海上油气管道泄露监测与动态画面增强的旋转巡视系统

本发明涉及油气管道监测，具体为一种海上油气管道泄露监测与动态画面增强的旋转巡视系统。

背景技术：

1、海上油气管道是将油气资源从海底输送到陆地的关键通道，这对于满足全球日益增长的能源需求至关重要。与其他运输方式相比，海上油气管道可以减少对环境的影响，有助于保护海洋生态系统，减少对海洋环境的负面影响，且海上油气管道提供了多样化的能源运输途径，有助于确保能源的安全供应，缓解能源安全方面的风险。但是海上油气管道在发生泄露时会导致严重的安全问题，如火灾、爆炸和环境污染等等，因此需要对海上油气管道进行监测，以在油气管道发生泄露时及时报警并采取措施，以此防止安全事故的发生。

2、现有技术中，公开号为“cn115751203a”的一种基于红外热像仪的天然气管道泄漏监测系统，包括区域热成像图像获取模块、气体泄漏区域获取模块、危险程度评估模块以及泄露点定位模块。区域热成像图像获取模块用于根据热成像图像和区域图像获取区域热成像图像；气体泄漏区域获取模块，用于根据区域热成像图像基于分割神经网络获取气体标注图像，进而获取气体泄漏区域；危险程度评估模块，用于记录气体泄露区域的动态变化过程，获取扩散速率；获取气体泄漏过程中的温度变化，根据扩散速率和温度变化评估气体扩散的危险程度；泄露点定位模块，用于根据叠加图像中每个像素点的像素值判断泄漏点的位置。以此达到实时监测天然气管道、准确获取泄露位置的效果。

3、但现有技术仍存在较大不足，如：现有技术在判断管道发生泄露后需要及时安排人员前往现场进行检修，但评估判断结果仅仅是管道发生泄露的可能性，存在判断结果不准确的问题，无法对判定为发生泄露的区域进行增强对比度、针对性拍照等方式来进一步分析判断结果是否准确。此外，现有技术无法对管道发生泄露的严重程度大小进行评级，以便于后续根据评级严重程度来合理分配检修计划的效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种海上油气管道泄露监测与动态画面增强的旋转巡视系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种海上油气管道泄露监测与动态画面增强的旋转巡视系统，包括：

4、图像采集模块，所述图像采集模块包括实时图像采集单元和历史图像采集单元，实时图像采集单元用于采集海上油气管道监测点在不同拍摄角度下的实时红外图像数据，历史图像采集单元用于采集海上油气管道的历史红外图像数据，构成历史红外图像数据库；

5、图像预处理模块，所述图像预处理模块用于对历史红外图像库中的图像数据和实时红外图像数据进行去除噪声、调整图像亮度和对比度的预处理操作，并将预处理后的历史红外图像随机分为训练集和测试集，且为历史红外图像的未泄露区域打上“未泄露”标签、为历史红外图像的轻度泄露区域打上“轻度泄露”标签、为历史红外图像的中度泄露区域打上“中度泄露”标签、为历史红外图像的重度泄露区域打上“重度泄露”标签；

6、模型构建模块，所述模型构建模块用于构建基于卷积神经网络的泄露报警模型，利用训练集上的红外图像数据训练泄露检测模型，通过测试集上的红外图像数据测试模型性能，获取训练后的泄露报警模型；

7、图像数据处理模块，所述图像数据处理模块用于将预处理后的实时红外图像数据输入至泄露报警模型中，通过泄露报警模型判断实时红外图像中各区域的泄露情况，并发出判断信号，判断信号包括“无泄露”信号、“轻度泄露”信号、“中度泄露”信号、以及“重度泄露”信号，对不同信号进行赋值并生成泄露程度数组；

8、其中，，k表示在不同拍摄角度拍摄下的实时红外图像的编号，且k=1、2、3、……、k，表示在油气管道第j个区域在第k个拍摄角度下的泄露程度赋值，且j=1、2、3、……、m；

9、泄露报警模块，所述泄露报警模块用于根据泄露程度数组计算泄露报警系数，并根据泄露报警系数的大小发出不同等级的泄露报警信号；

10、动态画面增强模块，所述动态画面增强模块用于按照正相关方式，根据泄露程度数组对实时红外图像各个区域的对比度进行调节，以生成实时红外增强图像；

11、旋转定位模块，所述旋转定位模块用于将泄露程度数组中的数据与预设阈值进行对比，获取实时红外图像中赋值不小于预设阈值的区域编号，并带动图像采集模块对准实时红外图像中赋值不小于预设阈值的区域。

12、进一步的，所述图像采集模块由若干个中红外相机组成。

13、进一步的，所述模型构建模块包括模型定义单元、模型训练单元、模型测试单元，以及泄露报警模型输出单元，其中：

14、模型定义单元，所述模型定义单元用于定义泄露报警模型雏形，包括构建输入层、添加卷积层、添加池化层、以及添加全连接层；

15、模型训练单元，所述模型训练单元用于初始化泄露报警模型雏形的参数、定义损失函数、设计学习率以生成泄露报警模型，并采用训练集中的历史红外图像对泄露报警模型进行训练；

16、模型测试单元，所述模型测试单元用于采用测试集中的历史红外图像对泄露报警模型进行测试，以对泄露报警模型性能进行评估，在模型性能评估结果达到预定性能时将泄露报警模型输入至泄露报警模型输出单元中，在模型性能评估结果未达到预定性能时调整学习率，并将学习率调整后的泄露报警模型重新输入至模型训练单元中进行训练；

17、泄露报警模型输出单元，所述泄露报警模型输出单元用于接收模型性能评估结果达到预定性能的泄露报警模型。

18、进一步的，所述泄露报警模块包括泄露报警系数计算单元、泄露报警系数分析单元、以及分级报警单元，其中：

19、泄露报警系数计算单元，所述泄露报警系数计算单元用于根据泄露程度数组，计算泄露报警系数，计算公式如下：

20、；

21、其中，表示泄露程度数组中的最大数值，表示泄露程度数组中的最大数值的个数，均为预设比例系数，表示在第k个拍摄角度下拍摄的实时红外图像的子泄露报警系数，表示子泄露报警系数的权重；

22、泄露报警系数分析单元，泄露报警系数分析单元与泄露报警系数计算单元电连接，用于根据泄露报警系数的大小，发出无泄露信号、轻度泄露信号、中度泄露信号、或重度泄露信号；

23、分级报警单元，分级报警单元与泄露报警系数分析单元电连接，用于在接收到无泄露信号时不发出报警信号、在接收到轻度泄露信号时发出轻度泄露报警信号、在接收到中度泄露信号时发出中度泄露报警信号、在接收到重度泄露信号时发出重度泄露报警信号。

24、进一步的，所述旋转定位模块包括阈值比较单元、以及旋转机构，其中：

25、阈值比较单元，所述阈值比较单元用于将泄露程度数组中的数据与预设阈值进行对比，并获取实时红外图像中赋值不小于预设阈值的区域编号；

26、旋转机构，所述旋转机构用于接收实时红外图像中赋值不小于预设阈值的区域编号，并带动图像采集模块对准实时红外图像中赋值不小于预设阈值的区域，且图像采集模块安装在旋转机构输出端上。

27、进一步的，将所述“无泄露”信号赋值为0，将所述“轻度泄露”信号赋值为1，将所述“中度泄露”信号赋值为3，将所述“重度泄露”信号赋值为5。

28、进一步的，所述泄露报警模块发出不同信号的标准如下：

29、当满足时，泄露报警模块不发出报警信号；

30、当满足时，泄露报警模块发出轻度泄露报警信号；

31、当满足时，泄露报警模块发出中度泄露报警信号；

32、当满足时，泄露报警模块发出重度泄露报警信号。

33、进一步的，所述动态画面增强模块进行对比度增强的方式为：以泄露程度数组中数值为0的数据编号所代表区域的对比度作为基准，将数值为1的数据编号所代表区域的对比度增强至基准的两倍，将数值为3的数据编号所代表区域的对比度增强至基准的四倍，将数值为5的数据编号所代表区域的对比度增强至基准的六倍。

34、进一步的，所述预设阈值的取值为1。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、本发明的海上油气管道泄露监测与动态画面增强的旋转巡视系统，通过图像数据处理模块对实时红外图像各区域的泄露程度进行赋值，以此使得泄露报警模块根据泄露报警系数的大小发出不同等级的报警信号，便于后续根据评级严重程度来合理分配检修计划，并使得动态画面增强模块对实时红外图像中发生泄露的区域进行增强以凸显泄露迹象、旋转定位模块控制图像采集模块对准发生泄露的区域以进行针对性监测，便于工作人员通过观察以确定该区域实际上是否发生泄露及其泄露程度。