一种气体流速监测管道及其监测系统

本发明涉及气体流速监测，更具体地说，它涉及一种气体流速监测管道及其监测系统。

背景技术：

1、sf6是一种很好的绝缘气体，但同时也是一种温室气体，它会导致温室效应。

2、输送sf6的管道上一旦出现缺口，则会导致sf6的泄露，对大气环境造成较大的污染，而管道产生缺口时，会导致气体流速发生变化，现有的气体流速监测系统仅能够监测气体流速，无法根据气体流速变化数据来预测管道缺口的概率并进行及时的报警，为了减少sf6泄露的概率和危害性，现需要一种能够预测管道发生破损以及破损位置的监测系统。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种气体流速监测管道及其监测系统。

2、本发明提供了一种气体流速监测系统，包括：

3、图像采集模块，用于实时采集管道的视频数据；

4、图像处理模块，用于处理管道的视频数据并生成管道上的缺口数据，缺口数据包括缺口形成时间点和缺口于管道上的位置数据；

5、气体流速采集模块，用于实时采集管道内的气体流速数据；

6、数据存储模块，用于存储图像处理模块和气体流速采集模块输出的数据；

7、数据处理模块，用于构建缺口预测模型，将缺口形成时间点前设定时间段内的气体流速数据进行预处理后生成历史气体流速序列，将历史气体流速序列输入缺口预测模型中进行训练，将新采集的气体流速序列输入至缺口预测模型中进行处理并输出管道是否会出现破损的结果；

8、位置预测模块，用于构建位置预测模型，若缺口预测模型输出管道破损的结果，则将新采集的气体流速序列输入位置预测模型，通过位置预测模块输出新产生的缺口位置数据；

9、报警模块，用于接收数据处理模块输出的数据，当缺口预测模型输出管道会出现破损的数据时，报警模块生成报警信息并结合缺口位置数据传输至数据传输模块；

10、数据传输模块，用于将报警模块的输出数据传输至控制终端。

11、作为本发明的进一步优化方案，所述图像处理模块处理管道的视频数据并生成管道上的缺口数据，包括以下步骤：

12、视频帧提取，从视频中按设定时间间隔提取一帧作为输入图像；

13、特征提取，采用cnn对输入图像进行特征提取；

14、缺口判断，通过特征点匹配算法对提取的特征进行特征比较并判断管道表面是否出现缺口；

15、缺口位置计算，当判定管道表面出现缺口时，采用cnn对输入图像进行处理后生成缺口于管道上的位置数据。

16、作为本发明的进一步优化方案，所述图像处理模块处理管道的视频数据并生成管道上的缺口数据，还包括以下步骤：

17、当从视频中按设定时间间隔提取一帧的图像数据被判定为存在缺口时，将该时间间隔内的所有帧作为输入图像并采用cnn对输入图像进行特征提取，然后通过特征点匹配算法对提取的特征进行特征比较，判断相应输入图像是否存在缺口，获取时间序列中第一个出现缺口的图像数据所对应的时间数据，从而获取缺口形成的准确时间点数据。

18、作为本发明的进一步优化方案，所述通过特征点匹配算法对提取的特征进行特征比较并判断管道表面是否出现缺口，包括以下步骤：

19、获取管道无缺口时的图像数据并提取图像中的特征点；

20、对设定时间间隔提取的一帧图像中提取的特征点和管道无缺口使得图像中提取的特征点进行计算描述子；

21、计算每对特征点的描述子之间的欧氏距离，计算公式为：

22、distance＝\sqrt{\sum_{i＝1}^{n}(desc1_i-desc2_i)^2}

23、其中，desc1_i和desc2_i分别表示两个特征点的描述子向量的第i个元素，n为描述子的维度；

24、设定阈值，对特征点自检的距离进行筛选，若特征点之间的距离小于阈值，则判定为匹配的特征点；

25、对匹配结果进行统计分析，若匹配的特征点数量少于预期值或图像偏远附近有大量匹配出现时，判定从视频中按设定时间间隔提取的一帧图像中出现缺口。

26、作为本发明的进一步优化方案，所述采用cnn对输入图像进行处理后生成缺口于管道上的位置数据，具体包括以下步骤：

27、收集包含缺口的管道图像数据，对图像进行预处理，包括去噪、尺度归一化、裁剪处理，并将缺口位置数据添加至管道图像数据中；

28、构建cnn模型，并使用标注好的管道图像数据输入cnn中进行训练；

29、将判定存在缺口的管道图像数据输入训练好的cnn模型中进行处理并输出缺口于管道上的位置数据。

30、作为本发明的进一步优化方案，所述将缺口形成时间点前设定时间段内的气体流速数据进行预处理后生成历史气体流速序列，将历史气体流速序列输入缺口预测模型中进行训练，将新采集的气体流速序列输入至缺口预测模型中进行处理并输出管道是否会出现破损的结果，具体为，

31、通过历史气体流速序列训练缺口预测模型获得第一模型；

32、第一模型的计算公式为：

33、

34、其中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8表示气体流速序列，y表示管道破损的标示值，β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7、β8是第一模型的第一组系数，ε1、ε2、ε3表示第一模型的第二组系数。

35、作为本发明的进一步优化方案，所述将缺口形成时间点前设定时间段内的气体流速数据进行预处理后生成历史气体流速序列，将历史气体流速序列输入缺口预测模型中进行训练，将新采集的气体流速序列输入至缺口预测模型中进行处理并输出管道是否会出现破损的结果，具体为，

36、判定函数的计算公式为：

37、

38、如果u大于设定值，则表示未来的设定时间内将会出现新的管道破损，否则表示未来的设定时间内不会出现新的管道破损。

39、作为本发明的进一步优化方案，所述若缺口预测模型输出管道破损的结果，则将新采集的气体流速序列输入位置预测模型，通过位置预测模块输出新产生的缺口位置数据，具体为，

40、将新采集的气体流速序列与历史气体流速序列共同训练缺口预测模型获得第二模型；

41、第二模型的计算公式为：

42、

43、其中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8表示气体流速序列，y表示管道破损的标示值，是第二模型的第一组系数，表示第二模型的第二组系数。

44、然后将第一模型第一组系统、第一模型的第二组系数、第二模型第一组系统、第二模型的第二组系数输入位置预测模型中计算预测的缺口的位置；

45、缺口位置的计算公式为：

46、

47、其中，βi表示第一模型的第一组系数中的第i个系数，表示第二模型的第一组系数中的第i个系数，表示第二模型的第二组系数中的第j个系数，εj表示第一模型的第二组系数中的第j个系数，z表示缺口的位置值。

48、作为本发明的进一步优化方案，预测缺口于管道上的位置计算公式为：

49、

50、t表示缺口位置与管道进口之间的距离与管道长度的比值。

51、一种气体流速监测管道，包括管件以及设于管件上的如上述的气体流速监测系统。

52、本发明的有益效果在于：本发明可以根据管道内气体流速的变化进行预测管道是否会产生破损，并预测新产生的缺口位于管道上的位置，训练数据集越多，所预测的缺口位置准确度越高。