使用多點分析在人口稠密地區(qū)中進行氣體泄漏檢測和定位的方法
【專利說明】使用多點分析在人口稠密地區(qū)中進行氣體泄漏檢測和定位 的方法 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明涉及氣體泄漏檢測。
【背景技術】
[0002] 氣體泄漏檢測是重要的實際問題。在許多情況下，需要在大區(qū)域上迅速地搜索氣 體泄漏。已經考慮過的用于此類應用的一種方法是在移動的車輛上安裝氣體泄漏檢測儀 器，例如在US3, 107, 517、US3, 444, 721和US4, 164, 138中已考慮的那樣。然而，用于移動 氣體泄漏檢測的常規(guī)方法存在嚴重不足。典型地，這些不足包括以下的一項或多項：1)難 以將泄漏與背景進行區(qū)分；2)難以將被測氣體的泄漏與其它可能的來源進行區(qū)分；以及3) 缺乏至泄漏源的估計距離。
[0003] 因此，克服這些困難將會是本領域的進步。

【發(fā)明內容】

[0004] 本方法以如下方式減輕了這些困難?？蓤?zhí)行自動水平空間尺度分析以將被測氣體 的泄漏與背景水平區(qū)分開。通過使用同位素比和/或化學示蹤劑來將被測氣體的氣體泄漏 與其它來源區(qū)分開，可提供源標識。多點測量與多點測量結果的空間分析的結合可提供泄 漏源距離估計。可以單獨地或以任何組合來實施這些方法。
【附圖說明】
[0005] 圖la-b示意性地示出根據本發(fā)明的諸個實施例的水平分析。
[0006] 圖2示意性地示出適用于本發(fā)明的諸個實施例的示例性光學吸收儀器。
[0007] 圖3a_b示出來自本發(fā)明的實施例同位素分析結果。
[0008] 圖4示出適合關于同位素比測量而使用的氣體處理方法。
[0009] 圖5a-c示意性地示出根據本發(fā)明的諸個實施例的多點測量。
[0010] 圖6a-c示意性地示出適用于多點測量的一些氣體處理方法。
[0011] 圖7示出關于本發(fā)明的諸個實施例的示例性用戶界面顯示。
【具體實施方式】
[0012] 將氣體泄漏定義為在環(huán)境中存在高于背景濃度的氣體的任何情形是方便的。所定 義的氣體泄漏包括但不限于：來自氣體管道或輸送系統的泄漏（例如天然氣泄漏）、來自氣 體處理或操作設施的泄漏、以及從氣體源向環(huán)境中的排放（例如污染、來自垃圾填埋地的 氣體排放、等等）。
[0013] 氣體煙羽模型是將氣體濃度與空間中的位置相關聯的任何數學模型。
[0014] A)水平分析
[0015] A1)原理
[0016] 圖la-b示出根據本發(fā)明的諸個實施例的水平空間尺度分析的示例。移動平臺102 沿著至少一個平臺軌道106前進。平臺102可以是任何車輛，諸如小汽車、卡車、廂型車或自 行車。平臺102還可以是能夠運輸氣體測量儀器的任何其它移動實體，諸如人、馱畜等等。 平臺軌道106設置在一個或多個可能的氣體泄漏位置（例如108a、108b)附近。為簡單起 見，平臺軌道被示為單個直線段，但實際上平臺軌道可以是曲線和直線段的任何組合。在本 示例中，位置108a處的泄漏排放氣體煙羽110,該氣體煙羽與平臺軌道106相交。氣體測 量儀器104設置在該平臺上。本發(fā)明的實施并非必須依賴于儀器104的氣體入口的諸個細 節(jié)。一種實現是將該入口放置于平臺的前方并按實際情況盡量接近地平面，其中該入口具 有橫跨平臺寬度的一個或多個分立的入口端口（或散布型入口）。利用儀器104執(zhí)行一個 或多個主要氣體濃度測量。
[0017] 典型地，將這些主要氣體濃度測量原始地記錄為相對于時間的濃度。將相對于時 間的平臺位置數據（例如利用全球定位系統（GPS))與相對于時間的濃度數據組合，以提供 圖lb上示意性示出的相對于位置的濃度數據。在此示出了峰112和背景水平114。
[0018] 相對于位置的濃度數據的可獲得性使自動水平空間尺度分析得以實現，自動水平 空間尺度分析可用于將氣體泄漏與背景氣體水平區(qū)分開。一般地，水平空間尺度分析包括 利用相對于平臺位置的濃度數據進行氣體泄漏檢測的任何分析方法。以下給出詳細示例。 應注意，簡單的閾值操作（即，如果測得濃度大于X則報告泄漏，且如果測得濃度小于X則 不報告泄漏，其中X是一些預定的閾值）不是水平空間尺度分析的示例，因為它沒有利用相 對于位置的濃度數據。可將自動水平空間尺度分析的諸個結果報告給最終用戶。以下描述 此類報告的各種方法。一種可能是提供是否存在泄漏的二選一的是/否指示。
[0019] 水平空間尺度分析依賴于如下事實：當平臺移動時，由于排放煙羽的較大空間范 圍，附近點的來源隨著變化的位置迅速變化，而遠處的來源緩慢地變化。換言之，所產生的 濃度中的僅僅幾米寬的狹窄尖峰非常接近平臺。在泄漏標識過程中，該狹窄空間范圍被用 于偏置附近的來源。存在用于執(zhí)行水平空間尺度分析的若干可能的算法，包括但不限于：
[0020] 尋峰和寬度分析一一可利用標準峰定位方法來分析該數據，然后可接著（利用線 性或非線性優(yōu)化）擬合每個標識出的峰以查明中心和寬度。用于該擬合步驟的函數形式可 以是高斯脈沖（高斯函數是由穿過大氣傳播的煙羽呈現的預期函數形式），或高斯函數與 系統響應的卷積（典型地是與指數尾部進行卷積的窄高斯函數）。
[0021] 空間峰小波分析一一該算法使用特殊模型基函數（與整個點一源系統響應函數的 離散二階導數相關），該函數通過其寬度或空間范圍來參數化。將該基函數集合與測量數據 進行卷積。輸出小波分析既給出水平位置又給出有效寬度，水平位置和有效寬度可經由氣 體煙羽模型與從測量到排放源的距離相關聯。優(yōu)選地，自動水平空間尺度分析響應于從約 lm到約50m的檢測范圍中的氣體濃度峰半寬，并且基本不響應于該檢測范圍之外的氣體濃 度峰半寬。該空間選擇性有助于將氣體泄漏與背景氣體濃度的變化區(qū)分開。例如，氣體背 景濃度可以顯著變化（例如相差2倍或更多倍），但該變化傾向于在比上述檢測范圍大許多 的空間長度尺度上出現。還應注意，背景濃度中的這種大變化嚴重干擾用于尋找氣體泄漏 的簡單閾值操作。
[0022] 優(yōu)選地，主氣體濃度測量被迅速地執(zhí)行（例如以0. 2Hz或更高的速率，更優(yōu)選以 1Hz或更高的速率）。這可實現如下概念：以正常的地面道路速度（例如每小時35英里） 駕駛車載平臺，同時積累有用的相對于位置的濃度數據。如果氣體濃度測量太慢，則將不盡 人意地降低該數據的空間分辨率。優(yōu)選地，至少與主氣體濃度測量一樣迅速地執(zhí)行平臺位 置測量。
[0023] 主濃度測量的其它重要屬性包括：
[0024] 1)對于該方法所針對的所有泄漏，主氣體測量分析物應當存在顯著量。
[0025] 2)進行這些測量的環(huán)境（例如市區(qū)）中的該分析物的典型背景水平應當充分低， 使得來自目標泄漏的濃度改變能與10-300米處的局部背景信號清楚地區(qū)分開。
[0026] 3)對于天然氣，甲烷是最富含的組分，但對于主濃度測量而言，其它碳氫化合物或 其它品類（硫化氫或其它著嗅劑）是可行的分析物。
[0027] 本發(fā)明不是必須依賴于所采用的氣體檢測技術?？蓪⑷魏文軌蛱峁┭杆俑櫄怏w 濃度測量的氣體檢測方法用于主氣體濃度測量。圖2上示意性地示出了一種合適的氣體檢 測方法。在此，主氣體濃度測量是在移動平臺中的儀器中設置的光學諧振腔中進行的光吸 收測量。更具體地，圖2示出了能夠保持氣體樣本以供分析的吸收池202。吸收池202包括 由鏡204、206和208限定的光學腔。該示例示出環(huán)形腔，該腔具有單向腔模208,該單向腔 模208圍繞該腔順時鐘傳播?？刹捎萌魏纹渌闹C振腔幾何結構。通過將輸出光212與輸 入光210作比較，可測量腔吸收。替代地，通過測量從該腔排放的光輻射的衰減率（即腔衰 蕩