基于无线传感网络的油气运输管道监测技术研究

摘要

油气运输管道监测对油气管道运输安全具有重要的现实意义。泄漏影响油气管道安全，管道腐蚀穿孔、突发性自然灾害、人为破坏等都会造成管道泄漏，威胁到长输管道的安全运行。油气运输管道的实时监测是对各种监测系统的一个最重要的指标。本文为了真正实现监测系统的实时性，提高监测的精准度及有效性，对基于无线传感器网络的油气运输管道监测技术进行了研究。
　　论文首先在分析油气运输管道分类、特点，管体焊缝破损类型及破坏形式的基础上，建立了油气运输管道破损成因关系链，并给出了相应的修复方法，最后对管道破损检测的传统技术和新技术进行了对比分析。
　　油气运输管道在我国已经形成了运输网络，但对于单次运输来说，管道呈现链型拓扑结构，因此，本文设计了链型拓扑结构的油气运输管道监测无线传感器网络。然后对油气运输管道监测无线传感器网络进行了结构设计和功能设计。传感器节点实现油气运输管道各监测点温度、压力、流量等数据的采集;汇聚节点实现无线传感器网络与管理节点的连接，管理节点实现了实时数据的收集、保存和处理等操作。传感器节点设计包括传感器硬件选型、软件设计、信号处理以及低功耗设计。汇聚节点连接无线传感器网络与外部网络，通过CC2530射频模块与传感器节点交换数据，同时通过无线模块以及Internet和信息中心进行数据交换。管理节点是信息中心应用系统，包括油气运输管道监测信息采集子系统、综合数据库子系统、通信子系统、办公自动化子系统。
　　论文提出了基于传感器参考节点GPS信息、负压波泄漏距离、待定位节点与参考节点跳数、传感器节点布设距离等参数的油气运输管道泄漏点的快速定位方法。仿真过程说明，该无线传感器网络各种性能指标均能满足要求。油气运输管道监测无线传感器网络可视化系统，能够实现对网络各个节点的信息获取、显示、查询、分析等功能，并能够在发生泄露后实时报警，为油气运输管道监测提供了有力支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 油气运输管道泄漏监测研究现状

1．2．2 无线传感网络应用研究现状

1．2．3 存在问题

1．3 论文研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 油气管道破损成因关系链

2．1 油气运输管道破损检测

2．2 油气运输管道分类及特点

2．2．1 油气运输管道分类

2．2．2 油气运输管道特点

2．3 油气管道破损类型及破坏形式

2．3．1 油气运输管道破损类型

2．3．2 油气运输管道破坏形式

2．4 油气管道破损成因关系链

2．5 油气管道破损检测方法

2．6 小结

第三章 油气管道监测无线传感器网络总体结构设计

3．1 无线传感网络

3．2 油气运输管道拓扑特征及监测参数

3．2．1 油气运输管道的拓扑特征

3．2．2 油气运输管道监测参数

3．3 油气运输管道监测无线传感网络总体设计

3．3．1 系统结构设计

3．3．2 系统功能设计

3．4 小结

第四章 油气运输管道监测无线传感器网络节点设计

4．1 传感器节点设计

4．1．1 传感器节点硬件选型

4．1．2 传感器节点软件设计

4．1．3 传感器节点信号处理

4．1．4 传感器节点低功耗设计

4．2 汇聚节点设计

4．3 管理节点

4．4 小结

第五章 油气运输管道监测无线传感器网络定位技术

5．1 无线传感网络节点定位

5．2 油气运输管道监测无线传感网络定位方法

5．2．1 基于GPS的传感器节点定位

5．2．2 泄漏点坐标计算

5．3 小结

第六章 油气管道监测无线传感网络仿真

6．1 仿真平台

6．2 仿真结果

6．3 油气运输管道监测无线传感器网络可视化系统设计与实现

6．3．1 开发平台选择

6．3．2 功能实现

6．4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文