本發(fā)明一種基于大數(shù)據(jù)的燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ环椒?，涉及管道管理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的關(guān)于燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ环椒ù嬖谝韵虏蛔悖?/p>

2、成本較高：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ环椒ㄐ枰罅客顿Y，包括傳感器設(shè)備的購置、安裝和維護(hù)等，資金需求高；同時，實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ贿€需要技術(shù)工人掌握如傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)等能力，對人員的技術(shù)能力要求較高。

3、數(shù)據(jù)質(zhì)量問題：現(xiàn)有方法燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ坏臏?zhǔn)確性與數(shù)據(jù)的質(zhì)量密切相關(guān)；傳感器的準(zhǔn)確度、可靠性以及通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性都會直接影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量；若傳感器出現(xiàn)故障或者網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，影響泄漏定位的準(zhǔn)確性。

4、對數(shù)據(jù)處理能力的要求高：大數(shù)據(jù)技術(shù)要求有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲和處理能力，尤其在監(jiān)測的大范圍管道網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)量龐大；現(xiàn)有的燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ环椒ㄔ趯?shí)時處理大量數(shù)據(jù)時，會發(fā)生處理能力不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理延遲或者丟失的情況，影響實(shí)時監(jiān)測和泄漏定位的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于大數(shù)據(jù)的燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ环椒ǎ荚诮鉀Q燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ恍实偷膯栴}。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于大數(shù)據(jù)的燃?xì)夤艿佬孤┒ㄎ环椒òǎ?/p>

3、步驟s1：獲取目標(biāo)地區(qū)主管道的數(shù)量、長度和半徑，獲取支管道的數(shù)量、長度和半徑；獲取燃?xì)庹镜恼＿\(yùn)營信息，并計算主管道及支管道的損耗系數(shù)；

4、步驟s2：根據(jù)正常運(yùn)營信息構(gòu)建氣壓——輸氣量變化方程；獲取燃?xì)庹镜妮敋饬亢兔總€管道的輸氣量和管內(nèi)氣壓，并結(jié)合氣壓——輸氣量變化方程和主管道及支管道的損耗系數(shù)，判斷燃?xì)夤艿朗欠癯霈F(xiàn)泄漏；若未出現(xiàn)，則不處理；若出現(xiàn)，則標(biāo)記故障主管道；

5、步驟s3：獲取故障主管道的管內(nèi)氣壓，獲取故障主管道對應(yīng)的全部支管道的管內(nèi)氣壓，確定泄漏管道；獲取泄漏管道上游和下游的管內(nèi)氣壓，確定泄漏區(qū)域；獲取當(dāng)前時間和泄漏區(qū)域?qū)?yīng)的燃?xì)鉂舛龋Y(jié)合氣體擴(kuò)散模型反推燃?xì)獾男孤r間；

6、步驟s4：匯總泄漏管道、泄漏區(qū)域和泄漏時間作為檢查報告，并反饋；持續(xù)檢測燃?xì)夤艿?，并更新檢查報告。

7、進(jìn)一步地，所述步驟s1的具體步驟如下：

8、步驟s11：正常運(yùn)營信息表示：燃?xì)庹驹趩稳諆?nèi)的總輸氣量，全部主管道和支管道的總輸氣量、輸氣時間和管內(nèi)氣壓；

9、獲取主管道的數(shù)量pe；每根主管道對應(yīng)的半徑r(1)～r(pe)，支管道的數(shù)量pl(1)～pl(pe)；

10、第1根主管道的第1至第pl(1)根支管道半徑ri(1,1)～ri(1,pl(1))；

11、同理，第pe根主管道的第1至第pl(pe)根支管道半徑ri(pe,1)～ri(pe,pl(pe))；

12、步驟s12：燃?xì)庹镜目傒敋饬縱v；

13、第1至第pe根主管道的總輸氣量v(1)～v(pe)，輸氣時間ta(1)～ta(pe)；計算v(1)～v(pe)的和va；

14、第1根主管道全部支管道的總輸氣量vi(1,1)～vi(1,pl(1))，輸氣時間tb(1,1)～tb(1,pl(1))；計算vi(1,1)～vi(1,pl(1))的和vb(1)；

15、同理，第pe根主管道全部支管道總輸氣量vi(pe,1)～vi(pe,pl(pe))，輸氣時間tb(pe,1)～tb(pe,pl(pe))；計算vi(pe,1)～vi(pe,pl(pe))的和vb(pe)；

16、步驟s13：第i根主管道對應(yīng)的總輸氣量記作v(i)，半徑為r(i)，等效傳輸速度為vl(i)，輸氣時間為ta(i)；

17、定義計算式1-1：

18、根據(jù)計算式1-1，計算第1至第pe根主管道的等效傳輸速度vl(1)～vl(pe)；

19、計算vl(1)～vl(pe)的平均值avl。

20、進(jìn)一步地，所述步驟s13的后續(xù)步驟如下：

21、步驟s14：第i根主管道的損耗系數(shù)為wa(i)，定義計算式1-2：ρ表示燃?xì)饷芏龋?/p>

22、根據(jù)計算式1-2，計算第1至第pe根主管道的損耗系數(shù)wa(1)～wa(pe)；

23、步驟s15：重復(fù)計算wa(1)～wa(pe)的步驟，計算第1根主管道全部支管道的損耗系數(shù)wb(1,1)～wb(1,pl(1))；

24、步驟s151：定義計算式2-1：

25、其中，r(1,j)、vi(1,j)和tb(1,j)，分別表示第1根主管道第j根支管道的半徑、等效傳輸速度和輸氣時間，j的取值范圍為：1～pl(1)；

26、根據(jù)計算式2-1，計算第1根主管道全部支管道的等效傳輸速度vi(1,1)～vi(1,pl(1))；

27、計算vi(1,1)～vi(1,pl(1))的平均值，記作avi；

28、步驟s152：定義計算式2-2：

29、其中，wb(1,j)和vi(1,j)，分別表示第1根主管道第j根支管道的損耗系數(shù)和總輸氣量；

30、根據(jù)計算式2-2，計算第1根主管道對應(yīng)全部支管道的損耗系數(shù)wb(1,1)～wb(1,pl(1))；

31、步驟s16：重復(fù)計算wb(1,1)～wb(1,pl(1))的相同步驟，計算第2至第pe根主管道對應(yīng)全部支管道的損耗系數(shù)，得到wb(2,1)～wb(pe,pl(pe))，并進(jìn)入步驟s2。

32、進(jìn)一步地，所述步驟s2的具體步驟如下：

33、步驟s21：第1至第pe根主管道的長度l(1)～l(pe)；

34、全部主管道對應(yīng)支管道的長度li(1,1)～li(pe,pl(pe))；

35、步驟s22：第1至第pe根主管道的管內(nèi)氣壓pm(1)～pm(pe)；

36、第1根主管道的第1至第pl(1)根支管道的管內(nèi)氣壓pi(1,1)～pi(1,pl(1))；

37、同理，第pe根主管道的第1至第pl(pe)根支管道的管內(nèi)氣壓pi(pe,1)～pi(pe,pl(pe))；

38、步驟s23：第1根主管道的半徑r(1)、總輸氣量v(1)和輸氣時間ta(1)；

39、第1根主管道全部支管道半徑ri(1,1)～ri(1,pl(1))，總輸氣量vi(1,1)～vi(1,pl(1))，輸氣時間tb(1,1)～tb(1,pl(1))；

40、計算第1根主管道的誤差系數(shù)wn(1)；

41、步驟s24：重復(fù)計算wn(1)的相同步驟，計算第2至第pe根主管道的誤差系數(shù)wn(2)～wn(pe)；計算wn(2)～wn(pe)的平均值wr；

42、設(shè)第a根主管道的輸氣量為q(a)，管內(nèi)氣壓為p(a)；

43、設(shè)第a根主管道的全部支管道的數(shù)量為y，第a根主管道的第b根支管道的輸氣量為q(a，b)，管內(nèi)氣壓為p(a，b)，長度為l(a，b)，半徑為r(a，b)；

44、構(gòu)建氣壓——輸氣量變化方程：

45、

46、其中，p(a，o)表示第a根主管道的第o根支管道的輸氣量；μa表示燃?xì)獾膭恿φ扯取?/p>

47、進(jìn)一步地，所述步驟s24的后續(xù)步驟如下：

48、步驟s25：獲取燃?xì)庹緦?shí)際的輸氣量qw；獲取第1至第pe根主管道的實(shí)際輸氣量qa(1)～qa(pe)，實(shí)際管內(nèi)氣壓pa(1)～pa(pe)；

49、獲取第1根主管道對應(yīng)的第1至第pl(1)根支管道的實(shí)際輸氣量qb(1,1)～qb(1,pl(1))，實(shí)際管內(nèi)氣壓pb(1,1)～pb(1,pl(1))；

50、同理，第pe根主管道對應(yīng)的第1至第pl(pe)根支管道的實(shí)際輸氣量記作qb(pe,1)～qb(pe,pl(pe))，實(shí)際管內(nèi)氣壓pb(pe,1)～pb(pe,pl(p))；

51、步驟s26：獲取第1至第pe根主管道的損耗系數(shù)wa(1)～wa(pe)，第1至第pe根主管道對應(yīng)全部支管道的損耗系數(shù)wb(1,1)～wb(pe,pl(pe))；

52、設(shè)第m根主管道的實(shí)際輸氣量為qa(m)，損耗系數(shù)為wa(m)；

53、設(shè)第m根主管道對應(yīng)的全部支管道數(shù)量為n，第m根主管道的第q根支管道的實(shí)際輸氣量為qb(m,q)，損耗系數(shù)為wb(m,q)；

54、定義關(guān)系式3-4：

55、其中，ε表示判定值；

56、qq表示標(biāo)定值：

57、

58、步驟s27：將步驟s25中的數(shù)據(jù)代入關(guān)系式3-4中，判斷關(guān)系式3-4是否成立；

59、若成立，則跳過后續(xù)步驟；

60、若不成立，則將步驟s25中的數(shù)據(jù)代入氣壓——輸氣量變化方程中，標(biāo)記不滿足氣壓——輸氣量變化方程的主管道，作為故障主管道，進(jìn)入步驟s3。

61、進(jìn)一步地，所述步驟s23的具體步驟如下：

62、步驟s231：提取tb(1,1)～tb(1,pl(1))中的最小值tll，計算等效輸氣量vg；

63、定義計算式3-1：vg(1,x)＝(tll/tb(1,x))×vi(1,x)；其中，vg(1,x)、tb(1,x)和vi(1,x)，分別表示第1根主管道的第x根支管道的等效輸氣量、輸氣時間和總輸氣量；

64、根據(jù)計算式3-1，計算第1根主管道全部支管道的等效輸氣量vg(1,1)～vg(1,pl(1))；

65、步驟s232：計算第1根支管道的壓力差δp(1,1)，δp(1,1)＝pm(1)－pi(1,1)；

66、同理，第pl(1)根支管道的壓力差δp(1,pl(1))，δp(1,pl(1))＝pm(1)－pi(1,pl(1))；

67、步驟s233：獲取第1根主管道全部支管道的等效傳輸速度vi(1,1)～vi(1,pl(1))；

68、計算第1根主管道對應(yīng)全部支管道的雷諾數(shù)re(1,1)～re(1,pl(1))；

69、步驟s234：設(shè)第1根主管道相對第x根支管道的壓力差為δp(1,x)，誤差系數(shù)為ww(1,x)；設(shè)第1根主管道的第x根支管道半徑為ri(1,x)，長度為li(1,x)；x的取值范圍為：1～pl(1)；

70、定義方程式s：

71、

72、根據(jù)方程式s中，計算第1根主管道相對第1至第pl(1)根支管道的誤差系數(shù)ww(1,1)～ww(1,pl(1))；

73、計算ww(1,1)～ww(1,pl(1))的平均值，作為wn(1)。

74、進(jìn)一步地，所述步驟s3的具體步驟如下：

75、步驟s31：統(tǒng)計故障主管道的數(shù)量，記作al；

76、獲取第1至第al根故障主管道輸氣量記作eq(1)～eq(al)，管內(nèi)氣壓記作ep(1)～p(al)；

77、步驟s32：獲取第1至第al根故障主管道對應(yīng)的全部支管道數(shù)量，記作pn(1)～pn(al)；

78、將第1根故障主管道對應(yīng)的全部支管道作為目標(biāo)管道，對第1根故障主管道和目標(biāo)管道進(jìn)行分析，確定第1根故障主管道和目標(biāo)管道對應(yīng)的泄漏管道并反推燃?xì)獾男孤r間；

79、步驟s33：重復(fù)第1根故障主管道的處理步驟，處理第2至第al根故障主管道。

80、進(jìn)一步地，所述步驟s32的具體步驟如下：

81、步驟s321：將pn(1)記作pnl；獲取第1至第pnl根目標(biāo)管道的輸氣量記作qbl(1)～qbl(pnl)，管內(nèi)氣壓記作pbl(1)～pbl(pnl)；

82、步驟s322：獲取燃?xì)庹据敋饬縬w；獲取第1根故障主管道的損耗系數(shù)wd，第1至第pnl根目標(biāo)管道的損耗系數(shù)記作wl(1)～wl(pnl)；

83、判斷(qw×wd)＜eq(1)是否成立；

84、步驟s323：若(qw×wd)＜eq(1)成立，則已知泄漏區(qū)域在第1根故障主管道；

85、步驟s324：若(qw×wd)＜eq(1)不成立，則泄漏區(qū)域在第1至第pnl根目標(biāo)管道；

86、步驟s325：獲取當(dāng)前時間，記作dt；

87、設(shè)發(fā)生泄漏管道的期望輸氣量為qat，輸氣量為nat，半徑為ar，長度為ah，泄漏區(qū)域的燃?xì)鉂舛葹閏x，發(fā)生泄漏的時間為tx；

88、定義燃?xì)鈿怏w擴(kuò)散模型，得到方程5-1～5-3；

89、若泄漏區(qū)域在上游，設(shè)上游泄漏區(qū)域的最遠(yuǎn)距離為lma，方程5-1：

90、

91、若泄漏區(qū)域在下游，設(shè)下游泄漏區(qū)域的最遠(yuǎn)距離為lla，方程5-2：

92、

93、若泄漏區(qū)域在中部，方程5-3：

94、

95、其中，exp表示(底數(shù)為e的)指數(shù)函數(shù)，σ表示燃?xì)獾臄U(kuò)散系數(shù)，σ的計算式為：

96、步驟s326：獲取第1根故障主管道和第1至第pnl根目標(biāo)管道對應(yīng)泄漏區(qū)域的燃?xì)鉂舛龋⒎聪虼敕匠?-1～5-3中，計算燃?xì)獾男孤r間。

97、進(jìn)一步地，所述步驟s323的具體步驟如下：

98、步驟s3231：定義關(guān)系式4-1：

99、其中，qbl(t)表示第t根目標(biāo)管道的輸氣量，wl(t)表示第t根目標(biāo)管道的損耗系數(shù)；

100、判斷關(guān)系式4-1是否成立；

101、若成立，則第1至第pnl根目標(biāo)管道未發(fā)生泄漏，跳過步驟s3233；

102、若不成立，則第1至第pnl根目標(biāo)管道發(fā)生泄漏；

103、步驟s3232：只有第1根故障主管道發(fā)生泄漏；

104、計算第1根故障主管道的期望輸氣量，記作eqq，eqq＝qw×wd；

105、獲取第1根故障主管道的長度記作el，半徑記作er；(其中，el∈{l(1)～l(pe)}，er∈{r(1)～r(pe)})

106、計算第1根故障主管道的氣壓損失，記作δepm；

107、

108、步驟s3233：重復(fù)步驟s3232確定第1根故障主管道的泄漏區(qū)域；

109、將第k根目標(biāo)管道的輸氣量記作qbl(k)，損耗系數(shù)記作wl(k)；k的取值范圍為：1～pnl；

110、定義關(guān)系式4-4：|qbl(k)-(eq(1)×wl(k))≤ε；

111、將qbl(1)～qbl(pnl)和wl(1)～wl(pnl)代入關(guān)系式4-4中，提取并標(biāo)記滿足關(guān)系式4-4的目標(biāo)管道作為故障支管道；

112、重復(fù)確定第1根故障主管道泄漏區(qū)域的步驟，確定故障支管道的泄漏區(qū)域。

113、進(jìn)一步地，所述步驟s3232的具體步驟如下：

114、步驟s32321：將eqq、qbl(1)～qbl(pnl)和pbl(1)～pbl(pnl)反向代入氣壓——輸氣量變化方程中，計算第1根故障主管道的理想管內(nèi)氣壓，記作qpm；

115、步驟s32322：獲取第1根故障主管道上游管內(nèi)氣壓uup，下游管內(nèi)氣壓ddp；

116、定義關(guān)系式4-2：

117、關(guān)系式4-3：

118、步驟s32323：若關(guān)系式4-2成立，則泄漏區(qū)域在第1根故障主管道的上游區(qū)域；

119、上游泄漏區(qū)域的最遠(yuǎn)距離lmm；比較(uup/qpm)與(δepm/qpm)的大小，確定lmm的計算式；

120、若(uup/qpm)≥(δepm/qpm)，則lmm＝(uup/qpm)×el；

121、若(uup/qpm)＜(δepm/qpm)，則lmm＝(δepm/qpm)×el；

122、第1根故障主管道的泄漏區(qū)域在進(jìn)氣口順流lmm的區(qū)域；

123、步驟s32324：若關(guān)系式4-3成立，則泄漏區(qū)域在第1根故障主管道的下游區(qū)域；

124、上游泄漏區(qū)域的最遠(yuǎn)距離lll；比較(ddp/qpm)與(δepm/qpm)的大小，確定lll的計算式；

125、若(ddp/qpm)≥(δepm/qpm)，則lll＝(ddp/qpm)×el；

126、若(ddp/qpm)＜(δepm/qpm)，則lll＝(δepm/qpm)×el；

127、第1根故障主管道的泄漏區(qū)域在出氣口逆流lll的區(qū)域；

128、步驟s32325：若關(guān)系式4-2和關(guān)系式4-3都不成立，則泄漏區(qū)域在第1根故障主管道的中部區(qū)域；

129、第1根故障主管道的泄漏區(qū)域在沿進(jìn)氣口順流的[lmm，(lmm+lll)]區(qū)域。

130、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

131、實(shí)時監(jiān)測與快速響應(yīng)：本發(fā)明能夠?qū)崟r捕捉燃?xì)夤艿纼?nèi)和空氣中的燃?xì)鉂舛茸兓?，?dāng)檢測到燃?xì)夤艿纼?nèi)出現(xiàn)燃?xì)鉂舛犬惓r，本發(fā)明可以做到實(shí)時反饋，并根據(jù)燃?xì)夤艿纼?nèi)在單位時間的燃?xì)饬髁亢凸軆?nèi)氣壓定位泄露區(qū)域，并結(jié)合空氣中的燃?xì)鉂舛确赐菩孤稌r間，為燃?xì)夤咎峁┝思皶r應(yīng)對管道泄漏的能力，降低了事故發(fā)生后的響應(yīng)時間，提高了安全性。

132、自動化和智能化：本發(fā)明該方法不依賴人工干預(yù)，當(dāng)技術(shù)人員將本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理邏輯以代碼的形式部署到相關(guān)的監(jiān)測系統(tǒng)或傳感器時，可以使關(guān)的監(jiān)測系統(tǒng)或傳感器具備自動化監(jiān)測能力，能在泄漏發(fā)生的第一時間發(fā)出預(yù)警并定位泄漏區(qū)域，并對不同環(huán)境下的泄漏事件有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

133、減少人工成本：傳統(tǒng)的人工巡檢方式往往依賴大量的人員和時間成本，而本發(fā)明能夠大大減少人工干預(yù)，降低人力成本，提高工作效率。