基于地震波检测的管道安全预警系统

论文摘要

目前,随着国民经济的高速发展,国民经济的各行业对能源特别是石油资源的需求越来越大。随着石油工业的发展,管道运输业由于其自身的特点已在油气运输中发挥着越来越重要的作用。由于种种原因,管道泄漏事故时有发生,这样会造成巨大的财产损失和环境污染。管道泄漏的监测与定位,是管道运输管理系统的重要组成部分,在维护管道安全,减少泄漏造成的损失方面发挥着重要的作用。目前,常用的管道泄漏监测方法主要是在管道发生泄漏后对泄漏进行报警和定位。本文根据需要设计了一种基于对管道沿线地表的运动物体所产生的地震波信号进行采集和分析的预警系统,通过对地震波信号的处理和信号特征的分析实现对管道沿线的运动目标的实时监测,从而实现对管道安全构成威胁的行为进行早期监测、预警和定位,能有效的阻止人为破坏行为的发生,从而在一定程度上减小财产的损失和环境的污染。首先,根据需要进行了系统的硬件设计,该系统能满足对极微弱的信号进行采集,并具有较强的抗干扰能力,使其能在环境复杂的野外正常工作;由于系统的工作特点的需要,在系统中采用了无线传输的方式对数据进行传输;由于整个系统长年工作在野外,因此该系统还满足了功耗低的要求。其次,根据需要进行了系统的软件设计,对数据采集、数据的无线传输、数据在无线传输过程中的可靠性保证以及串行通信等系统主要任务的程序进行了设计。最后,对采集到的数据进行处理和分析,从而实现了系统所需要实现的功能。对所采集到的信号进行信号衰减的补偿及降噪处理,以利于信号分析的需要。经过对信号进行过零数分析以及在频域上的分析,从而实现对运动目标的分类识别;运用时差算法和三角定位的方法实现对目标的定位和跟踪。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 管道运输的应用及发展状况
• 1.1.1 管道运输的应用
• 1.1.2 我国管道运输的发展状况
• 1.2 油气管道的安全问题及其监测方法
• 1.2.1 油气管道存在的安全问题
• 1.2.2 油气管道安全监测方法
• 1.3 地震波检测技术的应用及发展
• 1.4 本文的工作与意义
• 第二章 安全预警系统的工作原理
• 2.1 地震波简介
• 2.2 系统工作原理
• 2.2.1 系统的整体构成及工作原理
• 2.2.2 目标识别及定位原理
• 2.3 本章总结
• 第三章 安全预警系统硬件设计
• 3.1 传感器
• 3.2 C8051F020
• 3.3 信号采集模块
• 3.4 电平抬高模块
• 3.5 电源模块
• 3.6 无线传输模块
• 3.6.1 多点串接式无线传输
• 3.6.2 NRF401 应用电路图
• 3.6.3 NRF401 与PC 机通信模块
• 3.7 GPS 模块
• 3.8 本章总结
• 第四章 安全预警系统软件设计
• 4.1 数据采集软件设计
• 4.2 无线收发模块软件设计
• 4.3 数据在无线传输过程中的可靠性保证措施
• 4.4 校时模块的软件实现
• 4.5 串行通信的软件实现
• 4.6 本章总结
• 第五章 数据处理
• 5.1 地震波在传播过程中的衰减及补偿方法
• 5.1.1 地震波在传播过程中的衰减
• 5.1.2 地震波衰减的补偿方法
• 5.2 信号去噪处理
• 5.2.1 小波变换简介
• 5.2.2 小波变换用于降噪的原理
• 5.2.3 小波变换阈值降噪的实现
• 5.3 地震动信号的目标识别特性分析
• 5.3.1 过零数分析
• 5.3.2 信号的频域特征分析
• 5.4 地面运动目标定位及跟踪
• 5.5 本章总结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 前景展望
• 6.3 系统的完善
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢