用红外成像法探测埋地输油管道

第２７卷第５期２００６年９月
石油学报
ＡＣＴＡＰＥＴＲＯＬＥＩＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．２７Ｎｏ．５
Ｓｅｐｔ．２００６
文章编号：０２５３—２６９７（２００６）０５—０１２７一０４
用红外成像法探测埋地输油管道
周鹏王明时陈书旺葛家怡张锐孙红霞
（天津大学精密仪器与光电子工程学院天津３０００７２）
摘要：为了辅助埋地石油管道巡线以及快速定位与排查偷油支管和泄漏点，提出了利用红外热成像技术探测埋地输油管道的方法。

应用热力学传导理论，对埋地输油管道上方土壤层温度场分布进行了数学建模，论证了此方法的可行性。

完成了基于非制冷红外焦平面阵列及具有便携、实时成像特点的红外管道探测仪的硬件设计，运用图像增强、图像分割、骨架跟踪等图像处理算法实现了埋地输油管道的自动检测。

油田现场试验证明，用这种红外管道探测仪可以方便、直观、快速地探测地下输油管道的位置、走向及分支状况。

关键词：输油管道；自动检测；红外成像法；热力学传导理论；温度场分布；数学模型；红外管道探测仪
中图分类号：ＴＥ８７３．６文献标识码：Ａ
ＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｐｉｐｅｌｉｎｅｗｉｔｈｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄＺｈｏｕＰｅｎｇＷａｎｇＭｉｎｇｓｈｉＣｈｅｎＳｈｕｗａｎｇＧｅＪｉａｙｉＺｈａｎｇＲｕｉＳｕｎＨｏｎｇｘｉａ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔＯａｓｓｉｓｔｉｎｇｐｅｒａｍｂｕｌａｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｐｉｐｅｌｉｎｅ，ａｎｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｒａｐｉｄｌｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｔｅａｌｉｎｇｂｒａｎｃｈｅｓｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅａｎｄｌｏｃａｔｉｎｇｔｈｅｌｅａｋａｇｅｓｐｏｔｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｔｒｏｌｅｕｍｐｉｐｅｌｉｎｅ；ａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｔｈｅｏｒｙ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；
ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ：ｉｎｆｒａｒｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｄｅｔｅｃｔｏｒ
为了解决埋地石油管道偷油漏油问题，急需一种埋地管道检测技术。

目前国际上常用于管道检测的方法主要有以下几种［１］：①物质平衡检测法；②负压波检测法［２３；③声波检测法；④光纤振动传感器检测法；⑤漏磁通检测法；⑥管道机器人检测技术。

其中，方法①实现简单，但无法辅助巡线，也不能对偷油支管和泄漏位置进行定位；方法②只适用于快速监测偷油和泄漏，对长期慢速偷油和泄漏则无能为力，同时也不能辅助巡线；方法③和④可以快速检测打孔偷油时的管道振动，但由于其受外界振动干扰严重，误报警率极高，同时也不能辅助管道巡线；方法⑤可以对埋地金属管道进行巡线，但对非金属的偷油支管无法识别，也无法进行泄漏检测；方法⑥是近年来国际上研究管道检测技术的一个很有潜力的方法，但由于其技术还不够成熟，而且成本高，还不能应用于实际。

鉴于现有埋地管道检测技术都不能满足实际需要，笔者提出了用红外热成像技术探测埋地输油管道的新方法。

１埋地管道上方土壤层温度场分布模型
１．１埋地管道和周围土壤层热交换过程
被加热的原油［３３在埋地管道中传输时，会与四周土壤进行热交换，管道与周围环境的热交换大致分为３个过程Ｈ］：①管道外壁和保温层间的热传导；②保温层与周围土壤之间的热传导；③地表与大气之间的热对流。

埋地管道热交换示意图如图１所示。

１．２温度场分布模型
传热过程的热流量为‘５１
空一Ａｋ（Ｔｉ。

一Ｔｏ。

）一（Ｔｉ。

一Ｔｏ。

）／Ｒ（１）式中Ａ为换热面积，ｍ２；ｋ为传热系数，ｗ／（ｒｎ２·Ｋ）；
作者简介：周鹏，男，１９７８年１１月生，２００４年获天津大学工学硕士学位，现在天津大学精密仪器与光电子工程学院攻读博士学位，主要研究方向为红外成像技术，管道检测技术及图像处理。

Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｐｚｐａ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．Ｃ０１ＴＩ
万方数据
１２８石油学报２００６年第２７卷
Ｒ为传热热阻，Ｋ／Ｗ；Ｔｉ。

为管内油温，Ｋ；Ｔ吼ｎ为外部空气温度，Ｋ。

图１埋地管道热交换示意图
Ｆｉｇ．１Ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅ总传热热阻等于管道外壁向保温层外壁导热的热阻、保温层外壁向地表导热的热阻以及地表与空气之
间对流换热的热阻之和，即
Ｒ＝Ｒ，恼恼一≮ｎ磐Ａ＋≮ｎＡ磐＋去ａ
ＺｂＬＺｔＬ口７ｃｔＬ
（２）式中Ｒ。

为管道外壁向保温层外壁导热的热阻，Ｋ／Ｗ；Ｒ：为保温层外壁向地表导热热阻，Ｋ／Ｗ；Ｒ。

为地表与空气之间对流换热热阻，Ｋ／Ｗ；ｄ。

为管道外径，ｍ；ｄ。

为保温层的外径，ｍ；管道轴心到地表某点的距离为ｄ。

／２；Ｌ为管道长度，ｍ；ａ为空气的对流换热系数，Ｗ／（ｍ２·Ｋ）；Ａ。

为保温层的导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ａ。

为土壤的导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）。

传热热流密度定义为
ｑ一詈一（Ｔｉ。

一Ｔ。

）／Ｒ７（３）其中
拈笔ｎ掣Ａ＋鼍磐Ａ＋去ａｒｉａ㈤
么丁ｃ
式中ｇ为热流密度，Ｗ／ｍ。

地表某点温度Ｔｄ的计算式为
Ｔｄ—Ｔ。

，＋垂Ｒ３一Ｔ。

＋垂／（ａｎｄ。

Ｌ）
一Ｔ。

＋ｑ／（ａｎｄ。

）（５）１．３应用算例
根据已有参数：Ｔｉ。

一３３３Ｋ；Ｔｏ。

一２９３Ｋ；ｄ。

一３００ｍｌＴｌ；（ｄｂ—ｄ。

）／２—１０ｍｍ；地表至主管道轴心的垂直距离ｈ＝ｌｍ；口一７ｗ／（ｍ２·Ｋ）；Ａ。

一０．５５ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ａ。

一０．０４ｗ／（ｍ·Ｋ），则计算结果如表１所示。

地表温差分布曲线如图２所示。

由数值计算可知，对于加热到６０℃、埋深为１ｍ，管径为３００ｍｉｌｌ的埋地管道，其上方地表温度场分布发生了明显的变化，管道上方中心处和距中心２ｍ处有近１℃的温差。

理论推导和数值模拟计算表明，埋地输油管道上
表１管道横剖面地表温度分布
Ｔａｂｌｅ１Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅａｒｔｈ’Ｓｓｕｒｆａｃｅ
ｏｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｓｅｃｔｉｏｎｐｌａｎｅｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅ
中心距／ｍ地表温度／℃中心距／ｍ地表温度／℃Ｏ２１．３１１．Ｏ２０．８２
Ｏ．２２１．２８１．２２０．７２
Ｏ．４２１．１９１．４２０．６３
Ｏ．６２１．０６１．６２０．５６
０．８２０．９４１８２０．５０
图２管道横剖面地表温差分布曲线
Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｅａｒｔｈ’Ｓｓｕｒｆａｃｅｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｓｅｃｔｉｏｎｐｌａｎｅｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅ
方地表形成了特征温场分布，而且可以通过热成像的方法来分辨温差，这说明用红外热成像法探测埋地输油管道的方案是可行的。

２红外管道探测仪的硬件设计
根据实际埋地石油管道巡线以及支管与泄漏检测的需要，红外管道探测仪的硬件设计遵循可便携野外操作、实时成像及自动管道检测等原则。

其整体结构框架如图３所示。

图３硬件整体结构框架
Ｆｉｇ．３Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆ
ｈａｒｄｗａｒｅ
光学系统将被测物体的红外辐射聚焦到红外探测器，经后端的数据采集与处理电路将原始图像信息通过ＵＳＢ２．０传到计算机处理系统进行实时显示和图像处理。

光学系统是通过红外锗镜头将被测对象的热辐射聚焦在红外焦平面阵列探测器。

根据实际需要，采用北京蓝思特公司生产的ＢＬＳＴ３１９红外镜头。

该镜头由３片镜片组成，材料为单晶锗，透射波段为８～１４肚ｍ，焦距为１９ｍｍ，通光Ｉ：Ｉ径为２５ｍｌＴｌ，视场角为
４５．６。

×３５．０。

．万方数据
第５期周鹏等：用红外成像法探测埋地输油管道１２９
红外探测器是整个系统的核心部件［６］，它的性能
参数的确定与选择决定着红外管道探测仪的整体
性能。

本研究采用法国ＵＬＩＳ公司生产的型号为
ＵＬＩＳ０１１０１的微测热辐射计非制冷焦平面阵列红外探
测器。

它由非晶硅电阻辐射计通过微桥结构连接到硅
读出集成电路，将光信号转换为表征热辐射的图像电
信号。

其主要特点为无须制冷，可实时成像，并且具有
功耗低、工作寿命长、可靠性高、体积小、质量轻、可操
作性强的特点。

主要性能参数：像元数为３２０Ｘ２４０；
像元尺寸为４５ｐ．ｍ×４５肚ｍ；温度分辨率为０．０８℃；光
谱响应范围为８～１４“ｍ中远红外波段；工作环境温度范围为一４０℃～８０℃；噪声等效温差ＮＥＴＤ为８５ｍＫ；热响应时间常数为４ｍｓ；外形尺寸为６ｃｍＸ６ｃｍ。

热图采集与预处理模块是用１４位精度的Ａ／Ｄ进行模数转换，由数字信号处理器（ＤＳＰ）系统完成非均匀性校正、帧存储、滤波、灰度统计、直方图以及测温等功能。

计算机处理系统主要负责红外图像的实时显示、伪彩变换、图像存储与图像分析等功能。

在充分考虑了整机的尺寸、重量以及图像处理速度等要求的前提下，选择了华硕￥２００笔记本电脑。

ＣＰＵ为迅驰１ＧＨｚ，硬盘４０Ｇ，显示屏为２２．６ｃｍ，分辨率为１０２４ｘ１０２４，重量为８８０ｇ。

使用ＵＳＢ２．０接口将经过前面采集电路预处理过的热图数字信号传输到计算机。

电源主要负责红外传感器、采集与预处理电路和ＵＳＢ的供电。

根据仪器野外操作的时间一般在３ｈ左右，选择了２１ＣＲ３１６５型锂离子蓄电池组，额定容量为４．５Ａ·ｈ。

由于硬件结构设计使用了非制冷红外焦平面阵列作为传感器，使得本红外管道探测仪具有便携、无须制冷以及可实时成像的特点，很好地满足了实际需要。

使用高性能的笔记本电脑作为人机控制界面和显示设备，可以充分利用笔记本电脑强大的数据处理功能对图像进行各种算法的在线处理，改进图像的质量；而且当发现可疑区域时，可以随时对图像进行存储，便于以后的离线处理。

３红外管道探测仪的软件设计
软件部分是运行在笔记本电脑上的基于Ｗｉｎ—ｄｏｗｓ２０００操作系统的应用程序。

程序设计完全根据面向对象的编程思想，采用目前流行的ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０和微软基础类库ＭＦＣ为开发平台，主要完成对管道原始红外图像去噪处理、图像增强、实时显示、图形分割、数学形态学处理和骨架跟踪自动机器识别等功能。

软件设计框图如图４所示。

图４软件设计框图
Ｆｉｇ．４Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｓｏｆｔｗａｒｅ
３．１原始图像去噪技术
未经处理的埋地管道原始红外图像都存在着一定程度的噪声干扰，包括散粒噪声和高斯噪声两类。

噪声恶化了图像质量，使图像模糊，甚至湮没特征，给分析带来困难，所以必须首先去除嗓声。

消除散粒噪声的有效方法是帧内中值滤波［７］。

经过对比试验，选用５ｘ５的正方形二维中值滤波算法对管道红外图像进行了平滑滤波，能够较好地抑制噪声，又不损害图像细节。

对于高斯噪声成分，采用了基于运动检测的帧间平均滤波算法加以去除［８］。

其ＩＩＲ滤波形式如下：ｓ（ｘ，ｙ，愚）一（１一ｙ）ｇ（ｘ，ｙ，足）＋增（ｚ，ｙ，愚一１）
（６）其中
ｙ兰ｍａｘ｛０，寺一口ｌｇ（ｚ，Ｙ，是）一ｇ（ｘ，ｙ，五一１）ｆ｝
ＩＪ
是运动检测信号。

式中口是换算常数，ｇ（ｘ，Ｙ，愚）是第ｋ帧中坐标为（ｚ，了）像素的灰度值。

３．２图像增强技术
图像增强技术就是利用不同的图像处理方法改善图像的质量和视觉效果。

笔者采用了伪彩色图像增强算法。

人的视觉对彩色相当敏感，一般能区分的灰度等级只有２０多个，但是能区分不同联度、色度、饱和度的有几千种颜色。

根据人的这个特点，进行灰度图像的伪彩色变换可提高图像的可鉴别性。

通过对多种伪彩编码的试验，彩虹编码最符合人对颜色与温度的认知习惯ｐ］。

高温区域用暖色调显示，低温区域用冷色调显示。

随着温度由高变低，其颜色的渐变过程分别为白，红，黄，绿，蓝，黑。

３．３管道自动检测技术
为了辅助管道检测，在图像分割、数学形态学处理以及骨架跟踪等图像处理算法的基础上，对实时显示的红外热图上的管道进行自动机器识别［１
０‘“］，标记管
万方数据
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万方数据
１３４
石油
学报
２００６年第２７卷
÷募｛ｒ志：ｅＡｅ’箬）一苦瓦ａｐ—Ｔｌｏ＠筹
（２６）
５结论
÷导｛ｒｋ，ｅＡ－一雾）一考瓦ａｐ－－ｎＯ＠筹ｃ２７，
４井眼周围可变形储层流一固耦合渗流
基本方程特征
在多孔介质储层的流一固耦合基本方程中，由于孑Ｌ隙压力与渗流的不断变化，因此固体介质的岩石力学性质（Ａ、Ｇ、Ｃｏ、声等）的值是不断变化的。

在式（２６）和
式（２７）右端，反映了介质的应变￡，对流体流动的连续方程的影响。

式中考虑了由孔隙体积变化引起的单位时间、单位体积的多孔介质中流体质量的变化，即对流体质量守恒的影响。

由于孔隙体积变化既与介质应力（或应变）有关，又与孔隙压力有关，因而该组渗流方程也考虑了介质变形对流体质量守恒的影响。

式（２６）和式（２７）左端反映了渗透系数ｋ（扎）的变化。

在渗流过程中，渗透系数的变化与孔隙的变化有关，而孑Ｌ隙体积的变化与孔隙压力和应力有关，因而ｋ（竹）是孔隙压力和应力的函数，且在渗流过程中呈非线性规律变化。

总之，式（２６）和式（２７）反映了流体与固体之间的动量相互作用以及介质变形对流体流动规律的影响。

式（１３）和式（１４）中考虑了作为体积力的孔隙压力对介质变形平衡的影响，反映了流动压力即渗流对介质变形的影响。

从以上分析可以看出，由式（１３）、式（１４）与式（２６）、式（２７）一起组成的井眼周围多孑Ｌ介质储层的流一固耦合
基本方程中不仅考虑了介质变形对流体质量守恒和孑Ｌ隙流动压力对介质变形平衡的影响，也考虑了变形对流体流动的影响，还考虑了岩石力学性质的动态变化特征。

该方程组充分地反映了渗流过程中流体运动与介质变形的相互耦合作用，是一组充分耦合的方程组。

所建立的可变形储层的流一固耦合渗流与变形模型中充分考虑了储层多种真实因素，是反映储层流一固耦合特征的非线性偏微分方程组。

它不仅反映了介质
变形对流体质量守恒和孔隙流动压力对介质变形平衡的影响，也反映了变形对流体流动的影响以及岩石力学性质的动态变化特征，充分地反映了渗流过程中流体运动与介质变形的相互耦合作用，是目前比较完善的流一固耦合的渗流与变形模型。

参
考
文
献
［１］冉启全．油藏渗流与应力耦合分析［Ｊ］．岩土工程学报，１９９８，２０
（２）：６９—７３．
［２］冉启全，李士伦，杜志敏，等．流固耦合多相多组渗流数学模型的
建立口］．中国海上油气（地质），１９９６，１０（３）：１７２—１７７．
［３］徐曾和，徐小荷．二维应力下承压地层中渗流的流固耦合问题
［Ｊ］．岩石力学与工程学报，１９９９，１８（６）：６４５－６５０．
［４］徐曾和，徐小荷．可变形多孔介质中的一维非定常耦合渗流［Ｊ］．
应用力学学报，１９９９，１６（４）：４７—５２．
Ｅ５］董平川，徐小荷．储层流固耦合的数学模型及其有限元方程［Ｊ］．
石油学报，１９９８，１９（１）：６４—７０．Ｅ６３
ＣｈｅｎＨＹ，ＴｅｕｆｅｌＬ
Ｗ，Ｌｅｅ
Ｒ
Ｌ．Ｃｏｕｐｌｅｄｆｌｕｉｄｆｌｏｗａｎｄｇｅｏｍｅ—
ｃｈａｎｉｃｓ
ｉｎ
ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ
ｓｔｕｄｙ一１：Ｔｈｅｏｒｙａｎｄ
ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ
ｅｑｕａｔｉｏｎｓ
［Ｒ］．ＳＰＥ
３０７５２，１９９５：５０７—５１９．
［７］张传进，鲍洪志，路保平．油气开发中的岩石力学特性变化规律
实验研究口］．岩石力学与工程学报，２００２，２４（４）：３２—３５．
［８］周维恒．高等岩石力学ＥＭ］．北京：水利电力出版社，１９９０：１３—２０．［９］杨桂通．弹塑性力学［Ｍ］．北京：人民教育出版社，１９８０：４６—８８．［１０］ＦｊａｅｒＥ，ＨｏｌｔＲ，ＨｏｒｓｕｒｄＰ．Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍｒｅｌａｔｅｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ］．
ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｅｌｓｅｒ
ｓｃｉｅｎｃｅｐｕｂｌｉｓｈｅｒ，１９９２：２－２９，４７—８８，１０９—１２８．
［１１］
耶格Ｊｃ，库克ＮＧ
ｗ．岩石力学基础［Ｍ］．中国科学院工程力学
研究所，译．北京：科学出版社，１９８１：２５３—２７０，９４—１２０．
［１２］杨秀夫，刘希圣．地层孔隙压力对井壁附近应力分布的影响［Ｊ］．
石油大学学报：自然科学版，１９９７，２１（５）：２７—３４．
［１３］葛家理．油气层渗流力学ＥＭ］．北京：石油工业出版社，１９９２：５２－６０．
（收稿日期２００５—１０—２８改回日期２００６—０３—０６编辑黄小娟）
（上接第１３０页）
参考
文
献
［１］陈春刚，王毅，杨振坤．长输油气管道泄漏检测技术综述［Ｊ］．石
油与天然气化工，２００２，３１（Ｉ）：５２—５５．
［２］崔谦，靳世久，王立坤，等．基于序贯检验的管道泄漏检测方法
［Ｊ］．石油学报，２００５，２６（４）：１２３—１２５．
［３］张国忠，马志祥．热油管道安全经济输油温度研究［Ｊ］．石油学
报，２００４，２５（１）：１０６—１０９．
Ｅ４］崔秀国，张劲军．埋地热油管道稳定运行条件下热力影响区的确
定［Ｊ］．石油大学学报：自然科学版，２００４，２８（２）：７５—７８．
［５］吴国忠，鲁刚．电加热埋地油气集输管道热力计算与实验研究
［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００４，３６（１８）：１１２１—１１２４．
［６］
李颖文，易新建，何兆湘．３２０
２４０凝视型非制冷红外热像仪研
究ｒ－ｊ］．华中理工大学学报，２０００，２８（１１）：４８—５０．［７３
Ｆｏｒｏｕｚａｎ
ＡＲ，ＡｒａａｂｉＢ
Ｎ．Ｉｔｅｒａｔｉｖｅｍｅｄｉａｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇｆｏｒ
ｔｉｏｎ
ｏｆｉｍａｇｅｓｗｉｔｈｉｍｐｕｌｓｉｖｅｎｏｉｓｅ［Ｃ］ｆ｝Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１０ｔｈ
ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄ
Ｓｙｓ—
ｔｅｒｎｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｓｈａｒｊａｈ，ｓｈａｒｊａｈ，ＵＡＥ，２００３．ＮｅｗＹｏｒｋ：
ＩＥＥＥ，２００３：１４—１７．
［８］ＴｅｋａｌｐＡＭ．Ｄｉｇｉｔａｌｖｉｄｅｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ［Ｍ］．ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ—
Ｈａｌｌ，Ｉｎｃ，１９９５：４５—４６．
［９］ＣａｏＭａｏｙｏｎｇ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｐｓｅｕｄｏｃｏｌｏｒｅｑｕｉ—ｄｅｎｓｉｔｙｃｏｄｉｎｇｏｆ
ｇｒａｙ
ｉｍａｇｅｂａｓｅｄ
ｔｒｉ—ｐｒｉｍａｒｙｃｏｌｏｒｓ
ｏｆ
ＲＧＢａｎｄｐｉｘｅｌ’Ｓｓｅｌｆ－ｔｒａｎｓ—
ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＳＰＩＥ，２００１，４５５１：２６５—２６８．
［１０］ＳｉｌｖｅｒｍａｎＪ．Ｓｉｇｎａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｄｉｓｐｌａｙａｎｄｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ
ｏｆＩＲ
ｉｍａｇｅ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＳＨＥ，１９９３，２０２０：４４０—４４５．
［１１］ＶｉｒｇｉｌＭ，ＶｉｃｋｅｒｓＥ．Ｐｌａｔｅａｕｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｒｅａｌ—ｔｉｍｅ
ｄｉｓｐｌａｙｏｆｈｉｇｈ—ｅｑｕａｌｉｔｙｉｎｆｒａｒｅｄ
ｉｍａｇｅｒｙ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃａｌ
ｅｎｇｉｎｅｅｒ—
ｉｎｇ，１９９６，３５（７）：１９２１—１
９２６．
（收稿日期２００５—１０—３０改回日期２００６—０３—０２编辑黄小娟）
万方数据
用红外成像法探测埋地输油管道
作者：周鹏， 王明时， 陈书旺， 葛家怡， 张锐， 孙红霞， Zhou Peng， Wang Mingshi，Chen Shuwang， Ge Jiayi， Zhang Rui， Sun Hongxia
作者单位：天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津,300072
刊名：
石油学报
英文刊名：ACTA PETROLEI SINICA
年，卷(期)：2006，27(5)
引用次数：2次
1.陈春刚.王毅.杨振坤长输油气管道泄漏检测技术综述[期刊论文]-石油与天然气化工 2002(01)
2.崔谦.靳世久.王立坤基于序贯检验的管道泄漏检测方法[期刊论文]-石油学报 2005(04)
3.张国忠.马志祥热油管道安全经济输油温度研究[期刊论文]-石油学报 2004(01)
4.崔秀国.张劲军埋地热油管道稳定运行条件下热力影响区的确定[期刊论文]-石油大学学报（自然科学版）2004(02)
5.吴国忠.鲁刚电加热埋地油气集输管道热力计算与实验研究[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报 2004(18)
6.李颖文.易新建.何兆湘320×240凝视型非制冷红外热像仪研究[期刊论文]-华中理工大学学报 2000(11)
7.Forouzan A R.Araabi B N Iterative median filtering for restoration of images with impulsive noise 2003
8.Tekalp A M Digital video processing 1995
9.Cao Maoyong Computer pseudo color equi-density coding of gray image based on tri-primary colors of RGB and pixel's self-transformations 2001
10.Silverman J Signal processing algorithms for display and enhancement of IR image 1993
11.Virgil M.Vickers E Plateau equalization algorithm for real-time display of high-equality infrared imagery 1996(07)
1.期刊论文彭善碧.廖柯熹.李长俊.刘恩斌.张潍鑫.梁党国输油管道负压波法泄漏检测中的误报警排除法-西南
石油学院学报2006,28(1)
管道泄漏事故频繁发生成为妨碍管道安全运行的主要原因,随着油气管道自动化水平的提高,很多管道实现了泄漏的自动检测,但由于各方面的原因泄漏检测的误报警率较高.针对新疆油田某原油管道,分析了管道运行的各种工况,提出了消除误报警的多种措施,在实际运用中取得了良好的效果.
2.期刊论文于辉.李兴录大口径管道对接焊缝的超声波自动检测-石油工程建设2001,27(1)
报道大庆和武汉两家公司研制的大口径输油管道超声波探伤仪及其自动检测技术原理和方法。

该设备与工业控制计算机联合使用，利用多通道超声波探伤仪将六探头排列在焊缝两侧，由回转机构带动探头检测管道对接焊缝，发现缺陷即报警并标识，从而实现了探伤作业自动化。

3.会议论文付贵敏SCADA系统在长输管道自控系统中的应用2003
监控及数据采集系统一简称scADA系统（SUPERVIS0RY CONIROLAND DATA AC-QUlSITI0N），由中心控制系统和远程终端装置RTU（REMOTETERMINAL UNIT）组成，采用卫星、微波、光纤等最新通讯技术进行数据传输，在中心控制系统计算机上能够实时连续采集各远端RIU的数据，并能提供远程控制能力，远程监控距离可从几公里到几千公里。

RTU是一种以微处理机为基础的检测和控制装置，它以模拟和数字的输入/输出与现场的仪表设备相连，完成就地的自动检测和控制。

4.期刊论文陈亮.阙沛文.黄作英.CHEN Liang.QUE Pei-wen.HUANG Zuo-ying两级自适应滤波在输油管道漏磁检测
中的应用-化工自动化及仪表2005,32(4)
介绍一种两级自适应滤波算法对漏磁信号进行降噪的实现.第一级滑动离散余弦变换能够以高计算效率实现,将输入信号变换为一个由互不相关变量组成的对应信号.第二级将变换后的输入信号用做最小均方自适应滤波算法的输入.将算法应用于管道漏磁检测系统中,实验结果表明该算法在漏磁信号的处理中能取得较好的降噪效果.
5.期刊论文陈亮.阙沛文.李亮.黄作英.CHEN Liang.QUE Pei-wen.LI Liang.HUANG Zuo-ying输油管道漏磁检测信
号自适应滤波的研究-石油大学学报（自然科学版）2005,29(4)
在采用漏磁法对输油管道进行无损检测过程中,信号会受到各种噪声的干扰.介绍了输油管道漏磁检测方法及归一化最小均方自适应滤波方法.通过实验装置采集了含有噪声的漏磁信号.由于各传感器提离值不能保证一致,对信号进行了补偿调整.将一路的传感器输出信号作为主输入信号,与之相邻的传感器输出信号作为参考信号,采用归一化自适应滤波对主输入信号进行处理.结果表明,采用归一化最小均方自适应滤波方法可使缺陷漏磁信号的信噪比得
到显著的提高.
6.期刊论文黄淑琼.阙沛文.黄作英.Huang Shuqiong.Que Peiwen.Huang Zuoying基于ARM的输油管道漏磁检测实
验平台的研制-计算机测量与控制2009,17(4)
为了分析出在海底输油管道中采集到的管道缺陷数据与管道缺陷类型之间存在的对应关系,研制了一套分析管道缺陷类型的评估试验平台;该平台基于漏磁检测原理,运用ARM处理器和μC/OS-Ⅱ系统为核心,将漏磁探头传感器检测到的大量管道数据经过ARM模块预处理后存储到IDE硬盘.同时通过设计的USB接口将预处理后的数据上传到PC机,采用相应的软件对数据进行分析评估得到不同类型缺陷的信息.经过不断的研究和修改使实验平台的功能得以实现并成功进行数据的采集和分析,该实验平台为实际工程中输油管道的缺陷检测提供理论依据和现实意义.
7.期刊论文周林.阙沛文海底输油管道缺陷漏磁检测信号采集与处理系统的设计-计算机测量与控制2004,12(2) 基于漏磁检测原理,以高性能数字信号处理器为核心,设计了一种海底输油管道缺陷漏磁检测信号采集与处理系统,具有检测速度快,精度高等特点.介绍了系统的硬件组成和软件流程,高速A/D转换器和DSP、PCI总线的应用.设计的系统能够实现缺陷的定位检测, 精度达到了设计要求.
8.学位论文王军伟海底输油管道超声在线检测数据采集及处理系统的研制2004
目前国内在海底管道自动检测领域中技术水平还比较低，尚没有有效的检测设备。

作为国家海洋“863”重大项目的子课题，检测系统的信号采集和处理是其中一项非常关键的技术。

在超声测厚基本理论的基础之上，本文跟踪了国内外最新检测技术的发展,提出了基于超声波的高速数据采集和处理系统的设计方案。

该系统以DSP处理器为核心,采用DSP、CPLD相结合的结构，并采用了目前比较先进的PCI高速接口技术，可以很好地满足管道检测的实际要求。

根据超声波的自身特点和实际测试过程中所要满足的性能指标，本文详细讨论了系统的参数选择和硬件模块的具体实现过程，并给出了软件设计方法。

在超声信号处理方面，首先对可能引入的干扰噪声进行特性分析，并以此为基础，有针对性地提出了叠加法和分离谱技术相结合的数字滤波方法，并用系统实际所获得的测量数据进行了验证，给出了仿真结果。

9.期刊论文IPv6路由器 消除中央供热系统的噪音 纳米光催化汽车用空气净化器 全国黄金周假日旅游预报系统
烤烟烟叶自动检测与计算机辅助分级系统 药物及药物中间体的合成技术 输油管道泄漏监测系统 高浓度有机废水的厌氧生物处理技术 企业产品数据管理解决方案-中国科技产业2004,""(2)
10.期刊论文周鹏.王明时.陈书旺.葛家怡.赵欣.孙红霞.ZHOU Peng.WANG Ming-shi.CHEN Shu-wang.GE Jia-yi.
ZHAO Xin.SUN Hong-xia基于红外图像处理的埋地石油管道自动探测技术-天津大学学报2007,40(1)
埋地石油管道的辅助巡线以及对偷油支管的快速定位与排查是目前油田亟待解决的问题.为此,根据输油管道加温后辐射红外能量的特点,提出了应用红外热成像技术探测埋地输油管道的方法.介绍了基于非制冷红外焦平面阵列的,具有便携、实时成像特点的红外管道探测仪的硬件设计;在对原始红外图像进行去噪和增强的基础上,采用基于最大类内距离比准则的递归带通分割法对输油管道的红外图像进行自动阈值分割,并结合Freeman直线链码方法对细化后的图像进行骨架跟踪处理,提取管道主干,标记管道走向并定位偷油支管分支.实验证明,本算法自适应性好,执行效率高,管道定位准确,实现了埋地输油管道的自动检测.
1.吴文瑾3S技术在地下管线探测与管理中的应用[期刊论文]-管道技术与设备 2009(3)
2.陈婧.姚培芬.梁法春.曹学文红外成像技术在储罐液位检测中的应用[期刊论文]-内蒙古石油化工 2008(6)
本文链接：/Periodical_syxb200605027.aspx
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