基于GPS授時及時鐘細分的管線破壞定位

摘 要：為了保證管道輸送的正常運行，對管道進行破壞預警監(jiān)測具有極為重要的現(xiàn)實意義，快速、準確地判定事發(fā)地點是預警監(jiān)測的重要內容。設計了管道預警監(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，詳細闡述了運用GPS授時為基準的時鐘同步細分技術，更精確地捕獲聲波信號到達相鄰各監(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。
關鍵詞：GPS；時鐘細分；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業(yè)中有著不可替代的作用。我國管道建設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重，特別是在各大采油作業(yè)區(qū)及廣遠的輸油氣管路上，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，造成重大經濟損失，而且當輸送有毒害、腐蝕性、易燃易爆的介質時，還會污染環(huán)境，引起火災爆炸事故。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警系統(tǒng)可防患于未然。快速、準確地判定事發(fā)地點又是預警監(jiān)測的重要內容，本設計采用GPS基準時鐘細分技術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確位置。

2 系統(tǒng)設計及定位原理
2.1系統(tǒng)總體設計
整個系統(tǒng)如圖1所示，由若干個監(jiān)測站點、GPRS網(wǎng)絡、Internet網(wǎng)、一個數(shù)據(jù)服務中心構成[3]。監(jiān)測站點沿管線分布，負責信號的收集、信息處理和發(fā)送。數(shù)據(jù)服務中心的計算機具備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 管線破壞預防監(jiān)測及其定位系統(tǒng)