基于GPS授時及時鐘細分的管線破壞定位

摘 要：為了保證管道輸送的正常運行，對管道進行破壞預警監測具有極為重要的現實意義，快速、準確地判定事發地點是預警監測的重要內容。設計了管道預警監測及定位的系統方案，分析了其監測定位原理，并指出破壞聲波信號傳輸至上、下游相鄰各監控站點的時間差是影響精確定位的主要因素，詳細闡述了運用GPS授時為基準的時鐘同步細分技術，更精確地捕獲聲波信號到達相鄰各監控站點的時刻，實驗效果良好。為快速、精確定位破壞事發位置提供一種新的有效的技術。
關鍵詞：GPS；時鐘細分；管線；破壞；定位

1 引言
管道運輸業具有成本低、節省能源、安全性高、傳送距離長及供給穩定等優點。在運輸液體、氣體和漿液等方面具有獨特的優勢，尤其在石油、化工、天然氣及城市供水等產業中有著不可替代的作用。我國管道建設在近二十年得到了快速的發展，并且在十一五發展規劃中明確提出還要建設四大油氣管道。

隨著管齡的增長，由于自然損壞造成的泄漏變得日益嚴重，特別是在各大采油作業區及廣遠的輸油氣管路上，人為破壞偷盜現象時有發生。管道泄漏不僅會影響管道輸送的正常進行，造成重大經濟損失，而且當輸送有毒害、腐蝕性、易燃易爆的介質時，還會污染環境，引起火災爆炸事故。因此，對管道泄漏的檢測及破壞點定位具有極為重要的現實意義[1]。

引發管道泄漏事故的種種原因中，人為蓄意破壞(打孔、切割、鉆孔)已超過自然因素而位居首位[2]，因此，研究管道安全受到威脅或剛遭受破壞時就能檢測定位的預警系統可防患于未然?？焖?、準確地判定事發地點又是預警監測的重要內容，本設計采用GPS基準時鐘細分技術精確獲得特征信號傳輸至各監控站點的時刻，通過時間標簽的差值計算和監控站點之間的距離分別獲取特征信號向上游和下游傳播的速度，進而確定管道破壞的準確位置。

2 系統設計及定位原理
2.1系統總體設計
整個系統如圖1所示，由若干個監測站點、GPRS網絡、Internet網、一個數據服務中心構成[3]。監測站點沿管線分布，負責信號的收集、信息處理和發送。數據服務中心的計算機具備IP地址，通過Internet網和GPRS無線信道，利用數據傳輸終端(DTU)與管道智能檢測終端單元(RTU)實時透明傳輸數據，可實現傳輸管線工作狀態實時監測、故障報警、破壞點定位等綜合管理功能。

圖1 管線破壞預防監測及其定位系統