基于GPS授时及时钟细分的管线破坏定位

　　1 引言

　　管道运输业具有成本低、节省能源、安全性高、传送距离长及供给稳定等优点。在运输液体、气体和浆液等方面具有独特的优势，尤其在石油、化工、天然气及城市供水等产业中有着不可替代的作用。我国管道建设在近二十年得到了快速的发展，并且在十一五发展规划中明确提出还要建设四大油气管道。

　　随着管龄的增长，由于自然损坏造成的泄漏变得日益严重，特别是在各大采油作业区及广远的输油气管路上，人为破坏偷盗现象时有发生。管道泄漏不仅会影响管道输送的正常进行，造成重大经济损失，而且当输送有毒害、腐蚀性、易燃易爆的介质时，还会污染环境，引起火灾爆炸事故。因此，对管道泄漏的检测及破坏点定位具有极为重要的现实意义[1]。

　　引发管道泄漏事故的种种原因中，人为蓄意破坏(打孔、切割、钻孔)已超过自然因素而位居首位[2]，因此，研究管道安全受到威胁或刚遭受破坏时就能检测定位的预警系统可防患于未然。快速、准确地判定事发地点又是预警监测的重要内容，本设计采用GPS基准时钟细分技术精确获得特征信号传输至各监控站点的时刻，通过时间标签的差值计算和监控站点之间的距离分别获取特征信号向上游和下游传播的速度，进而确定管道破坏的准确位置。

　　2 系统设计及定位原理

　　2.1系统总体设计

　　整个系统如图1所示，由若干个监测站点、GPRS网络、Internet网、一个数据服务中心构成[3]。监测站点沿管线分布，负责信号的收集、信息处理和发送。数据服务中心的计算机具备IP地址，通过Internet网和GPRS无线信道，利用数据传输终端(DTU)与管道智能检测终端单元(RTU)实时透明传输数据，可实现传输管线工作状态实时监测、故障报警、破坏点定位等综合管理功能。

　　系统工作过程：在管线的相邻四个站点上各安装一只声压传感器，探头伸入到管道内部与管内流体相接触，当管路中部某处遭受破坏或发生泄漏时，破坏点的特征声波分别沿管线向两端传播至声压传感器，声波信号经预处理后，提取能表征此声波信号的特征参数;当特征参数与模式训练得到的模式特征相匹配时，立即启动同步时钟中断程序并记下特征声波到达的时刻，以便与特征声波信号到达另外站点的时刻比较，为破坏点位置计算做好准备;特征声波在流体中的传播速度和各站点的时钟同步精度决定着破坏点的定位精度，利用全球卫星定位系统(GPS)卫星的标准UTC时间，可提供TTL电平秒脉冲，通过时钟细分处理可以获得更加精确的秒内时间信息;贴有时间标签的特征声波信号经编码以后，以GPRS无线数据设备为数据终端单元(DTU)，以移动分组数据业务GPRS网络为数据传输通道，并在此信道上提供TCP/IP连接，将测点的数据传送到数据服务中心。