基于GPS授時及時鐘細(xì)分的管線破壞定位

摘 要：為了保證管道輸送的正常運行，對管道進行破壞預(yù)警監(jiān)測具有極為重要的現(xiàn)實意義，快速、準(zhǔn)確地判定事發(fā)地點是預(yù)警監(jiān)測的重要內(nèi)容。設(shè)計了管道預(yù)警監(jiān)測及定位的系統(tǒng)方案，分析了其監(jiān)測定位原理，并指出破壞聲波信號傳輸至上、下游相鄰各監(jiān)控站點的時間差是影響精確定位的主要因素，詳細(xì)闡述了運用GPS授時為基準(zhǔn)的時鐘同步細(xì)分技術(shù)，更精確地捕獲聲波信號到達(dá)相鄰各監(jiān)控站點的時刻，實驗效果良好。為快速、精確定位破壞事發(fā)位置提供一種新的有效的技術(shù)。
關(guān)鍵詞：GPS；時鐘細(xì)分；管線；破壞；定位

1 引言
管道運輸業(yè)具有成本低、節(jié)省能源、安全性高、傳送距離長及供給穩(wěn)定等優(yōu)點。在運輸液體、氣體和漿液等方面具有獨特的優(yōu)勢，尤其在石油、化工、天然氣及城市供水等產(chǎn)業(yè)中有著不可替代的作用。我國管道建設(shè)在近二十年得到了快速的發(fā)展，并且在十一五發(fā)展規(guī)劃中明確提出還要建設(shè)四大油氣管道。

隨著管齡的增長，由于自然損壞造成的泄漏變得日益嚴(yán)重，特別是在各大采油作業(yè)區(qū)及廣遠(yuǎn)的輸油氣管路上，人為破壞偷盜現(xiàn)象時有發(fā)生。管道泄漏不僅會影響管道輸送的正常進行，造成重大經(jīng)濟損失，而且當(dāng)輸送有毒害、腐蝕性、易燃易爆的介質(zhì)時，還會污染環(huán)境，引起火災(zāi)爆炸事故。因此，對管道泄漏的檢測及破壞點定位具有極為重要的現(xiàn)實意義[1]。

引發(fā)管道泄漏事故的種種原因中，人為蓄意破壞(打孔、切割、鉆孔)已超過自然因素而位居首位[2]，因此，研究管道安全受到威脅或剛遭受破壞時就能檢測定位的預(yù)警系統(tǒng)可防患于未然?？焖?、準(zhǔn)確地判定事發(fā)地點又是預(yù)警監(jiān)測的重要內(nèi)容，本設(shè)計采用GPS基準(zhǔn)時鐘細(xì)分技術(shù)精確獲得特征信號傳輸至各監(jiān)控站點的時刻，通過時間標(biāo)簽的差值計算和監(jiān)控站點之間的距離分別獲取特征信號向上游和下游傳播的速度，進而確定管道破壞的準(zhǔn)確位置。

2 系統(tǒng)設(shè)計及定位原理
2.1系統(tǒng)總體設(shè)計
整個系統(tǒng)如圖1所示，由若干個監(jiān)測站點、GPRS網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)、一個數(shù)據(jù)服務(wù)中心構(gòu)成[3]。監(jiān)測站點沿管線分布，負(fù)責(zé)信號的收集、信息處理和發(fā)送。數(shù)據(jù)服務(wù)中心的計算機具備IP地址，通過Internet網(wǎng)和GPRS無線信道，利用數(shù)據(jù)傳輸終端(DTU)與管道智能檢測終端單元(RTU)實時透明傳輸數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)傳輸管線工作狀態(tài)實時監(jiān)測、故障報警、破壞點定位等綜合管理功能。

圖1 管線破壞預(yù)防監(jiān)測及其定位系統(tǒng)