CN118518052B - 一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及长度计量技术领域，具体涉及一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统，包括：获取铺设起点和铺设终点的水平距离以及测量高度；根据测量高度，得到测量高度的精确度和初始高程差；根据测量高度的精确度得到初始高程差的可信度；构建高程差拟合函数；根据高程差拟合函数、初始高程差及初始高程差的可信度，构建高程差损失函数；根据高程差损失函数获得完整高程差拟合函数，根据完整高程差拟合函数，得到准确高程差；根据准确高程差以及所述水平距离，得到管道长度；利用管道长度进行管道安全评价。本发明通过高程差得到可信的管道长度，对管道安全进行更加准确的评价。

Description

一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统

技术领域

本发明涉及长度计量技术领域，具体涉及一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统。

背景技术

在管道安全评价中，因为管道长度与管道的结构稳定性和安全性密切相关，准确测量管道的长度可以为安全评价提供必要的数据支持。评估管道的安全性通常涉及评估管道中流体的压力损失，以确保在运行过程中管道能够安全、有效地输送流体。需要结合管道长度对摩擦损失和压力丢失进行计算，从而评估管道的安全性，并制定相应的安全管理措施，所以需要对管道长度进行准确测量。

在地形不平整的斜坡上测量在两个位置之间将要铺设的管道长度时，一般使用激光测距仪直接测量两个位置的距离作为将要铺设的管道长度，但是由于激光不能弯曲，地形可能阻挡激光的发射，这种方法对地形要求较高。所以使用水准仪测量将要铺设管道长度的高程差，通过勾股定理将高程差与水平距离结合，计算管道的实际长度。但是在测量过程中，由于地形的影响会使得水准仪测量值的不准确，在地形偏高的地方，会使得水准仪的测量值偏高，在地形较低的地方，会使得水准仪的测量值较低。一般消除地形影响的方法是通过在测量线路中设置补偿点，通过在高程变化较大的位置设置水准测量点，使测量线路的高程差异得到补偿，提高测量的准确性，但是这种方法在进行补偿计算的过程中都可能存在一定的误差，从而降低最终测量结果的准确性。

发明内容

本发明提供一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统，以解决现有的问题。

本发明的一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统采用如下技术方案：

本发明提出了一种面向管道安全评价的高效监测方法，该方法包括以下步骤：

设立管道的铺设起点和铺设终点；分别获取铺设起点和铺设终点的水平距离以及若干次测量的测量高度；

根据每次测量下铺设起点和铺设终点各自对应的测量高度的线性变化情况，得到每次测量下铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度；根据每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差异情况，得到每次测量的初始高程差；根据每次测量分别在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度及所述精确度的相似情况，得到每次测量的初始高程差的可信度；

构建高程差拟合函数，所述高程差拟合函数中包含若干个待拟合参数；根据高程差拟合函数、初始高程差及初始高程差的可信度，构建高程差损失函数；根据高程差损失函数控制所述待拟合参数的拟合，确定最终待拟合参数，获得完整高程差拟合函数，根据完整高程差拟合函数，得到准确高程差；

根据准确高程差以及所述水平距离，得到管道长度；利用管道长度进行管道安全评价。

进一步地，所述根据每次测量下铺设起点和铺设终点各自对应的测量高度的线性变化情况，得到每次测量下铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度，包括的具体步骤如下：

从铺设起点和铺设终点中任选其一作为特征位置，所述特征位置对应有拟合直线；所述拟合直线横轴为测量次数，纵轴为对应的测量高度；

对于任意一次测量，将该次测量在拟合直线上对应的值记为该次测量在特征位置的参考高度；将该次测量在特征位置的测量高度和参考高度的差值绝对值的反比例归一化结果，记为该次测量在特征位置测量高度的精确度。

进一步地，所述根据每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差异情况，得到每次测量的初始高程差，包括的具体步骤如下：

将每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差值绝对值，记作每次测量的初始高程差。

进一步地，所述根据每次测量分别在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度及所述精确度的相似情况，得到每次测量的初始高程差的可信度，包括的具体步骤如下：

对于任意一次测量，将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的乘积，记作该次测量的初始高程差的可信因子；将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的差值绝对值的反比例归一化结果，记为该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的相似度；将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的相似度与该次测量的初始高程差的可信因子的乘积，记作该次测量的初始高程差的可信度。

进一步地，所述高程差拟合函数的具体构建方式为：

式中，为第次测量的拟合高程差；为测量次数；为第一待拟合参数；为第二待拟合参数；为第三待拟合参数。

进一步地，所述高程差损失函数的具体构建方式为：

式中，为损失值；为测量总次数；为第次测量的初始高程差的可信度权重；为第次测量的初始高程差；为第次测量的拟合高程差；为绝对值函数；所述可信度权重为所述初始高程差的可信度的归一化结果，次测量下对应的所有可信度权重累加和为正整数1。

进一步地，所述根据高程差损失函数控制所述待拟合参数的拟合，确定最终待拟合参数，获得完整高程差拟合函数，根据完整高程差拟合函数，得到准确高程差，包括的具体步骤如下：

利用最小二乘法得到损失值最小时得到完整高程差拟合函数；将完整高程差拟合函数的极值，记作准确高程差。

进一步地，所述根据准确高程差以及所述水平距离，得到管道长度，包括的具体步骤如下：

根据准确高程差和水平距离利用勾股定理得到管道长度。

进一步地，所述若干次测量的测量高度的获取方法如下：

管道铺设起点和铺设终点之间均匀设置有补偿点，依次利用水准仪对补偿点测量对应的测量高度。

本发明还提出了一种面向管道安全评价的高效监测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现前述的一种面向管道安全评价的高效监测方法的步骤。

本发明的技术方案的有益效果是：本发明通过判断铺设起点和铺设终点的测量高度的线性变化关系，对铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度进行评估，进而获取每次测量的初始高程差的可信度，对所获得的每个初始高程差在得到准确高程差过程中的可信度做出判断；由于大气折射会对铺设起点和铺设终点的测量高度造成影响，由于随着水准仪的移动初始高程差的测量值相对于实际高度的偏离程度先逐渐减小后又逐渐增大，且初始高程差的测量值在减小过程和增大过程的变化程度平缓且相似，由此构建高程差拟合函数对高程差进行拟合，获取准确高程差，使得所得的高程差的结果更加可信。至此，本发明通过可信的准确高程差，获得更加准确的管道长度，进而对管道安全进行更加准确的评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种面向管道安全评价的高效监测方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种面向管道安全评价的高效监测方法及系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种面向管道安全评价的高效监测方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S001：设立管道的铺设起点和铺设终点；分别获取铺设起点和铺设终点的水平距离以及若干次测量的测量高度。

需要说明的是，本实施例的目的是对水准仪测量的铺设起点和铺设终点的测量高度进行分析，得到准确高程差，结合水平距离，得到管道长度。首先利用水准仪测量的铺设起点和铺设终点的测量高度，并利用全站仪获取铺设起点和铺设终点的水平距离。

具体的，在需要铺设管道的整体趋向于直线的路段两端设立管道的铺设起点和铺设终点，在铺设起点和铺设终点分别安装一个水平尺；将铺设起点和铺设终点之间的欧氏距离均分为段，每段的长度记为一个移动距离；其中，为预设的分段参数，，本实施例以此为例进行叙述；将水准仪从铺设起点向铺设终点移动，每次移动一个移动距离，在每次移动后，水准仪所处的位置作为一个补偿点，在补偿点利用水准仪分别获取铺设起点和铺设终点的测量高度；利用全站仪获取铺设起点和铺设终点的水平距离。

步骤S002：根据每次测量下铺设起点和铺设终点各自对应的测量高度的线性变化情况，得到每次测量下铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度；根据每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差异情况，得到每次测量的初始高程差；根据每次测量分别在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度及所述精确度的相似情况，得到每次测量的初始高程差的可信度。

需要说明的是，由于地形的影响会使得水准仪的测量高度的不准确，在地形偏高的地方，会使得水准仪的测量高度偏高，在地形较低的地方，会使得水准仪的测量高度较低，所以获取到的铺设起点和铺设终点的测量高度的可信度不同，故需要对铺设起点和铺设终点的测量高度的可信度进行分析。由于铺设起点和铺设终点之间整体趋向于直线，即铺设起点和铺设终点之间将要铺设的为一段直线管道，在水准仪的移动过程中，铺设起点的测量高度和铺设终点的测量高度分别呈现线性变化，而铺设起点的测量高度和铺设终点的测量高度的误差来源于地形的影响，故铺设起点的测量高度和铺设终点的测量高度越符合各自的线性变化趋势，铺设起点的测量高度和铺设终点的测量高度的可信度越高。故分别对水准仪移动过程中铺设起点的测量高度和铺设终点的测量高度进行精确度的分析，再综合铺设起点的测量高度和铺设终点的测量高度的精准度，对每次移动水准仪后得到的初始高程差的可信度进行分析。

优选地，在本发明一个实施例中，根据每次测量下铺设起点和铺设终点各自对应的测量高度的线性变化情况，得到每次测量下铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度，具体包括：从铺设起点和铺设终点中任选其一作为特征位置，该特征位置对应有拟合直线；该拟合直线横轴为测量次数，纵轴为对应的测量高度；对于任意一次测量，将该次测量在拟合直线上对应的值记为该次测量在特征位置的参考高度；将该次测量在特征位置的测量高度和参考高度的差值绝对值的反比例归一化结果，记为该次测量在特征位置测量高度的精确度；其中，最小二乘法为公知技术，具体方法在此不做介绍；

其中，拟合直线的具体获取方法为：以水准仪的测量次数为横轴，特征位置的测量高度为纵轴，建立二维直角坐标系，将水准仪移动过程中在特征位置的测量高度映射到该二维直角坐标系中，得到二维直角坐标系中的若干数据点；利用最小二乘法对二维直角坐标系中的所有数据点进行直线拟合，得到拟合直线。

至此，得到每次测量分别在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度。

所需说明的是，任意一次测量在特征位置的测量高度和参考高度越近似，说明该次测量在特征位置的测量高度越符合线性变化趋势，该次测量在特征位置的测量高度的精确度越高。

进一步需要说明的是，初始高程差是由任意一次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度差所得的，故对每次测量的初始高程差进行获取，并结合铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度，判断每次测量的初始高程差的可信度。由于受地形因素影响，可能导致铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度降低，且受地形因素的影响，一般情况下铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度发生同样趋势的变化，所以根据铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度以及精确度之间的相似情况，获取初始高程差的可信度。

优选地，在本发明一个实施例中，根据每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差异情况，得到每次测量的初始高程差，具体获取方式为：将每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差值绝对值，记作每次测量的初始高程差。

优选地，在本发明一个实施例中，根据每次测量分别在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度及所述精确度的相似情况，得到每次测量的初始高程差的可信度，具体获取方式为：对于任意一次测量，将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的乘积，记作该次测量的初始高程差的可信因子；将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的差值绝对值的反比例归一化结果，记为该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的相似度；将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的相似度与该次测量的初始高程差的可信因子的乘积，记作该次测量的初始高程差的可信度。

作为一个示例，初始高程差的可信度用公式表示为：

式中，为第次测量的初始高程差的可信度；为第次测量在铺设起点的测量高度的精确度；为第次测量在铺设终点的测量高度的精确度；为绝对值函数；为以自然常数为底的指数函数。

所需说明的是，表示第次测量的初始高程差的可信因子，其值越大，说明第次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度都较高，第次测量的初始高程差的可信度越大；表示第次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的相似度，其值越大，说明第次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度越相似，第次测量的初始高程差的可信度越大。

步骤S003：构建高程差拟合函数；根据高程差拟合函数、初始高程差及初始高程差的可信度，构建高程差损失函数；根据高程差损失函数控制所述待拟合参数的拟合，确定最终待拟合参数，获得完整高程差拟合函数，根据完整高程差拟合函数，得到准确高程差。

需要说明的是，管道长度涉及管道的结构稳定性和安全性，所以在对管道长度进行测量时，管道长度的测量准确性的要求较高。当光线穿过不同密度的大气层时，会发生折射现象，使得光线的传播路径产生偏差，在利用水准仪获取铺设起点和铺设终点的测量高度时，光线经过大气折射，若水准仪距离铺设起点和铺设终点的距离过远，会使得测量高度的误差较大，所以在获取准确高程差时，需要考虑大气折射的影响。在利用水准仪移动获取铺设起点和铺设终点的测量高度时，由于水准仪由铺设起点向铺设终点移动，所以水准仪对铺设起点的测量高度相对于实际高度的偏离程度逐渐增大，水准仪对铺设终点的测量高度相对于实际高度的偏离程度逐渐减小，因此随着水准仪的移动初始高程差的测量值相对于实际高度的偏离程度先逐渐减小后又逐渐增大，且初始高程差的测量值在减小过程和增大过程的变化程度平缓且相似，所以据此获取准确高程差。

优选地，在本发明一个实施例中，构建高程差拟合函数；根据高程差拟合函数、初始高程差及初始高程差的可信度，构建高程差损失函数。具体的，高程差拟合函数的构建方式为：

式中，为第次测量的拟合高程差；为测量次数；为第一待拟合参数；为第二待拟合参数；为第三待拟合参数。

所需说明的是，由于初始高程差的测量值在减小过程和增大过程的变化程度平缓且相似，所以根据两段斜率为相反数的直线所得到的折线方程构建高程差拟合函数。

高程差损失函数的构建方式为：

式中，为损失值；为测量总次数；为第次测量的初始高程差的可信度权重，其为初始高程差的可信度的归一化结果，次测量下对应的所有可信度权重累加和为正整数1；为第次测量的初始高程差；为第次测量的拟合高程差；为绝对值函数。

所需说明的是，表示第次测量的初始高程差与拟合高程差的差异程度，其值越小，说明高程差拟合函数对高程差的拟合效果越好；越大，说明第次测量的初始高程差的可信度越高，在高程差拟合函数的拟合过程中，第次测量的初始高程差所占的权重越大。

优选地，根据高程差损失函数控制所述待拟合参数的拟合，确定最终待拟合参数，获得完整高程差拟合函数，根据完整高程差拟合函数，得到准确高程差，具体获取方式为：利用最小二乘法得到损失值最小时对应的高程差拟合函数中的、、，即得到完整高程差拟合函数；将完整高程差拟合函数的极值，记作准确高程差；其中，最小二乘法为公知技术，具体方法在此不做介绍。

所需说明的是，损失值最小时的高程差拟合函数对高程差的拟合效果越好，而又因为随着水准仪的移动初始高程差的测量值相对于实际高度的偏离程度先逐渐减小后又逐渐增大，所以选择完整高程差拟合函数的极值作为准确高程差。

步骤S004：根据准确高程差以及所述水平距离，得到管道长度；利用管道长度进行管道安全评价。

需要说明的是，在得到准确高程差后，根据准确高程差和水平距离对管道长度进行获取。

优选的，根据准确高程差和水平距离利用勾股定理得到管道长度；根据管道长度计算摩擦损失和压力丢失，进而对管道进行安全性评估；其中，摩擦损失和压力丢失的计算方法以及管道进行的安全性评估方法为公知技术，具体方法在此不做介绍。

至此，本实施例完成。

本发明还提供了一种面向管道安全评价的高效监测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现前述的一种面向管道安全评价的高效监测方法的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

设立管道的铺设起点和铺设终点；分别获取铺设起点和铺设终点的水平距离以及若干次测量的测量高度；

根据每次测量下铺设起点和铺设终点各自对应的测量高度的线性变化情况，得到每次测量下铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度；根据每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差异情况，得到每次测量的初始高程差；根据每次测量分别在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度及所述精确度的相似情况，得到每次测量的初始高程差的可信度；

构建高程差拟合函数，所述高程差拟合函数中包含若干个待拟合参数；根据高程差拟合函数、初始高程差及初始高程差的可信度，构建高程差损失函数；根据高程差损失函数控制所述待拟合参数的拟合，确定最终待拟合参数，获得完整高程差拟合函数，根据完整高程差拟合函数，得到准确高程差；

根据准确高程差以及所述水平距离，得到管道长度；利用管道长度进行管道安全评价。

2.根据权利要求1所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述根据每次测量下铺设起点和铺设终点各自对应的测量高度的线性变化情况，得到每次测量下铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度，包括的具体步骤如下：

从铺设起点和铺设终点中任选其一作为特征位置，所述特征位置对应有拟合直线；所述拟合直线横轴为测量次数，纵轴为对应的测量高度；

对于任意一次测量，将该次测量在拟合直线上对应的值记为该次测量在特征位置的参考高度；将该次测量在特征位置的测量高度和参考高度的差值绝对值的反比例归一化结果，记为该次测量在特征位置测量高度的精确度。

3.根据权利要求1所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述根据每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差异情况，得到每次测量的初始高程差，包括的具体步骤如下：

将每次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的差值绝对值，记作每次测量的初始高程差。

4.根据权利要求1所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述根据每次测量分别在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度及所述精确度的相似情况，得到每次测量的初始高程差的可信度，包括的具体步骤如下：

对于任意一次测量，将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的乘积，记作该次测量的初始高程差的可信因子；将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的差值绝对值的反比例归一化结果，记为该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的相似度；将该次测量在铺设起点和铺设终点的测量高度的精确度的相似度与该次测量的初始高程差的可信因子的乘积，记作该次测量的初始高程差的可信度。

5.根据权利要求1所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述高程差拟合函数的具体构建方式为：

式中，为第次测量的拟合高程差；为测量次数；为第一待拟合参数；为第二待拟合参数；为第三待拟合参数。

6.根据权利要求1所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述高程差损失函数的具体构建方式为：

式中，为损失值；为测量总次数；为第次测量的初始高程差的可信度权重；为第次测量的初始高程差；为第次测量的拟合高程差；为绝对值函数；所述可信度权重为所述初始高程差的可信度的归一化结果，次测量下对应的所有可信度权重累加和为正整数1。

7.根据权利要求6所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述根据高程差损失函数控制所述待拟合参数的拟合，确定最终待拟合参数，获得完整高程差拟合函数，根据完整高程差拟合函数，得到准确高程差，包括的具体步骤如下：

利用最小二乘法得到损失值最小时得到完整高程差拟合函数；将完整高程差拟合函数的极值，记作准确高程差。

8.根据权利要求1所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述根据准确高程差以及所述水平距离，得到管道长度，包括的具体步骤如下：

根据准确高程差和水平距离利用勾股定理得到管道长度。

9.根据权利要求1所述一种面向管道安全评价的高效监测方法，其特征在于，所述若干次测量的测量高度的获取方法如下：

管道铺设起点和铺设终点之间均匀设置有补偿点，依次利用水准仪对补偿点测量对应的测量高度。

10.一种面向管道安全评价的高效监测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的一种面向管道安全评价的高效监测方法的步骤。