技术领域
[0001] 本发明属于安全检测技术领域，特别涉及一种油气管道安全预警系统。
相关背景技术
[0002] 天然气等长输油气管道的油气管道安全等级要求高，一旦发生入侵破坏，将会造成严重的经济影响及社会影响，目前基本是采用人工巡线方式进行油气管道安全日常巡
检，巡线人员都以管道企业具备一定技能水平的综合维修工(管道工)和雇佣的当地农民巡
线工为巡护主体，管道巡线资源配置通常以管道里程直接划分巡护段，巡护基本内容较为
笼统，一般为查看沿线有无第三方施工、管道三桩是否完好、管道上方地形地貌变化等，管道人工巡线存在管理方式粗放、巡线质量参差不齐、管道沿线信息封闭、技术手段落后等问题。
[0003] 可见，人工巡线方式难以保证油气管道安防的有效性、无法保障油气管道的安全性、无法实现实时监测。为了解决上述问题，需要设计一种油气管道安全预警系统。
具体实施方式
[0040] 以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除
非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0041] 在本公开的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限
制。
[0042] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0043] 在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
[0044] 在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
[0045] 本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
[0046] 另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
[0047] 所述系统用于对同沟敷设预设线路的油气管道20及通信光缆10进行实时监测，如图1所示，所述系统包括：
[0048] 多个探测单元30，分布于所述预设线路的不同位置，连接于所述通信光缆10，用于发出探测信号到所述通信光缆10，并从所述通信光缆10接收与所述探测信号对应的反馈信号；
[0049] 多个信号处理单元40，分别连接于各个探测单元30，如图2所示，用于：
[0050] 步骤S11，确定所述反馈信号的反馈点的位置信息；
[0051] 步骤S12，根据所述反馈信号的频谱特征确定在所述反馈点发生的事件类型；
[0052] 步骤S13，在所述事件类型满足预设条件的情况下，发出报警信息，所述报警信息包括所述反馈信号对应的事件类型、所述反馈点的位置信息。
[0053] 本公开实施例通过分布于所述预设线路的不同位置的各个探测单元，发出探测信号到所述通信光缆，并从所述通信光缆接收与所述探测信号对应的反馈信号，并利用信号
处理单元确定所述反馈信号的反馈点的位置信息；根据所述反馈信号的频谱特征确定在所
述反馈点发生的事件类型，实现管道沿线发生事件的识别；在所述事件类型满足预设条件
的情况下，发出报警信息，所述报警信息包括所述反馈信号对应的事件类型、所述反馈点的位置信息，实现满足预设条件的事件的实时监测、定位及报警。
[0054] 本公开实施例的探测单元30、信号处理单元40可以沿着油气管道间隔一定距离设置，本公开实施例对间隔距离不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要设置。
[0055] 本公开实施例对事件的类型不做限定，在一种可能的实施方式中，所述事件类型可以包括人工挖掘事件、机械挖掘事件、车辆路过事件、通信电缆断纤事件、系统故障等的至少一种，示例性的，人工挖掘事件可以是指人员利用铲子等工具挖掘油气管道路面，机械挖掘事件可以是指大型机械设备(如挖掘机等)挖掘油气管道路面，车辆路过事件可以是指
汽车、卡车等压过油气管道路面，通信电缆断纤事件可以是指通信光缆10中光纤发生断裂，系统故障可以是指预警系统中某个部件发生故障。
[0056] 示例性的，油气管道20可以包括石油管道、天然气管道等，通信光缆10与油气管道20同沟敷设于地下，因此，本公开实施例发出探测信号到通信光缆10，当沿线发生挖掘、碾压、过车等事件时，通信光缆10中的探测信号会发生反射，且信号的频谱特征会发生变化，在不同的事件影响下，反馈信号的频谱具有不同的频谱特征，因此，本公开实施例通过反馈信号的频谱特征可以高效、准确地确定发生的事件类型，并且，通过周期性的发射探测信
号、接收反馈信号，可以实现油气管道安全的实时监测预警。
[0057] 本公开实施例对步骤S13中的预设条件不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要设置，例如，预设条件可以为指定的事件类型，如可以设置预设条件为：在发生的事件类型为人工挖掘事件、机械挖掘事件、通信电缆断纤事件等非常规且对油气管道具
有较大威胁的事件的情况下进行报警，而对车辆路过事件等常规且对油气管道影响较小的
时间不进行报警，或者预设条件还可以包括：在确定发生的事件类型为新事件的情况下进
行报警，新事件可以是指在系统已记录的事件类型以外的事件，这样本公开实施例可以对
新事件进行快速响应，以通知工作人员快速应对；另外，还可以在确定事件类型时判断事件发生地点距离油气管道的范围，若事件发生地点与油气管道的距离大于安全距离(大于安
全距离可以视为安全作业范围，在安全作业范围进行挖掘等作业不会对油气管道产生影
响)，则可以不进行报警，示例性的，若确定事件为人工挖掘事件、且人工挖掘发生地点与油气管道的距离大于安全距离，则对人工挖掘事件不进行报警；若确定事件为人工挖掘事件、且人工挖掘发生地点与油气管道的距离小于安全距离，则对人工挖掘事件进行报警。通过
对预设条件的合理设置，本公开实施例可以应对大范围、长距离的情况，可以减轻工作人员的巡防压力。
[0058] 本公开实施例对探测单元30、信号处理单元40的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要采用合适的方式实现，只要探测单元30能够发出探测信
号到所述通信光缆10，并从所述通信光缆10接收与所述探测信号对应的反馈信号即可，只
要信号处理单元40能够确定所述反馈信号的反馈点的位置信息；根据所述反馈信号的频谱
特征确定在所述反馈点发生的事件类型，实现管道沿线发生事件的识别；在所述事件类型
满足预设条件的情况下，发出报警信息，所述报警信息包括所述反馈信号对应的事件类型、所述反馈点的位置信息即可。下面进行示例性介绍。
[0059] 本公开实施例的信号处理单元40可以利用处理组件实现，也可以利用包括处理组件的终端实现。
[0060] 在一个示例中，处理组件包括但不限于单独的处理器，或者分立元器件，或者处理器与分立元器件的组合。所述处理器可以包括电子设备中具有执行指令功能的控制器，所述处理器可以按任何适当的方式实现，例如，被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列
(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。在所述处理器内部，可以通过逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等硬件电路执行所述可执行指令。
[0061] 在一个示例中，终端又称之为用户设备(User Equipment，UE)、移动台(Mobile Station，MS)、移动终端(Mobile Terminal，MT)等，是一种向用户提供语音和/或数据连通性的设备，例如，具有无线连接功能的手持式设备、车载设备等。目前，一些终端的举例为：
手机(Mobile Phone)、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(Mobile
Internetdevice，MID)、可穿戴设备，虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备、增强现实
(Augmentedreality，AR)设备、工业控制(Industrial Control)中的无线终端、无人驾驶
(Selfdriving)中的无线终端、远程手术(Remote medical Surgery)中的无线终端、智能电网(Smart Grid)中的无线终端、运输安全(Transportation Safety)中的无线终端、智慧城市(Smart City)中的无线终端、智慧家庭(Smart Home)中的无线终端、车联网中的无线终
端等。
[0062] 在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述探测单元30可以包括激光脉冲发射器310、光纤耦合器320、光电探测器330、信号采集单元340，其中，
[0063] 所述激光脉冲发射器310，用于发射所述探测信号，并通过所述光纤耦合器320将所述探测信号发送到所述通信光缆10；
[0064] 所述光电探测器330，用于接收所述反馈信号，并进行光电转换；
[0065] 所述信号采集单元340，用于对经光电转换后的反馈信号进行信号采集及传输。
[0066] 本公开实施例对激光脉冲发射器310、光纤耦合器320、光电探测器330、信号采集单元340的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以采用合适的方式实现。
[0067] 在一种可能的实施方式中，如图4所示，步骤S11确定所述反馈信号的反馈点的位置信息，可以包括：
[0068] 步骤S111，根据发出所述探测信号的时间及接收到所述反馈信号的时间确定信号传递时间；
[0069] 步骤S112，根据所述信号传递时间及光速确定信号传播距离；
[0070] 步骤S113，根据所述信号传播距离及发出所述探测信号的位置确定所述反馈点的位置信息。
[0071] 示例性的，可以通过如下公式确定信号传递时间：
[0072] Tt＝(Td‑Tr)/2，其中Tt表示信号传递时间，Td表示发出所述探测信号的时间，Tr表示接收到所述反馈信号的时间。
[0073] 示例性的，可以确定所述信号传递时间与光速的积，以根据所述信号传递时间及光速确定信号传播距离。
[0074] 示例性的，在确定了信号传播距离后，即可根据所述信号传播距离及发出所述探测信号的位置确定所述反馈点(发生事件的地点)的位置信息，例如，反馈点的位置信息可
以是基准位置信息+偏移的方式，其中基准位置信息即为发出所述探测信号的位置，偏移即为信号传播距离。
[0075] 本公开实施例根据发出所述探测信号的时间及接收到所述反馈信号的时间确定信号传递时间；根据所述信号传递时间及光速确定信号传播距离；根据所述信号传播距离
及发出所述探测信号的位置确定所述反馈点的位置信息，可以快速确定所述反馈信号的反
馈点的位置信息，实现发生事件的具体位置的定位，便于后续工作的开展(如救援等)。
[0076] 在一种可能的实施方式中，如图4所示，步骤S12根据所述反馈信号的频谱特征确定在所述反馈点发生的事件类型，可以包括：
[0077] 步骤S121，将所述反馈信号输入预先训练好的第一事件预测模型，利用所述第一事件预测模型确定所述反馈信号的频谱特征，并根据所述反馈信号的频谱特征确定在所述
反馈点发生的事件类型。
[0078] 示例性的，第一事件预测模型可以是基于循环神经网络RNN等算法实现，并可以采用目标检测架构(YOLO)实现，所述第一事件预测模型具有复杂的结构，拟合能力强，能够同时检测多种不同的事件类型，例如可以一次输入超过200个通道的反馈信号(如瀑布图形
式)进行检测，能够检测的信号宽度超过1000m，可见，第一事件预测模型对信号的宽度并不敏感，更加适应复杂场景的告警预测；检测事件类型的时，可以并输出对应的概率，据此，可以对事件类型进行确定。
[0079] 当然，本公开实施例对第一事件预测模型的具体实现方式不做限定，第一事件预测模型建模、训练的方法不做限定，本领域技术人员可以参考相关技术实现。
[0080] 在一种可能的实施方式中，所述第一事件预测模型包括多个输入通道，用于确定多个输入通道的反馈信号对应的事件类型。
[0081] 本公开实施例将所述反馈信号输入预先训练好的第一事件预测模型，利用所述第一事件预测模型确定所述反馈信号的频谱特征，并根据所述反馈信号的频谱特征确定在所
述反馈点发生的事件类型，可以实现利用一个第一事件预测模型得到多种事件的事件类型
的预测。
[0082] 在一种可能的实施方式中，如图4所示，步骤S12根据所述反馈信号的频谱特征确定在所述反馈点发生的事件类型，还可以包括：
[0083] 步骤S122，将所述反馈信号输入预先训练好的多个第二事件预测模型，其中，每个第二事件预测模型对应一种事件类型，
[0084] 步骤S123，利用各个第二事件预测模型确定所述反馈信号的频谱特征，并根据所述反馈信号的频谱特征确定在所述反馈点发生的事件类型。
[0085] 示例性的，第二事件预测模型可以利用LSTM等算法实现，LSTM算法采用的是具有长短记忆功能的循环神经网络，模型简单，便于建模、训练，且运算速度快，本公开实施例的一个第二事件预测模型针对一种事件类型进行检测，拟合较容易，判定和输出较快，可针对不同类型的事件分别设定阈值，运用较灵活，扩展识别类型快速简单。
[0086] 示例性的，各个第二事件预测模型均能确定反馈信号的频谱特征，各个第二事件预测模型可以将反馈信号的频谱特征与各个模型对应的频谱特征进行比较，例如，第二事
件预测模型1对应事件1，第二事件预测模型2对应事件2，第二事件预测模型3对应事件3，当第二事件预测模型1‑3分别确定了反馈信号的频谱特征后，即可分别将反馈信号的频谱特
征与事件1‑3的频谱特征进行比较，并输出相应的概率，假设第二事件预测模型1输出的概率为1，第二事件预测模型2/3输出的概率为0，则可以确定反馈信号对应的事件类型为事件
1。
[0087] 在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述系统还可以包括：
[0088] 显示单元50，用于在地图上显示所述报警信息；
[0089] 存储单元60，用于存储各个反馈点发生的各个事件的事件类型、及所述报警信息。
[0090] 在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：
[0091] 服务器70，用于对所述多个探测单元30、多个信号处理单元40进行控制。
[0092] 在一个示例中，显示单元50可以包括液晶显示面板、有机发光二极管显示面板、量子点发光二极管显示面板、迷你发光二极管显示面板和微发光二极管显示面板等的至少一种显示面板。
[0093] 示例性的，对于满足预设条件的事件类型，可以在显示单元50上显示电子地图，并将位置信息标注在电子地图上，例如发生事件的一段路线用红色标注出来，具体的位置用圆形或其他形状的图案表示出来，也可以具有闪烁、颜色变换等形式，对此，本公开实施例不做限定。
[0094] 在一个示例中，存储单元60可以包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如
可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)
包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、可编程只读存储器(PROM)、便携式压缩盘只读存储器(CD‑ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机
可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过
波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的
电信号。
[0095] 本公开实施例可以将信号处理单元40计算得到的信息存储在存储单元60中，并以日志的形式展示到应用层面，如手机APP、计算机应用软件的显示界面，以便用户查看。
[0096] 示例性的，信号处理单元40还可以包括通信组件(图1、图3未示出)，通信组件可以被配置为便于所述系统内部或与其他设备之间有线或无线方式的通信。所述系统可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实
施例中，所述通信组件还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
[0097] 一般而言，超过80％的破坏活动都具有很长时间的持续性，如果提前发现、及早预防，均可有效避免破坏事件的进一步发生。本公开实施例使用预警系统，可提前发现管道沿线的各种危险作业，在管道未遭到实质性的破坏前，对相关重点区域进行有目的的现场监控，可有效避免破坏事件的发生。人防(巡线人员)与技防(预警系统)相结合的管理模式，可依靠预警信息，进行有效统筹、调配巡线人员，对线路进行更有目的性的重点监控，与传统的被动维抢修巡线模式相比，是一种更主动、更高效的管理模式。另外，油气管道安全预警系统可发现人工巡线过程中易忽略的或者无法接近的一些重点区域的潜在危险，比如河流
穿越点冲蚀导致光缆外漏，山体滑坡导致光缆外漏等等。油气管道安全预警系统可对大信
号进行即时预警，可及时在管道未遭到实质性破坏时就通知巡线人员赶往现场；即使现场
的破坏动作比较迅速，导致光缆断开，相对于断后再进行维抢的过程，仍可节约很多时间。
同时，也可以提前启用备用回路，应对光缆断开所造成的损失。
[0098] 本公开实施例的所述系统，能够实施监测管道沿线，在相关行为产生实际危害前预警，系统对管道沿线进行有效地实时监测，及时对管道区域内机械挖掘等行为及时识别、迅速地定位，并报警，在相关行为产生实际危害前预警，阻止其继续破坏，从而避免巨大损失；且探测距离长，定位精度高，各个探测单元30可监测到长达50km光缆的分布机械振动
量；同时能精确定位入侵点，定位精度可达到10m左右；具有多种事件类型的识别能力，具有多种报警方式，示例性的，系统会对自身状态及威胁事件进行报警，报警内容包括：分管巡线班组(即报告对象)、系统状态(故障、断纤等)、报警状态(确认、未确认等)、报警位置(标识桩即基准位置信息±偏差距离)、事件类型(人挖、机挖、过车等)、报警时间等，示例性的，对于同一天同一位置(第一条报警位置±50m范围)的报警会以第一条报警为基础进行合
并，并能累计报警次数，报警数据会自动永久存储，供后期查询历史报警信息；同时报警还能以语音、声光、短信等形式进行推送；本公开实施例支持电子地图信息或GIS功能，发生威胁事件时，在地图上显示防区告警信息(告警产生会显示红色告警标识并闪烁)，同时在管
理系统里显示报警位置，并能够生成相应的报告。
[0099] 本领域的普通技术人员应当理解：尽管参考前述实施例对本发明进行的详细说明，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的精神和范围。
