基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统的制作方法

本发明涉及热力管道泄漏监测，尤指一种基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统。

背景技术：

1、热力管道是热能传输的重要通道，如果管道发生泄漏或温度异常，可能会造成安全事故和热能损失。因此，及时监测管道的运行状况和预防潜在风险具有重要意义。

2、目前，常见的热力管道监测系统主要采用压力传感器和温度传感器来监测管道的工作状态，但由于存在诸多问题，例如传感器容易损坏、信号传输距离有限以及数据处理复杂等，导致监测和报警的效果不理想。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，该系统通过光纤传感器实时监测管道的温度和压力变化，并将这些变化转化为电信号进行处理，从而及时发现管道泄漏情况，并进行报警。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，包括：光纤传感器、数据采集与处理模块和报警模块，

4、所述光纤传感器用于感知热力管道的温度和压力变化，并将感知到的温度和压力变化转换成温度和压力数据；

5、所述数据采集与处理模块用于采集所述光纤传感器上传的温度和压力数据，并对采集到的温度和压力数据进行解析和处理，判断数据是否存在异常，若是，则发出警报控制信号；

6、所述报警模块用于接收警报控制信号，并根据所述警报控制信号发出警报信号；

7、其中，

8、所述对采集到的温度和压力数据进行解析和处理，判断数据是否存在异常，若是，则发出警报控制信号；这一步骤包括：

9、对采集到的热力管道的温度和压力数据进行预处理，包括：去除噪声、填补缺失值和数据归一化，以保证数据质量；

10、从预处理后的温度和压力数据中提取特征，包括：波动频率、变化幅度和温度-压力差指标，用于后续的异常检测；

11、基于孤立森林方法构建异常检测算法，设置异常检测算法的阈值；

12、当异常检测算法监测到数据超出设定的阈值时，判断为异常数据；

13、当检测到异常数据时，触发热力管道泄漏的警报控制信号。

14、进一步，所述热力管道上布设一根或多根所述光纤传感器，所述光纤传感器和所述数据采集与处理模块通信连接。

15、进一步，所述感知热力管道的温度和压力变化这一步骤，其具体包括：

16、光纤传感器通过光纤的变形、拉伸或扭曲的方式感知管道的温度和压力变化。

17、进一步，所述基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统还包括：数据监测终端，所述数据监测终端和所述数据采集与处理模块通信连接。

18、进一步，所述数据监测终端将所述数据采集与处理模块处理后的数据转化为图表的形式进行存储和显示，以便后续的故障诊断和预测。

19、进一步，所述报警信号包括声音、光线、震动中的一种或多种。

20、进一步，所述报警模块将报警信息通过网络传输至监控中心，以实现远程监控和管理。

21、进一步，所述数据采集与处理模块和所述光纤传感器以及所述报警模块通信连接。

22、进一步，所述基于孤立森林方法构建异常检测算法的步骤如下：

23、数据准备：对热力管道的历史温度和压力数据以及常规热力管道参数进行预处理，包括数据清洗、缺失值处理和特征选择，确保数据质量和相关性；

24、构建孤立树：通过随机选择特征和随机切割值的方式，构建孤立树；孤立树是一种基于递归分区的二叉树结构，其中每个叶子节点代表一个数据样本；

25、训练孤立森林：将多棵孤立树组合成孤立森林，通过随机选择样本和特征来构建多棵孤立树，不断分割数据空间直到每个数据样本成为孤立的叶子节点；

26、计算异常得分：根据孤立森林中每棵树对样本的路径长度来计算异常得分，异常得分表示数据点在孤立森林中被孤立的程度，得分越低表示越可能是异常值；

27、确定异常阈值：根据异常得分和设定的阈值，确定异常阈值；

28、异常检测：将数据点的异常得分与异常阈值比较，识别出异常数据点，这些数据点在特征空间中与大部分数据点远离；

29、模型评估：对模型进行评估，使用精确率、召回率、roc曲线下面积、k-s值和f1分数来评估异常检测的性能，并根据需要调整模型参数；

30、模型应用：将训练好的孤立森林模型部署于热力管道泄漏监测报警系统中。

31、本发明的有益效果在于：

32、本发明的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统通过布设光纤传感器、数据采集与处理以及报警系统等模块，实现了对热力管道泄漏情况的实时监测和及时报警。该系统具有高灵敏度、实时监测、远程监控和数据分析等特点，能够提高管道运维的效率和安全性。具体地，光纤传感器可以实时感知热力管道的温度和压力变化。通过将感知到的温度和压力变化转换成数字信号，可以获得更为准确和精细的数据。系统能够实时采集光纤传感器上传的温度和压力数据。这意味着系统可以随时对热力管道的状态进行监测，及时捕捉到任何异常情况。数据采集与处理模块会对采集到的温度和压力数据进行解析和处理。通过对数据进行分析，可以判断是否存在异常情况，如温度过高或压力异常等，并进一步采取措施。当数据采集与处理模块判断出存在异常数据时，会发出警报控制信号。这个信号会被报警模块接收并解析，最终报出警报信号。这样可以实现系统的自动报警功能，提高了监测的及时性和可靠性。在热力管道上可以布设一根或多根光纤传感器，它们可以与数据采集与处理模块进行通信连接。通过布设多个传感器，可以实现对不同位置的温度和压力变化进行监测，提高了监测范围和全面性。综上所述，基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统具有高精度感知、实时监测、数据解析和处理、自动报警以及多点监测等技术效果。这些效果使得系统能够快速准确地发现管道泄漏等异常情况，并及时采取措施，确保管道的安全运行。

33、本发明通过去除噪声、填补缺失值和数据归一化等操作，提高数据质量，减少异常检测的误判率。这有助于保证后续处理的准确性和可靠性。本发明从预处理后的数据中提取波动频率、变化幅度和温度-压力差等特征，这些特征能够更好地描述数据的特点，有助于后续的异常检测算法更准确地判断数据是否异常。本发明采用孤立森林方法构建异常检测算法，并设定了相应的阈值。孤立森林是一种快速有效的异常检测算法，能够较好地发现数据中的异常点，设置阈值有助于准确定义何为异常数据。当异常检测算法监测到数据超出设定的阈值时，即判定为异常数据，触发热力管道泄漏的警报控制信号。这有效地保障了系统的安全性和稳定性。综上所述，本发明通过预处理、特征提取和异常检测等步骤，实现了对温度和压力数据异常的快速、准确检测，并在检测到异常时及时作出响应，保障了热力管道系统的正常运行和安全。

技术特征：

1.一种基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，包括：光纤传感器、数据采集与处理模块和报警模块，

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述热力管道上布设一根或多根所述光纤传感器，所述光纤传感器和所述数据采集与处理模块通信连接。

3.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述感知热力管道的温度和压力变化这一步骤，其具体包括：

4.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统还包括：数据监测终端，所述数据监测终端和所述数据采集与处理模块通信连接。

5.根据权利要求4所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述数据监测终端将所述数据采集与处理模块处理后的数据转化为图表的形式进行存储和显示，以便后续的故障诊断和预测。

6.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述报警信号包括声音、光线、震动中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述报警模块将报警信息通过网络传输至监控中心，以实现远程监控和管理。

8.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述数据采集与处理模块和所述光纤传感器以及所述报警模块通信连接。

9.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，其特征在于，所述基于孤立森林方法构建异常检测算法的步骤如下：

技术总结本发明公开一种基于光纤传感技术的热力管道泄漏监测报警系统，包括：光纤传感器，用于感知热力管道的温度和压力变化，并将感知到的温度和压力变化转换成温度和压力数据；数据采集与处理模块，用于采集光纤传感器上传的温度和压力数据，并对采集到的温度和压力数据进行解析和处理，判断数据是否存在异常，若是，则发出警报控制信号；报警模块，用于接收警报控制信号，并根据警报控制信号发出警报信号。本发明通过布设光纤传感器、数据采集与处理以及报警系统等模块，实现了对热力管道泄漏情况的实时监测和及时报警。该系统具有高灵敏度、实时监测、远程监控和数据分析等特点，能够提高管道运维的效率和安全性。技术研发人员：叶迁,戴建宁,朱晓受保护的技术使用者：深圳汉光电子技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13