，n為預(yù)設(shè)數(shù)量；
9、在所述健康狀態(tài)為泄露時采集所述熱蒸汽輸送管路的振動信號，并獲取對應(yīng)的頻譜特征，記作異常特征，以異常狀態(tài)作為所述異常特征的標(biāo)簽，添加所述異常狀態(tài)作為標(biāo)簽后的所述異常特征作為一個異常樣本，獲取n個所述異常樣本；
10、將n個所述正常樣本和所述異常樣本按照預(yù)設(shè)的比例隨機(jī)劃分為訓(xùn)練集和預(yù)測集，基于深度學(xué)習(xí)建立泄露預(yù)警模型，基于所述訓(xùn)練集和預(yù)測集對所述泄露預(yù)警模型進(jìn)行訓(xùn)練和驗證；
11、實(shí)時采集所述熱蒸汽輸送管路的振動信號，記作實(shí)時信號，獲取所述實(shí)時信號對應(yīng)的頻譜特征，記作實(shí)時特征，將所述實(shí)時特征輸入經(jīng)過訓(xùn)練和驗證后的所述泄露預(yù)警模型中，輸出所述實(shí)時特征的標(biāo)簽，記作實(shí)時標(biāo)簽；
12、當(dāng)所述實(shí)時標(biāo)簽為所述正常狀態(tài)時，判定所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態(tài)為健康；當(dāng)所述實(shí)時標(biāo)簽為所述異常狀態(tài)時，判定所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態(tài)為泄露。
13、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：根據(jù)所述熱蒸汽輸送管路的振動信號判斷所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態(tài)還包括：
14、當(dāng)所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態(tài)為泄露時，記錄所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備接收所述實(shí)時信號的時間點(diǎn)t，將所述時間點(diǎn)按照時間軸順序進(jìn)行排序，得到第一排序，將所述第一排序中前四位的時間點(diǎn)對應(yīng)的所述采集點(diǎn)作為選擇點(diǎn)；
15、基于到達(dá)時間差定位和所述選擇點(diǎn)在預(yù)設(shè)的管道位置坐標(biāo)系中的坐標(biāo)確定泄漏點(diǎn)的坐標(biāo)(離檢測點(diǎn)的距離--經(jīng)緯度)和泄露時間t0，向預(yù)設(shè)的管理人員發(fā)送所述泄漏點(diǎn)的坐標(biāo)(離檢測點(diǎn)的距離--經(jīng)緯度)和泄露時間t0。
16、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：基于所述剩余電量的變化情況確定目標(biāo)時間點(diǎn)包括：
17、周期性獲取所述剩余電量，生成坐標(biāo)點(diǎn)(ti，ci)，ti表示第i次獲取所述剩余電量的時間點(diǎn)，ci表示第i次獲取的所述剩余電量，對所述坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行擬合得到擬合曲線f(t)，t表示時間；
18、將所述預(yù)設(shè)值c0代入所述擬合曲線f(t)，得到目標(biāo)時間點(diǎn)t。
19、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：基于所述目標(biāo)時間點(diǎn)控制所述管路泄漏監(jiān)測設(shè)備的充電包括：
20、設(shè)置監(jiān)測時段[t-t1，t+t1]，t1表示預(yù)設(shè)的時間長度，將所述監(jiān)測時段內(nèi)的日期標(biāo)記為目標(biāo)日期，將所述目標(biāo)日期劃分為m個長度相同的時間段，m為預(yù)設(shè)的時間段數(shù)量；
21、在當(dāng)前時間到達(dá)t-t1時，獲取所述時間段內(nèi)的平均溫度，將對應(yīng)的所述平均溫度大于預(yù)設(shè)的溫度閾值的時間段標(biāo)記為目標(biāo)時間段，當(dāng)任意兩個所述目標(biāo)時間段相鄰時，合并為一個新的目標(biāo)時間段；
22、獲取所述目標(biāo)時間段內(nèi)的平均溫度wd，計算所述目標(biāo)時間段的可充電量w＝η*wd*l，η表示預(yù)設(shè)的經(jīng)驗系數(shù)，用于修正溫度對太陽能電池板發(fā)電功率的影響，l表示所述目標(biāo)時間段的長度；
23、將所述目標(biāo)時間段按照可充電量的大小進(jìn)行降序排序，得到第二排序，基于所述第二排序控制太陽能電池板對所述管路泄漏監(jiān)測設(shè)備的充電。
24、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：基于所述第二排序控制太陽能電池板對所述管路泄漏監(jiān)測設(shè)備的充電包括：
25、獲取所述第二排序中首位的可充電量w1，獲取所述可充電量w1對應(yīng)的目標(biāo)時間段mb1的起點(diǎn)對應(yīng)的時間點(diǎn)ts1，將所述時間點(diǎn)ts1代入所述擬合曲線f(t)，得到所述時間點(diǎn)ts1時管路泄露監(jiān)測設(shè)備的剩余電量q1；
26、獲取所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備的最大電量qtot，若qtot-q1≤w1，則從所述時間點(diǎn)ts1開始通過太陽能電池板對所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行充電，直至所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備的剩余電量等于所述最大電量qtot；
27、若qtot-q1＞w1，則獲取所述第二排序中第二位的可充電量w2，若qtot-q1≤w1+w2，則在所述目標(biāo)時間段mb1內(nèi)通過太陽能電池板對所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行充電，并在時間點(diǎn)ts2時通過太陽能電池板對所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行充電，直至所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備的剩余電量等于所述最大電量qtot，所述時間點(diǎn)ts2表示所述可充電量w2對應(yīng)的目標(biāo)時間段mb2的起點(diǎn)。
28、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：當(dāng)所述時間點(diǎn)ts2處于所述時間點(diǎn)ts1之前時，從所述第二排序中去除所述可充電量w2，得到新的第二排序p1，獲取所述第二排序p1中第二位的可充電量，并執(zhí)行后續(xù)步驟。
29、一種熱蒸汽輸送管路泄露風(fēng)險健康監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用于所述的一種熱蒸汽輸送管路泄露風(fēng)險健康監(jiān)測方法，包括監(jiān)測模塊和優(yōu)化模塊，具體地：
30、監(jiān)測模塊：以熱蒸汽輸送管路上的預(yù)設(shè)位置作為采集點(diǎn)，在所述采集點(diǎn)上安裝管路泄露監(jiān)測設(shè)備，所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備用于根據(jù)所述熱蒸汽輸送管路的振動信號判斷所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態(tài)，所述健康狀態(tài)包括泄露和健康；
31、優(yōu)化模塊：獲取所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備的剩余電量，基于所述剩余電量的變化情況確定目標(biāo)時間點(diǎn)，所述目標(biāo)時間點(diǎn)表示所述管路泄露監(jiān)測設(shè)備的剩余電量達(dá)到預(yù)設(shè)值的時間點(diǎn)，基于所述目標(biāo)時間點(diǎn)控制所述管路泄漏監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行充電。
32、本發(fā)明的有益效果：相較于現(xiàn)有技術(shù)：
33、1)利用在熱蒸汽輸送管路上預(yù)設(shè)的多個采集點(diǎn)安裝管路泄露監(jiān)測設(shè)備，并基于其采集的振動信號來判定管道的健康狀態(tài)，避免了傳統(tǒng)技術(shù)中需要沿管線大范圍鋪設(shè)光纖的高昂成本與復(fù)雜施工工序，相較于光纖系統(tǒng)的高費(fèi)用與鋪設(shè)難度，本發(fā)明中的監(jiān)測設(shè)備只需在特定關(guān)鍵位置安裝即可，不僅降低了大范圍布設(shè)的物料成本，而且后期維護(hù)更為便捷，一旦某個監(jiān)測設(shè)備發(fā)生故障，只需更換或修理對應(yīng)采集點(diǎn)處的設(shè)備即可，無需大面積開挖或更換光纖，同時，由于無需依賴光纖高精度和高費(fèi)用的敷設(shè)結(jié)構(gòu)，大大減輕了安裝時對環(huán)境與施工條件的苛刻要求，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用；
34、2)通過采集振動信號并結(jié)合深度學(xué)習(xí)模型對管道的實(shí)時健康狀態(tài)進(jìn)行智能識別，能夠更早、更精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)泄露隱患，相比傳統(tǒng)以光強(qiáng)抖動為主的檢測方法，需要復(fù)雜算法處理且容易受外界環(huán)境影響，本發(fā)明利用時頻域特征提取以及樣本數(shù)據(jù)的多類別標(biāo)注，為深度學(xué)習(xí)模型提供了更豐富、更穩(wěn)定的特征信息，顯著提高了對管道泄露的識別精度。并且，通過在檢測到泄露后對四個最先接收到異常信號的采集點(diǎn)進(jìn)行到達(dá)時間差定位，可在三維坐標(biāo)系中迅速確定泄漏點(diǎn)坐標(biāo)及泄露時間，便于管理人員在第一時間接收到準(zhǔn)確位置并作出相應(yīng)處置，減少事故擴(kuò)大的風(fēng)險；
35、3)針對監(jiān)測設(shè)備的供電問題，提出了基于剩余電量變化的預(yù)測與控制策略，通過周期性采集監(jiān)測設(shè)備的剩余電量并進(jìn)行擬合，得到管路泄露監(jiān)測設(shè)備可能在何時降至預(yù)設(shè)電量閾值以下的時間點(diǎn)，從而合理規(guī)劃充電時段，這樣一方面可以在電量即將耗盡時及時對設(shè)備進(jìn)行充電，避免設(shè)備長時間離線而導(dǎo)致監(jiān)測空檔；另一方面也可顯著減少盲目頻繁地給設(shè)備充電的情況，對電池進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，確保在真正需要充電的時候才進(jìn)行充電，從而有效降低了充電次數(shù)；
36、4)在實(shí)現(xiàn)對管路泄露監(jiān)測設(shè)備的合理充電時段安排上，本發(fā)明進(jìn)一步綜合利用了環(huán)境溫度與太陽能電池板的發(fā)電規(guī)律，通過對監(jiān)測時段內(nèi)的溫度分布和可充電量進(jìn)行排序，并在最具充電效率的時段優(yōu)先給設(shè)備補(bǔ)充電能。這種精細(xì)化的充電管理策略既可以保證管路泄露監(jiān)測設(shè)備在關(guān)鍵時刻擁有足夠的電量進(jìn)行穩(wěn)定監(jiān)測，也可以最大化延長電池的使用壽命，降低后期更換電池的成本與頻率。