[01123146]基于分布式光纤传感技术的海底高压天然气管道泄漏检测方法

浅海区域水下天然气高压管道工作环境恶劣,管道受到海水的外压力和管内输送天然气的内压,另外海底存沙脊、沙坡、海沟,海水对水底管道造成冲蚀、淘空、腐蚀,都会造成海底天然气管道的断裂、破坏,发生泄漏事故和安全事故。本项目以浅海区域海底天然气管道的全程泄漏检测为目标,研究了全混合干涉型分布式光纤传感方法,项目采用Sagnac和Mach-Zehnder混合干涉原理,开发面向海底天然气管道的分布式光纤泄漏检测系统;利用琼斯矩阵分析法,建立基于信号偏振衰落的传输光数学模型,分析信号偏振衰落对系统泄漏检测及定位性能的影响。提出一种干涉信号解调新方法并开发相应的信号解调硬件系统,实现干涉型光纤传感器管道泄漏检测装置的准确定位运算与分析。在不同实验环境、不同泄漏点位置以及不同管道压力条件下,对分布式光纤管道泄漏系统性能进行实验分析。测试了分布式光纤传感系统的定位精度、稳定性、灵敏度等一系列参数,然后依据支持向量机建立样本数据的回归模型,优化了支持向量机的相关调整参数,在传统泄漏点定位算法的基础上运用了支持向量机,进一步提高了定位精度。为降低分布式光纤传感系统中存在的较高虚警率,采用基于小波包能量特征提取和基于欧式距离法的聚类分析对泄漏信号进行处理,实现对管道泄漏与否的判别,最后结合传统零点频率法进行管道泄漏定位。为降低系统中存在的漏警率,采用基于时域幅值统计法对泄漏时域信号进行特征提取,建立管道泄漏工况下的主元模型。根据平方预测误差（Squared Prediction Error,SPE）统计量判别管道泄漏,并统计了系统漏警率（Missing alarm rate,MAR）。对10km-30km测试间距的传感光纤进行泄漏定位实验并统计虚警率和漏警率。