本發明涉及管路泄露監測，具體涉及一種熱蒸汽輸送管路泄露風險健康監測方法及系統。

背景技術：

1、熱蒸汽輸送管路指的是用于輸送高溫蒸汽的管道系統，這種系統通常由耐高溫、耐壓的管道、絕熱層、閥門、支架等組件構成，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生蒸汽的設備輸送到工藝流程、熱交換站或其他用途的場所。

2、在熱蒸汽管道健康監測領域，如何確保熱蒸汽管道的正常運行，一直是管道行業急需解決的問題。現有技術中，主要采用沿管線鋪設光纖，利用光線在光纖傳輸過程中，檢測到光的抖動情況，然后再利用復雜的算法，計算出管道的異常情況。然而，光纖鋪設成本昂貴，鋪設難度高，設備費用昂貴，而且一旦損壞，維護成本同樣昂貴，非常難以普及使用。因此，現有技術中存在成本較高以及難以普及的問題。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種熱蒸汽輸送管路泄露風險健康監測方法及系統，解決以下技術問題：

2、現有技術中，主要采用沿管線鋪設光纖，利用光線在光纖傳輸過程中，檢測到光的抖動情況，然后再利用復雜的算法，計算出管道的異常情況。然而，光纖鋪設成本昂貴，鋪設難度高，設備費用昂貴，而且一旦損壞，維護成本同樣昂貴，非常難以普及使用。

3、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

4、一種熱蒸汽輸送管路泄露風險健康監測方法，包括以下步驟：

5、以熱蒸汽輸送管路上的預設位置作為采集點，在所述采集點上安裝管路泄露監測設備，所述管路泄露監測設備用于根據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，所述健康狀態包括泄露和健康；

6、獲取所述管路泄露監測設備的剩余電量，基于所述剩余電量的變化情況確定目標時間點t，所述目標時間點t表示所述管路泄露監測設備的剩余電量達到預設值c0的時間點，基于所述目標時間點控制所述管路泄漏監測設備的充電。

7、作為本發明進一步的方案：根據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包括：

8、在所述健康狀態為健康時采集所述熱蒸汽輸送管路的振動信號，將所述振動信號轉換為電信號，將放大后的所述電信號轉換為數字信號，對所述數字信號進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，以正常狀態作為所述正常特征的標簽，添加所述正常狀態作為標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為預設數量；

9、在所述健康狀態為泄露時采集所述熱蒸汽輸送管路的振動信號，并獲取對應的頻譜特征，記作異常特征，以異常狀態作為所述異常特征的標簽，添加所述異常狀態作為標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設的比例隨機劃分為訓練集和預測集，基于深度學習建立泄露預警模型，基于所述訓練集和預測集對所述泄露預警模型進行訓練和驗證；

11、實時采集所述熱蒸汽輸送管路的振動信號，記作實時信號，獲取所述實時信號對應的頻譜特征，記作實時特征，將所述實時特征輸入經過訓練和驗證后的所述泄露預警模型中，輸出所述實時特征的標簽，記作實時標簽；

12、當所述實時標簽為所述正常狀態時，判定所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態為健康；當所述實時標簽為所述異常狀態時，判定所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態為泄露。

13、作為本發明進一步的方案：根據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還包括：

14、當所述熱蒸汽輸送管路的健康狀態為泄露時，記錄所述管路泄露監測設備接收所述實時信號的時間點t，將所述時間點按照時間軸順序進行排序，得到第一排序，將所述第一排序中前四位的時間點對應的所述采集點作為選擇點；

15、基于到達時間差定位和所述選擇點在預設的管道位置坐標系中的坐標確定泄漏點的坐標(離檢測點的距離--經緯度)和泄露時間t0，向預設的管理人員發送所述泄漏點的坐標(離檢測點的距離--經緯度)和泄露時間t0。

16、作為本發明進一步的方案：基于所述剩余電量的變化情況確定目標時間點包括：

17、周期性獲取所述剩余電量，生成坐標點(ti，ci)，ti表示第i次獲取所述剩余電量的時間點，ci表示第i次獲取的所述剩余電量，對所述坐標點進行擬合得到擬合曲線f(t)，t表示時間；

18、將所述預設值c0代入所述擬合曲線f(t)，得到目標時間點t。

19、作為本發明進一步的方案：基于所述目標時間點控制所述管路泄漏監測設備的充電包括：

20、設置監測時段[t-t1，t+t1]，t1表示預設的時間長度，將所述監測時段內的日期標記為目標日期，將所述目標日期劃分為m個長度相同的時間段，m為預設的時間段數量；

21、在當前時間到達t-t1時，獲取所述時間段內的平均溫度，將對應的所述平均溫度大于預設的溫度閾值的時間段標記為目標時間段，當任意兩個所述目標時間段相鄰時，合并為一個新的目標時間段；

22、獲取所述目標時間段內的平均溫度wd，計算所述目標時間段的可充電量w＝η*wd*l，η表示預設的經驗系數，用于修正溫度對太陽能電池板發電功率的影響，l表示所述目標時間段的長度；

23、將所述目標時間段按照可充電量的大小進行降序排序，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測設備的充電。

24、作為本發明進一步的方案：基于所述第二排序控制太陽能電池板對所述管路泄漏監測設備的充電包括：

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對應的目標時間段mb1的起點對應的時間點ts1，將所述時間點ts1代入所述擬合曲線f(t)，得到所述時間點ts1時管路泄露監測設備的剩余電量q1；

26、獲取所述管路泄露監測設備的最大電量qtot，若qtot-q1≤w1，則從所述時間點ts1開始通過太陽能電池板對所述管路泄露監測設備進行充電，直至所述管路泄露監測設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，則在所述目標時間段mb1內通過太陽能電池板對所述管路泄露監測設備進行充電，并在時間點ts2時通過太陽能電池板對所述管路泄露監測設備進行充電，直至所述管路泄露監測設備的剩余電量等于所述最大電量qtot，所述時間點ts2表示所述可充電量w2對應的目標時間段mb2的起點。

28、作為本發明進一步的方案：當所述時間點ts2處于所述時間點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，并執行后續步驟。

29、一種熱蒸汽輸送管路泄露風險健康監測系統，應用于所述的一種熱蒸汽輸送管路泄露風險健康監測方法，包括監測模塊和優化模塊，具體地：

30、監測模塊：以熱蒸汽輸送管路上的預設位置作為采集點，在所述采集點上安裝管路泄露監測設備，所述管路泄露監測設備用于根據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，所述健康狀態包括泄露和健康；

31、優化模塊：獲取所述管路泄露監測設備的剩余電量，基于所述剩余電量的變化情況確定目標時間點，所述目標時間點表示所述管路泄露監測設備的剩余電量達到預設值的時間點，基于所述目標時間點控制所述管路泄漏監測設備進行充電。

32、本發明的有益效果：相較于現有技術：

33、1)利用在熱蒸汽輸送管路上預設的多個采集點安裝管路泄露監測設備，并基于其采集的振動信號來判定管道的健康狀態，避免了傳統技術中需要沿管線大范圍鋪設光纖的高昂成本與復雜施工工序，相較于光纖系統的高費用與鋪設難度，本發明中的監測設備只需在特定關鍵位置安裝即可，不僅降低了大范圍布設的物料成本，而且后期維護更為便捷，一旦某個監測設備發生故障，只需更換或修理對應采集點處的設備即可，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用的敷設結構，大大減輕了安裝時對環境與施工條件的苛刻要求，適合大規模推廣應用；

34、2)通過采集振動信號并結合深度學習模型對管道的實時健康狀態進行智能識別，能夠更早、更精準地發現泄露隱患，相比傳統以光強抖動為主的檢測方法，需要復雜算法處理且容易受外界環境影響，本發明利用時頻域特征提取以及樣本數據的多類別標注，為深度學習模型提供了更豐富、更穩定的特征信息，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進行到達時間差定位，可在三維坐標系中迅速確定泄漏點坐標及泄露時間，便于管理人員在第一時間接收到準確位置并作出相應處置，減少事故擴大的風險；

35、3)針對監測設備的供電問題，提出了基于剩余電量變化的預測與控制策略，通過周期性采集監測設備的剩余電量并進行擬合，得到管路泄露監測設備可能在何時降至預設電量閾值以下的時間點，從而合理規劃充電時段，這樣一方面可以在電量即將耗盡時及時對設備進行充電，避免設備長時間離線而導致監測空檔；另一方面也可顯著減少盲目頻繁地給設備充電的情況，對電池進行科學規劃，確保在真正需要充電的時候才進行充電，從而有效降低了充電次數；

36、4)在實現對管路泄露監測設備的合理充電時段安排上，本發明進一步綜合利用了環境溫度與太陽能電池板的發電規律，通過對監測時段內的溫度分布和可充電量進行排序，并在最具充電效率的時段優先給設備補充電能。這種精細化的充電管理策略既可以保證管路泄露監測設備在關鍵時刻擁有足夠的電量進行穩定監測，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。