化學(xué)羽狀流的自主檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)和方法。在自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法中，至少在被選擇以由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光波長(zhǎng)處從檢測(cè)照相機(jī)獲得多個(gè)圖像。分析多個(gè)圖像，以鑒別連續(xù)圖像之間確定性特征的變化、統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的變化或兩者。至少部分基于所述變化識(shí)別化學(xué)羽狀流。
【專利說明】化學(xué)羽狀流的自主檢測(cè)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/467,816——2011年3月25日提交，發(fā)明名稱為 Apparatus and Systems for Identifying Hydrocarbon Gas Emissions and MethodsRelated Thereto (鑒別烴氣體排放物的設(shè)備和系統(tǒng)以及與其相關(guān)的方法)——和美國(guó)臨
時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/509，909-2011年7月20日提交，發(fā)明名稱為Autonomous Detection
for Chemical Plumes (化學(xué)羽狀流的自主檢測(cè))-的優(yōu)先權(quán)，其通過引用以其整體并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明技術(shù)涉及鑒別化學(xué)排放物的設(shè)備和系統(tǒng)。更具體而言，本公開內(nèi)容涉及自控設(shè)備和系統(tǒng)，其掃描和鑒別設(shè)施中的化學(xué)排放物。
_4] 發(fā)明背景
[0005]本部分意圖介紹本領(lǐng)域的各個(gè)方面，其可與本發(fā)明技術(shù)的示例性實(shí)施方式相關(guān)。相信該論述有助于提供架構(gòu)，以促進(jìn)更好地理解本發(fā)明技術(shù)的具體方面。因此，應(yīng)該理解，本部分應(yīng)該從這個(gè)角度閱讀，而不一定作為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
[0006]烴的應(yīng)用是當(dāng)前文明的一個(gè)基本方面。用于生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和應(yīng)用烴的設(shè)施持續(xù)在世界各地被建立。這些工廠的效率變得越來越重要，因?yàn)榧词馆^小的烴損失也會(huì)增加成本或給監(jiān)管機(jī)構(gòu)造成問題。
[0007]烴可在出售前損失或被應(yīng)用，這是由于工藝限制、導(dǎo)致燃燒的工藝干擾、泄露、以及部分烴用于為工藝供應(yīng)燃料。雖然這些問題中的大部分可通過設(shè)計(jì)被直接改善，但泄露可提供挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兛砂l(fā)生于任何數(shù)量的不同工藝裝置類型上。例如，泄露可源于管子凸緣、閥、閥桿、取樣系統(tǒng)和任何數(shù)量的其它位置。隨著裝置的使用和老化，泄露變得越來越有可能。
[0008]工廠狀況在它們形成時(shí)可增加泄露的可能性或加劇泄露。例如，用于產(chǎn)生液化天然氣(LNG)的工廠利用高壓和低溫，其均可增加泄露的可能性。世界上LNG液化工廠的數(shù)目正在迅速地增長(zhǎng)。隨著這些工廠老化，產(chǎn)生烴泄露的可能性越來越大。
[0009]早期檢測(cè)和泄露補(bǔ)救可用于防止任意數(shù)目的問題，諸如成本增加和監(jiān)管問題。泄露可由操作員檢測(cè)，例如通過看到釋放、聞到烴或聽到由釋放導(dǎo)致的噪音。然而，大部分烴蒸氣是裸眼(例如，對(duì)于人的目視檢查)不可見的。而且，在工廠中常常存在高水平的裝置擁塞，這會(huì)使泄漏點(diǎn)處于另一件裝置的后面。另外，烴可具有極少氣味，因而通過嗅覺可能檢測(cè)不到。通過聲音檢測(cè)小的泄露是不可能的，因?yàn)榉浅８咚降沫h(huán)境噪音使泄露不太可能被聽到。
[0010]泄露檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)被安裝于許多烴設(shè)施中。這些系統(tǒng)可包括可燃?xì)怏w檢測(cè)器，其監(jiān)測(cè)具體位置處烴蒸氣的濃度或爆炸下限(LEL)，提供區(qū)域中某一點(diǎn)處烴水平的測(cè)量。然后，點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)的陣列可用于追蹤該區(qū)域中的蒸氣釋放。然而，點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)可能檢測(cè)不到小的釋放——諸如來自小的泄露或新泄露、烴的釋放量等。[0011]其它泄露檢測(cè)系統(tǒng)已被用于檢測(cè)穿過工廠環(huán)境的管線中的烴，例如，通過引導(dǎo)區(qū)域一個(gè)邊緣處的光源朝向區(qū)域另一邊緣處的光譜檢測(cè)器。雖然這樣的系統(tǒng)可用于監(jiān)測(cè)對(duì)監(jiān)管問題的依從性，但它們不一定鑒別沿著管線的釋放位置。而且，它們可能根本檢測(cè)不到小的釋放，理由與點(diǎn)檢測(cè)器一樣，例如烴可能太稀而不能檢測(cè)，或者可能被風(fēng)吹離檢測(cè)管線。
[0012]因此，根據(jù)泄露的位置和相對(duì)于常規(guī)氣體檢測(cè)器的氣體釋放方向，在一定的時(shí)間內(nèi)可能維持檢測(cè)不到泄露。這可使得蒸氣云產(chǎn)生，引起工廠環(huán)境中的問題。
[0013]已經(jīng)發(fā)展了系統(tǒng)，以利用可直接顯示烴羽狀流圖像的高光譜照相機(jī)通過成像區(qū)域檢測(cè)釋放。例如，Hackwell, J.A.等，“LWIR/MWIR Hyperspectral Sensor for Airborneand Ground-based Remote Sensing,，，Proceedings of the SPIE, Imaging SpectroscopyII，M.R.Descour, and J.M.Mooney, Eds.，Vol.2819，pp.102-107 (1996)，其公開了紅外線成像攝譜儀，其首次在1995年10月被用作空中傳感器。該儀器被命名為空間上增強(qiáng)的寬帶陣列攝譜儀系統(tǒng)(SEBASS)。SEBASS系統(tǒng)意圖探索高光譜紅外線傳感器在遠(yuǎn)距離鑒別常常用于提供化學(xué)指紋的2至14微米光譜區(qū)中的固體、液體、氣體和化學(xué)蒸氣中的有用性。該儀器是現(xiàn)有非成像攝譜儀的延伸，所述現(xiàn)有非成像攝譜儀應(yīng)用兩個(gè)球面棱鏡在2.0和5.2微米之間和7.8和13.4微米之間(LWIR)發(fā)現(xiàn)的大氣透射窗中同時(shí)操作。SEBASS系統(tǒng)在1996年三月用于基于塔的收集(tower-based collection)。
[0014]SEBASS系統(tǒng)允許在環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)諸如羽狀流的成像和鑒別。然而，其不用于自主鑒別化學(xué)釋放。在沒有自主監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的情況下，圖像必需由人進(jìn)行手動(dòng)檢查，使得快速鑒別存在問題。而且，系統(tǒng)本身的復(fù)雜性會(huì)使連續(xù)自主應(yīng)用存在問題。
[0015]在名稱為“TheThird Generation LDAR(LDAR3)Lower Fugitive Emissionsat a Lower Cost”(介紹于國(guó)家石化與煉油協(xié)會(huì)2006年環(huán)境會(huì)議(2006EnvironmentalConference of the National Petrochemical&Refiners Association),2006年9月 18-19日)，Zeng等的介紹中，公開了用于泄露鑒別的自控系統(tǒng)，其應(yīng)用照相機(jī)鑒別工廠中特定區(qū)域中的泄露。任何泄露均可由處理紅外線(IR)視頻圖像的軟件自主識(shí)別。在圖像中，背景和噪音干擾被最小化，并且揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)羽狀流有可能利用算法被分離?；诒容^許多排列的幀的瞬時(shí)快速傅立葉變換(FFT)計(jì)算，算法確定圖像是否包含化學(xué)羽狀流。由于在大氣中的閃爍特性，化學(xué)羽狀流可產(chǎn)生高頻率，在處理后的圖像中產(chǎn)生高密度像素。羽狀流指數(shù)(PI)基于處理后的VOC羽狀流圖像中像素的數(shù)目和密度而計(jì)算。如果PI大于實(shí)驗(yàn)上確定的閾值，則可觸發(fā)操作(action)，諸如警報(bào)或視頻捕獲，用于確認(rèn)。
[0016]雖然LDAR3系統(tǒng)描述了應(yīng)用頻率域來排列視頻圖像和去除照相機(jī)抖動(dòng)的方法，但其并未解決復(fù)雜的干擾，諸如移動(dòng)裝置、人、車輛或蒸汽，其可導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)。因此，需要更精確的羽狀流鑒別技術(shù)。
[0017]發(fā)明概沭
[0018]本文所述實(shí)施方式提供自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括照相機(jī)，其能夠至少在由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁(EM)輻射的波長(zhǎng)處產(chǎn)生圖像，和分析系統(tǒng)，其被配置成分析來自照相機(jī)的一系列圖像。分析系統(tǒng)包括處理器；和非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器執(zhí)行功能。功能包括鑒別圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征、與在接近的時(shí)間收集的另一圖像比較多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率性特征或兩者和確定比較圖像之間的變化是否代表化學(xué)羽狀流。[0019]本文所述另一實(shí)施方式提供自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法。方法包括至少在選擇以被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光的波長(zhǎng)處從照相機(jī)獲得許多圖像。分析圖像，以鑒別連續(xù)圖像之間確定性特征的變化、概率性特征的變化或兩者；和至少部分基于變化識(shí)別化學(xué)羽狀流。
附圖簡(jiǎn)介
[0020]通過參考以下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)勢(shì)被更好地理解，在所述附圖中:
[0021]圖1是本文所述自主氣體檢測(cè)和響應(yīng)方案的示意圖；
[0022]圖2是泄漏點(diǎn)的IR圖像的圖，其顯示已經(jīng)在環(huán)境中形成的化學(xué)羽狀流；
[0023]圖3是在實(shí)施方式中可用于鑒別羽狀流的自主檢測(cè)系統(tǒng)的方塊圖；
[0024]圖4是在實(shí)施方式中可用于檢測(cè)羽狀流的方法的方塊圖；
[0025]圖5是可用于實(shí)施方式中的羽狀流檢測(cè)方法；和
[0026]圖6是用于控制自主檢測(cè)系統(tǒng)——諸如圖3中所述——的方法的方塊圖。
[0027]詳細(xì)描沭
[0028]在下面詳細(xì)描述部分中，描述了本發(fā)明技術(shù)的【具體實(shí)施方式】。然而，就以下描述是針對(duì)本發(fā)明技術(shù)的【具體實(shí)施方式】或具體應(yīng)用而言，這意圖是僅以示例為目的和僅僅提供對(duì)示例性實(shí)施方式的描述。因此，技術(shù)不限于下面描述的【具體實(shí)施方式】，相反，其包括屬于所附權(quán)利要求的實(shí)際精神和范圍內(nèi)的所有替代方案、改變和等同物。
[0029]首先，為了方便指代，提出本申請(qǐng)中應(yīng)用的某些術(shù)語以及其在該上下文中應(yīng)用的含義。在本文所用術(shù)語未在下文中限定的情況下，其應(yīng)該被給予相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)給予該術(shù)語的最寬泛的定義，如在至少一個(gè)印刷出版物或授權(quán)專利中所反映的。而且，本發(fā)明技術(shù)不受下面所示術(shù)語的應(yīng)用的限制，因?yàn)橛糜谙嗤蝾愃颇康牡乃械韧?、同義詞、新發(fā)展和術(shù)語或技術(shù)均被認(rèn)為在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0030]如本文中所使用的，“照相機(jī)”是可在各種光譜域，包括但不限于可見光、紅外線和紫外線中，獲得一系列二維圖像或幀(諸如視頻)的裝置。在一實(shí)施方式中，照相機(jī)形成紅外線光譜中區(qū)域諸如約2至14微米之間的二維圖像。在另一實(shí)例中，照相機(jī)形成紫外線光譜中區(qū)域諸如約350nm至400nm之間的二維圖像。任意數(shù)目的其它照相機(jī)均可用于本發(fā)明系統(tǒng)中，這取決于期望的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)可基于可從設(shè)施中的泄露釋放的可能的化學(xué)種類而被選擇。
[0031]“化學(xué)種類”是可在泄露中作為蒸氣或作為液體而釋放的任何化合物?？衫帽疚乃鱿到y(tǒng)和技術(shù)檢測(cè)的化學(xué)種類的實(shí)例包括烴和其它化學(xué)種類?？蓹z測(cè)的化學(xué)種類包括但不限于在LNG工廠或其它設(shè)施中的云中釋放的烴蒸氣或在水體頂部形成浮油的油?？杀粰z測(cè)的非烴種類包括但不限于作為蒸氣在煉油廠中釋放的氟化氫氣體、作為蒸氣在水處理工廠中釋放的氯或任意數(shù)目的其它液體或氣體?；瘜W(xué)種類也可被有意添加到處理流中，以增強(qiáng)利用本文所述技術(shù)對(duì)羽狀流的檢測(cè)。
[0032]“電磁輻射”或M輻射包括來自來源的攜帶能量的電磁波或光子。EM輻射常常通過其與物質(zhì)的相互作用被分類成光譜范圍。如本文中所使用的，可見光或可見光譜包括可由人眼檢測(cè)的光，例如從大約400nm至大約700nm。紫外(UV)光或UV光譜包括波長(zhǎng)在大約190nm至大約400nm的光。在UV和可見光譜范圍中，化學(xué)物質(zhì)可通過電子躍遷吸收能量，其中電子從較低軌道被推進(jìn)到較高軌道。紅外(IR)光或IR光譜包括波長(zhǎng)比可見光譜長(zhǎng)但通常低于微波區(qū)域的光。例如，IR光譜可包括波長(zhǎng)在約0.7和14μπι長(zhǎng)度之間的光。在大約?ομπι至大約14μπι(遠(yuǎn)IR)處該連續(xù)區(qū)的較長(zhǎng)波長(zhǎng)端處，化學(xué)物質(zhì)可通過旋轉(zhuǎn)躍遷吸收能量。在大約2.5μπι至大約ΙΟμπι(中紅外線)的中間波長(zhǎng)范圍處，化學(xué)物質(zhì)可通過振動(dòng)躍遷吸收能量。在大約0.7μπι至2.5μπι(近-1R)的波長(zhǎng)范圍較低端處，化學(xué)物質(zhì)可通過振動(dòng)躍遷和通過與可見光和UV光類似的過程，例如通過電子躍遷，吸收能量。利用相對(duì)簡(jiǎn)單的檢測(cè)器諸如電荷偶聯(lián)裝置(CCD)，照相機(jī)圖像可在可見光譜、IR光譜或UV光譜中由電磁輻射形成。
[0033]如本文中所使用的，“設(shè)施”是切實(shí)的(有形的)物理裝置，通過該裝置，烴流體從油藏中產(chǎn)生、被注入到油藏中、被加工或運(yùn)輸。在其最廣泛的意義上，術(shù)語設(shè)施適用于可沿油藏與其輸送出口之間的流動(dòng)路徑存在的任意裝置。設(shè)施可包括生產(chǎn)井、注入井、井管、井口裝置、集油管線、總管、泵、壓縮機(jī)、分離器、表面流動(dòng)管線、蒸汽產(chǎn)生工廠、加工工廠和輸送出口。設(shè)施的實(shí)例包括油田、聚合工廠、煉油廠、LNG工廠、LNG油輪和再氣化工廠，除了其它的以外。
[0034]“烴”是有機(jī)化合物，主要包括元素氫和碳，盡管氮、硫、氧、金屬或任意數(shù)目的其它元素也可以少量存在。如本文中所使用的，烴通常指在天然氣、油或化學(xué)加工設(shè)施諸如煉油廠或化學(xué)工廠中發(fā)現(xiàn)的成分。
[0035]如本文中所使用的，術(shù)語〃天然氣〃指獲自原油井(伴生氣)和/或獲自地下含氣地層(非伴生氣)的多成分氣體。天然氣的組成和壓力可顯著變化。典型的天然氣流含有甲烷(CH4)作為主要成分，即，大于50mol%的天然氣流是甲烷。天然氣流還可含有乙烷(C2H6)、較高分子量的烴(例如,C3-C2tl烴)、一種或多種酸性氣體(例如，硫化氫)或其任意組合。天然氣還可含有較小量的污染物，諸如水、氮?dú)?、硫化鐵、蠟、原油或其任意組合。
[0036]當(dāng)涉及物質(zhì)的數(shù)量或含量或其具體特性使用時(shí)，“基本上”是指足以提供該物質(zhì)或特性意圖提供的作用的量。 在一些情況中，可允許的確切偏差程度取決于具體上下文。
[0037]概述
[0038]本文提供了設(shè)備和方法，用于利用一系列圖像自主鑒別空氣中或水面上的化學(xué)羽狀流。技術(shù)利用軟件算法來分析該系列圖像，以區(qū)分化學(xué)羽狀流與場(chǎng)景(scene)中的其它特征，從而降低錯(cuò)誤報(bào)警的可能性。軟件算法區(qū)分烴蒸氣與其它周圍環(huán)境因子，諸如水流、蒸汽羽狀流、爐排氣(furnace off gas)、車輛、人、野生動(dòng)植物等?；瘜W(xué)羽狀流可由確定性特征、統(tǒng)計(jì)學(xué)特征和輔助特征或其任意組合來鑒別。圖像可以是灰度圖像，其中應(yīng)用對(duì)比度差異來鑒別特征。
[0039]如本文中所使用的，確定性特征包括化學(xué)羽狀流的各種特征，諸如幾何特征，例如化學(xué)羽狀流的尺寸和形狀等，和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，諸如運(yùn)動(dòng)約束等。統(tǒng)計(jì)學(xué)特征包括聯(lián)合的時(shí)間特征，諸如一幀中化學(xué)羽狀流圖像與前幀中化學(xué)羽狀流圖像重疊。輔助特征包括特征諸如化學(xué)羽狀流運(yùn)動(dòng)與預(yù)期風(fēng)向的比較、與工廠可見視頻圖像的比較等。
[0040]本文所述技術(shù)可提高烴工廠中化學(xué)羽狀流的檢測(cè)，這可有助于降低在延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)泄露仍未被檢測(cè)到的可能性。在一些實(shí)施方式中，應(yīng)用紅外線成像照相機(jī)，因?yàn)樵S多烴種類在IR光譜內(nèi)的波長(zhǎng)處吸收。
[0041]在一些實(shí)施方式中，照相機(jī)被安裝在頭部(poll)上，并可在系統(tǒng)的控制下移動(dòng)，諸如搖攝和傾斜。若干照相機(jī)可圍繞工廠外周被布置，以得到對(duì)設(shè)施100%的覆蓋。該自主檢測(cè)系統(tǒng)可提供在連續(xù)基礎(chǔ)上執(zhí)行的工廠監(jiān)控。在一些實(shí)施方式中，可保持低的整體系統(tǒng)成本，同時(shí)保持低的錯(cuò)誤報(bào)警率并仍能檢測(cè)小的或早期的烴泄露，例如，在環(huán)境條件下150米距離處具有大約20%LEL的羽狀流。
[0042]檢測(cè)系統(tǒng)可用于存在烴或其它可檢測(cè)化學(xué)種類的任意設(shè)施。這樣的設(shè)施的實(shí)例包括LNG工廠、油和氣井口操作、海上平臺(tái)、運(yùn)輸管道、船、卡車、煉油廠和化學(xué)工廠。如所述，化學(xué)羽狀流可以是水面上的烴或浮油，諸如海上平臺(tái)、油輪、卸油平臺(tái)等周圍的水面。
[0043]圖1是本文所述自主氣體檢測(cè)和響應(yīng)方案的示意圖100。如示意圖100中所示,設(shè)施102包括含有化學(xué)種類諸如烴的裝置104。照相機(jī)106被引導(dǎo)監(jiān)測(cè)設(shè)施的區(qū)域107和產(chǎn)生圖像108，例如，在IR光譜中使區(qū)域107成像。
[0044]在該實(shí)例中，區(qū)域107的圖像108顯示存在泄露110，釋放化學(xué)羽狀流112。圖像108可用于手動(dòng)確定泄露的存在，但由于監(jiān)測(cè)操作員離開監(jiān)測(cè)器、注意其它事務(wù)等，這可能錯(cuò)過泄露。相反，本文所述化學(xué)羽狀流檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)一系列圖像114。隨化學(xué)羽狀流114變成新的構(gòu)型或形狀116，系統(tǒng)通過利用連續(xù)圖像108和114之間的多個(gè)比較可鑒別和定位泄露110，如針對(duì)下面圖5所述。如果未對(duì)化學(xué)羽狀流做出陽性鑒別，如模塊118中所示，則系統(tǒng)可繼續(xù)收集圖像108和114。
[0045]如果對(duì)泄露110和化學(xué)羽狀流112做出了陽性鑒別，則系統(tǒng)可定位泄露和激活警報(bào)120，警告操作員派遣響應(yīng)小組122至泄露110的地點(diǎn)124。響應(yīng)小組122可確認(rèn)泄露110的存在并執(zhí)行修理。在一些實(shí)施方式中，烴泄露可顯示為假彩色圖像，以便操作員更容易分析。而且，照相機(jī)106可具有縮放能力，以在進(jìn)行泄露檢查時(shí)以手動(dòng)模式協(xié)助操作員。
[0046]系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)測(cè)區(qū)域107，如箭頭126所示。連續(xù)監(jiān)測(cè)可使系統(tǒng)每天24小時(shí)、每周7天和每年365天可用，即，具有最小停歇時(shí)間。停歇時(shí)間可主要是由于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)維護(hù)，并可通過冗余得到補(bǔ)償，例如，將其它照相機(jī)引導(dǎo)到照相機(jī)正在保養(yǎng)的區(qū)域。
[0047]在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可被配置成在寬溫度范圍內(nèi)工作，所述寬溫度范圍包括寒冷和溫暖的溫度，諸如酷熱的熱帶沙漠環(huán)境或寒冷的北極環(huán)境。而且，系統(tǒng)可適于在白天或夜晚和在大約負(fù)10°c至50°C范圍的溫度下工作。系統(tǒng)還可被配置成在其它環(huán)境干擾下操作，諸如在霧、雨或沙暴中。在各個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)可檢測(cè)烴，諸如甲烷、乙烷或丙烷等。系統(tǒng)還可被配置成檢測(cè)其它可以成像的化學(xué)種類。
[0048]照相機(jī)106可安裝在桿上，并且，如所述，具有自主搖攝和傾斜能力以及360度覆蓋。在一些實(shí)施方式中，照相機(jī)106可能夠在自動(dòng)和手動(dòng)模式下被操作。因此，在報(bào)警的情況下，操作員可能夠控制照相機(jī)，以進(jìn)一步進(jìn)行觀察。
[0049]圖2是泄漏點(diǎn)的IR圖像200的圖，其顯示已經(jīng)在環(huán)境中形成的化學(xué)羽狀流。圖200圖解利用本文所述技術(shù)在自主檢測(cè)系統(tǒng)中得以解決的一些問題。在IR圖像200中，較熱的對(duì)象顯示為較淺的區(qū)域，而較冷的對(duì)象顯示為較深的區(qū)域。因此，根據(jù)用于檢測(cè)的波長(zhǎng)，諸如工廠裝置202和人203的物體常常是較淺的區(qū)域或甚至是白色區(qū)域。通過比較，冷卻水管線204或水流206可以是較深的區(qū)域或甚至黑色區(qū)域。在該環(huán)境中，化學(xué)羽狀流208可從環(huán)境中吸收選定波長(zhǎng)的光，因而，是IR圖像200中的深色區(qū)域。根據(jù)化學(xué)種類的濃度，一些區(qū)域210可以較淺，而其它區(qū)域212可幾乎是透明的，例如隨著化學(xué)物質(zhì)在大氣中被稀釋。隨著化學(xué)羽狀流208移動(dòng)遠(yuǎn)離泄漏點(diǎn)214，其可在裝置216前面經(jīng)過，使裝置216部分地或完全地變暗。
[0050]IR圖像200顯示在檢測(cè)化學(xué)羽狀流208中固有的一些復(fù)雜性。隨著人203、卡車 和其它對(duì)象移動(dòng)經(jīng)過環(huán)境，它們可觸發(fā)錯(cuò)誤報(bào)警。而且，其它移動(dòng)對(duì)象，諸如水流206，對(duì)化 學(xué)羽狀流208可具有類似的吸收性質(zhì)，使得對(duì)這些對(duì)象的區(qū)分成為挑戰(zhàn)。
[0051]因此，當(dāng)前的技術(shù)在順序收集的圖像之間進(jìn)行多個(gè)比較，以確認(rèn)羽狀流的存在。 這些比較包括確定性特征，如幀之間羽狀流的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)等。例如，可應(yīng)用動(dòng)態(tài)紋理分 析，以鑒別可能的羽狀流。動(dòng)態(tài)紋理分析是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，其可用于在圖像區(qū)域中提取 特征。一系列圖像中的區(qū)域被處理為數(shù)據(jù)立方體，并且，統(tǒng)計(jì)模型被用于提取該數(shù)據(jù)立方 體的特征?？梢蕴崛〉奶卣靼ㄟ吔绲木鶆蛐?、濃度空間紋理(spatial texture from concentration)和紋理隨時(shí)間的發(fā)展等?？赡苡杏玫钠渌容^包括統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，其中羽狀 流運(yùn)動(dòng)模型被與當(dāng)前的羽狀流擬合，例如利用片段化圖像中區(qū)域的主成分分析?？梢姽庖?頻圖像可用于與IR圖像200的比較，例如以消除其它類型的羽狀流，諸如蒸汽羽狀流。
[0052]用于檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)
[0053]圖3是自主檢測(cè)系統(tǒng)300的方塊圖，其在實(shí)施方式中可用于鑒別羽狀流。自主檢 測(cè)系統(tǒng)300具有中央服務(wù)器302，其可執(zhí)行自主檢測(cè)系統(tǒng)300的處理。在一些實(shí)施方式中， 該功能可在多個(gè)服務(wù)器之間劃分，或者可以整合成分布式控制系統(tǒng)(DCS)等。在中央服務(wù) 器302中，處理器304連接至總線306，以訪問其它器件，諸如計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)308。處理器 304可以是單核處理器、多核處理器、處理器集群或云計(jì)算環(huán)境中的虛擬處理器。計(jì)算機(jī)可 讀介質(zhì)308可包括存儲(chǔ)器的任意組合，諸如只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可編程ROM、閃存和隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器(RAM)等。而且，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)308可包括用于長(zhǎng)期存儲(chǔ)代碼和結(jié)果的器件的任 意組合，所述器件包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、閃存驅(qū)動(dòng)器等。
[0054]中央服務(wù)器302可應(yīng)用與總線306相連的網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC) 310，以訪問用于提供 功能性給自主檢測(cè)系統(tǒng)300的檢測(cè)裝置312。用戶界面(n) 314可連接至總線306，以提供 輸入和輸出能力以及控制給用戶。例如，UI314可連接至一個(gè)或多個(gè)顯示器件316和輸入 器件318。UI314可以整合成DCS系統(tǒng)，提供工廠控制——除了對(duì)自主檢測(cè)系統(tǒng)300的控制 以外。中央服務(wù)器302還可包括連接至總線306的磁盤接口 320，以提供對(duì)用于長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)檔案322的訪問，所述數(shù)據(jù)諸如泄露事件和視頻。數(shù)據(jù)檔案322可包括任意數(shù)目 的存儲(chǔ)系統(tǒng)，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)陣列、網(wǎng)絡(luò)連接的存儲(chǔ)陣列或虛擬存儲(chǔ)陣列等。
[0055]計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)308可存儲(chǔ)用于提供功能性給自主檢測(cè)系統(tǒng)300的代碼。例如， 第一模塊324可存儲(chǔ)代碼，其被配置成引導(dǎo)處理器304檢測(cè)可與化學(xué)羽狀流相對(duì)應(yīng)的連續(xù) 圖像中的變化，諸如針對(duì)圖5論述的方法410。第二代碼模塊326可提供代碼，以識(shí)別羽狀 流和確認(rèn)連續(xù)圖像之間的變化是羽狀流，諸如針對(duì)圖4論述的方法400。第三模塊328可提 供管理功能，諸如控制自主檢測(cè)系統(tǒng)300中的照相機(jī)，諸如針對(duì)圖6論述的方法600。管理 代碼還可包括用于控制系統(tǒng)狀態(tài)、檢查日志文件、允許操作員控制照相機(jī)位置等的代碼。
[0056]在一些實(shí)施方式中，可以在中央服務(wù)器302的NIC310和裝置312之間實(shí)施各種數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換方法。例如，通向系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)332的通信線路330可以是有線的或無線的。而且，系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)332本身可以是無線的，并且，各獨(dú)立的裝置件均可單獨(dú)與中央服務(wù)器302在無線通信 線路330上通信。獨(dú)立的裝置件可以通過連接至電網(wǎng)而被提供動(dòng)力或可通過遠(yuǎn)程來源諸如 電池、太陽能板等提供動(dòng)力。[0057]任意數(shù)目的獨(dú)立的裝置件312可以組合，以實(shí)施自主檢測(cè)系統(tǒng)300的檢測(cè)功能。 例如，視頻編碼器334可接收來自檢測(cè)照相機(jī)336的輸入信號(hào)，所述檢測(cè)照相機(jī)336能夠使 化學(xué)種類諸如烴蒸氣在一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處諸如在紅外線光譜內(nèi)成像。視頻編碼器334可形 成數(shù)字化圖像并在通信線路330上將圖像發(fā)送回中央服務(wù)器302。來自在可見光譜中操作 的照相機(jī)338的信號(hào)也可被發(fā)送至視頻編碼器334，以傳輸回中央服務(wù)器302。在實(shí)施方式 中，紅外線光譜中的照相機(jī)336和可見光譜中的照相機(jī)338被安裝在一起并對(duì)齊，以形成環(huán) 境中區(qū)域的重疊圖像。在實(shí)施方式中，照相機(jī)336和338被分別安裝，但可被引導(dǎo)以形成環(huán) 境的重疊圖像。
[0058]照相機(jī)336和338可由照相機(jī)控制器340控制，照相機(jī)控制器340可允許照相機(jī) 縮放、聚焦和執(zhí)行其它功能，諸如校準(zhǔn)。照相機(jī)控制器340可與中央服務(wù)器302連通，其可 自主聚焦、縮放等。在實(shí)施方式中，手動(dòng)照相機(jī)控制342，例如在人機(jī)界面中，被用于控制照 相機(jī)336或338，例如利用操縱桿和小鍵盤。然后，手動(dòng)輸入可通過中央服務(wù)器302傳到照 相機(jī)控制器340。照相機(jī)336和338也可通過照相機(jī)控制器340而移動(dòng)，例如利用與照相機(jī) 336或338 —起安裝在保護(hù)套中的遙攝和傾斜機(jī)構(gòu)344。保護(hù)套可包括其它功能，諸如冷卻 功能、除霧功能等，其可利用照相機(jī)控制器340被手動(dòng)或自主激活。
[0059]自主檢測(cè)系統(tǒng)300不限于用于檢測(cè)的周圍環(huán)境能量。在一些實(shí)施方式中，光源346 可以用于照射環(huán)境。例如，IR激光器可以用于照射感興趣區(qū)域，以進(jìn)行泄露確認(rèn)。光源346 在羽狀流和背景之間的對(duì)比度可能不足以區(qū)分化學(xué)種類的狀況下可以是有用的。利用與中 央服務(wù)器302連通的光源控制器348，光源346可以被提供動(dòng)力、激活或移動(dòng)。
[0060]自主檢測(cè)系統(tǒng)300不限于檢測(cè)化學(xué)羽狀流，而且可以提供其它功能性。例如，在實(shí) 施方式中，自主檢測(cè)系統(tǒng)300可以用于監(jiān)測(cè)特定裝置，諸如爐、反應(yīng)器、壓縮機(jī)等，尋找問題 諸如熱點(diǎn)、分布不均、熱馬達(dá)等。而且，為安全目的，自主檢測(cè)系統(tǒng)300可提供圍欄-管線 (fence-line)監(jiān)測(cè)，并監(jiān)測(cè)環(huán)境中從裝置逃逸的排放物。
[0061]對(duì)羽狀流的檢測(cè)和確認(rèn)可以通過由氣象監(jiān)測(cè)器350收集的氣象學(xué)測(cè)量結(jié)果而得 到加強(qiáng)。氣象監(jiān)測(cè)器350可收集關(guān)于環(huán)境狀況諸如風(fēng)速、溫度、降水、大氣霧霾等的數(shù)據(jù)。該 數(shù)據(jù)然后可用于實(shí)施方式中，以確認(rèn)檢測(cè)的羽狀流與收集的數(shù)據(jù)一致。
[0062]檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法
[0063]圖4是方法400的方塊圖，其在實(shí)施方式中可以用于檢測(cè)羽狀流。方法400起始 于方塊402,通過產(chǎn)生處理線程(processing thread)以對(duì)來自照相機(jī)的流動(dòng)的圖像系列 (streaming sequence)執(zhí)行一系列功能。線程可經(jīng)過初始化變量,諸如視頻流的指示字、照 相機(jī)鑒別、步長(zhǎng)(step)(或位置)鑒別、靈敏度設(shè)置和持續(xù)時(shí)間等。如在方塊404所示，系 列功能針對(duì)圖像系列中的每一幀而進(jìn)行，始于方塊406，初始化用于幀分析的參數(shù)。
[0064]在方塊408，例如通過對(duì)圖像進(jìn)行變換算法以使共同特征點(diǎn)與前幀中的那些匹配， 穩(wěn)定化圖像。這可以通過利用特征點(diǎn)方法，例如基于Kanade - Lucas - Tomasi (KLT)算法或 基于區(qū)域的重合方法而執(zhí)行。源于不完全重合的錯(cuò)誤報(bào)警可通過由邊緣組成的圖像掩模 (image mask)而被過濾掉。邊緣可以由多種技術(shù)來鑒別，諸如Canny邊緣檢測(cè)器。Canny 邊緣檢測(cè)器可應(yīng)用適合的閾值選擇方法，例如利用Tsai保矩算法。穩(wěn)定性去除可由振動(dòng)諸 如風(fēng)速、工廠裝置等的變化導(dǎo)致的噪音。背景重合在該方塊進(jìn)行，以去除作為每一幀的部分 的特征，諸如工廠裝置。[0065]當(dāng)鑒定背景特征后，它們可被去除。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)執(zhí)行背景適應(yīng)算法， 其可初步將像素分成前景和背景，然后分別應(yīng)用快和慢適應(yīng)模式?？爝m應(yīng)模式快速去除鑒 別為背景的部分的對(duì)象，而慢適應(yīng)模式繼續(xù)在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測(cè)受質(zhì)疑的像素。
[0066]背景重合功能可去除具有固體邊緣或通過幀移動(dòng)一定量的對(duì)象，諸如人、車輛等。 這可以如下進(jìn)行:通過利用仿射變換模型以擬合圖像幀之間的幾何變化和利用隨機(jī)抽樣一 致性(RANSAC)以去除離群值。在實(shí)施方式中，應(yīng)用Canny邊緣檢測(cè)器，以鑒別具有固定邊 緣組的對(duì)象。因?yàn)橛馉盍骺删哂须S機(jī)邊緣，所以固定的邊緣可指示可被去除的對(duì)象。
[0067]通常，上述方法比較幀之間對(duì)象的形狀、移動(dòng)和邊緣，以鑒別不是羽狀流的對(duì)象。 首先，連續(xù)的幀之間應(yīng)該去除的對(duì)象的尺寸并不明顯改變，例如膨脹或收縮。而且，可以被 去除的對(duì)象可以能從一系列幀預(yù)測(cè)的方向和速度移動(dòng)，即，不以隨機(jī)方式移動(dòng)。例如，評(píng)分 系統(tǒng)可以用于為可能相關(guān)的幀中的多邊形評(píng)分，諸如偏移一定量的類似形狀。對(duì)象也可以 具有非隨機(jī)的外形，即，幀與幀不顯著變化。盡管車輛或人可相對(duì)于照相機(jī)而轉(zhuǎn)動(dòng)，改變所 示輪廓，但外形和尺寸的變化可能不如膨脹羽狀流的變化明顯。因此，滿足這些測(cè)試的對(duì)象 可被標(biāo)記為背景對(duì)象并從幀中去除。重合和邊緣檢測(cè)方法鑒別可以被進(jìn)一步分析以確定是 否存在羽狀流的變化。如果不存在羽狀流，則重合的圖像可以是空白的。
[0068]算法也可以將每一幀分割成像素組，用于羽狀流分析。例如，逐像素統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方 法可以應(yīng)用于圖像分割。而且，像素特征可從鄰近區(qū)域提取，包括尺寸、角的數(shù)目、邊緣數(shù)目 和縱橫比。
[0069]在方塊410，算法可以用于檢測(cè)和確認(rèn)羽狀流，如針對(duì)圖5更詳細(xì)地論述。如果檢 測(cè)到可能的羽狀流，則在方塊412視頻圖像可以被歸檔以用于參考，例如歸入到針對(duì)圖3所 論述的數(shù)據(jù)檔案322中。歸檔的視頻圖像可包括多種光譜諸如紅外線和可見光中的來自照 相機(jī)的原始數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，其可以被標(biāo)引和檢索以用于氣體泄露檢測(cè)目的。檢測(cè)算法的 結(jié)果可通過利用例如歸檔的IR視頻片斷進(jìn)行改善以訓(xùn)練(train)決策工具，如針對(duì)圖5方 塊512所論述的。如果檢測(cè)到并確認(rèn)羽狀流，這表明泄露已經(jīng)被檢測(cè)到。如果在方塊414 檢測(cè)到泄露，則處理流程進(jìn)行至方塊416。
[0070]在方塊416，數(shù)據(jù)庫隨檢測(cè)狀態(tài)而被更新。數(shù)據(jù)庫可以例如位于數(shù)據(jù)檔案322中。 在方塊418，中央服務(wù)器302或DCS可從數(shù)據(jù)庫提取通知設(shè)置，諸如待被通知泄露事件和 發(fā)送處理警報(bào)、電子郵件、文本信息、記錄(page)、廣播信息等的人。在實(shí)施方式中，羽狀流 圖像被發(fā)送至被通知的人。圖像可包括羽狀流的視頻系列，或可以是單一視頻截圖(still shot)。后者在圖片信息發(fā)送到用戶的移動(dòng)電話時(shí)可以是有用的，因?yàn)閷拵拗瓶墒拱l(fā)送視 頻片斷存在問題。
[0071 ] 在方塊418后，處理流程進(jìn)行至方塊420。而且，如果在方塊414沒有檢測(cè)到泄露， 則處理流程直接進(jìn)行至方塊420。在方塊420，針對(duì)持續(xù)時(shí)間參數(shù)，檢查檢測(cè)程序經(jīng)過的時(shí) 間。如果經(jīng)過的時(shí)間低于時(shí)間序列(time sequence),則參數(shù)在方塊422被更新,例如增加 經(jīng)過的時(shí)間，并且，處理流程返回至方塊408，以繼續(xù)下一幀的分析。
[0072]如果在方塊420，經(jīng)過的時(shí)間大于持續(xù)時(shí)間參數(shù)，則該方法退出并在方塊424結(jié) 束，同時(shí)釋放存儲(chǔ)器和資源(resource)。退出后，方法400還可指示照相機(jī)不再處理或占 用。該指示可使得照相機(jī)自動(dòng)移動(dòng)至新的位置，然后被重新啟動(dòng)。照相機(jī)控制程序進(jìn)一步 針對(duì)圖6被論述。[0073]圖5是可用于實(shí)施方式中的羽狀流檢測(cè)方法410。方法410在過程控制從方塊408 經(jīng)過時(shí)開始。方法410可遵循若干途徑，例如以平行方式，進(jìn)行確定性特征、統(tǒng)計(jì)學(xué)特征和 輔助特征，諸如氣象數(shù)據(jù)和可見光譜中來自照相機(jī)的圖像，的分析。
[0074]在方塊502，進(jìn)行確定性特征的分析。這可包括空間特征和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征等。例如， 分析可確定幾何特征，包括化學(xué)羽狀流的形狀或化學(xué)羽狀流的尺寸。分析還可確定形狀約 束，諸如輪廓的縱橫比、分散度(例如，羽狀流的厚度作為距離的函數(shù))、凸度和梯度方向直 方圖(HOG)等。這些特征充當(dāng)約束并提供對(duì)可能對(duì)象的預(yù)篩選。
[0075]運(yùn)動(dòng)學(xué)或運(yùn)動(dòng)特征可以是分析的部分，諸如確定羽狀流不斷移動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)受限于 受到約束的區(qū)域，如通過源于泄露的羽狀流所預(yù)期的。運(yùn)動(dòng)學(xué)特征可包括羽狀流的尺寸約 束，諸如通過一系列圖像的最小和最大尺寸。運(yùn)動(dòng)學(xué)特征可用于過濾出大部分剛體干擾。
[0076]在方塊504，可分析羽狀流的概率性特征。例如，概率性特征可包括化學(xué)羽狀流的 空間圖形、化學(xué)羽狀流的瞬時(shí)圖形或任意數(shù)目的其它特征。分析可包括聯(lián)合空間和時(shí)間分 析，諸如快速動(dòng)態(tài)紋理算法。在概率性分析中，統(tǒng)計(jì)學(xué)模型——由兩種類型的方程式來描 述，例如演化方程和觀測(cè)方程，其分別模擬固有狀態(tài)隨時(shí)間演變的方式和固有狀態(tài)投射于 圖像像素的方式——可以擬合片段化的像素?cái)?shù)據(jù)。參數(shù)可由矩陣來估算。也可應(yīng)用其它概 率性分析技術(shù)，諸如主成分分析(PCA)。在PCA中，確定引起羽狀流變化的變量，諸如風(fēng)速和 風(fēng)向與羽狀流中所示變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。
[0077]可以收集其它數(shù)據(jù)，以協(xié)助識(shí)別和確認(rèn)羽狀流。在方塊506，一系列可見圖像或視 頻流可以捕獲泄露環(huán)境。如果懷疑羽狀流存在，則可將可見圖像存儲(chǔ)在視頻檔案中，如在方 塊412所示。另外，可收集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)508，如前所述。
[0078]在方塊510，可將額外的數(shù)據(jù)與利用非可見圖像諸如IR光譜中的圖像鑒別的羽狀 流進(jìn)行比較。例如，可見圖像可以用于區(qū)分有機(jī)蒸氣羽狀流和水蒸汽。通常，有機(jī)羽狀流在 非可見圖像中可以是暗的，并且在可見圖像中不太可見。相反，蒸汽羽狀流由于放出的熱而 在非可見圖像中可以是亮的，并且在可見圖像中可見。除了提高檢測(cè)之外，可見圖像還可以 用于定位工廠環(huán)境中的泄露，例如，通過比較紅外線光譜中照相機(jī)的重合圖像與可見光譜 中照相機(jī)的重疊圖像。
[0079]通過利用來自氣象監(jiān)測(cè)器的數(shù)據(jù)，氣體羽狀流檢測(cè)也可得到提高或確認(rèn)。例如，計(jì) 算的羽狀流的運(yùn)動(dòng)可與風(fēng)向進(jìn)行比較，諸如在PCA算法中。如果羽狀流的運(yùn)動(dòng)與風(fēng)向不一 致，則羽狀流鑒別可能是不正確的。針對(duì)方塊502、504和510論述的每一算法均可產(chǎn)生對(duì) 應(yīng)于羽狀流是否真實(shí)的數(shù)字度量。
[0080]在方塊512，來自各方塊502、504和510的數(shù)據(jù)被用于決策工具中，以確認(rèn)羽狀流 的存在。決策工具可以是用作非二進(jìn)制線性分類器的支持向量機(jī)(SVM)。在SVM中，方塊 502,504和510的多重迭代的結(jié)果——例如利用模擬的羽狀流或記錄的羽狀流數(shù)據(jù)——被 用于在決策空間中產(chǎn)生超平面。超平面的一面對(duì)應(yīng)于確定的羽狀流，而超平面的另一面對(duì) 應(yīng)于沒有羽狀流。在操作中，SVM計(jì)算可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于羽狀流在一面還是在另一面的數(shù)字，提 供對(duì)于羽狀流是否被確認(rèn)的確定。
[0081]替代SVM或除了 SVM以外，其它機(jī)器獲知技術(shù)(machine learning techniqcues) 可用作決策工具。例如，利用控制的蒸氣釋放模擬羽狀流或記錄的羽狀流數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可 以被訓(xùn)練成識(shí)別工廠環(huán)境中的羽狀流。其它技術(shù)可應(yīng)用來自觀測(cè)和數(shù)據(jù)庫的矩陣之間的類似性測(cè)量。
[0082]圖6是控制自主檢測(cè)系統(tǒng)——如在圖3中所述——的方法600的方塊圖。方法600 可用于將圖4和5的方法整合成單一控制方案，用于自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流和鑒別泄露。還參 考圖3，方法600在方塊602始于服務(wù)器應(yīng)用的初始化，例如，在中央服務(wù)器302上，在DCS 中或在其它工廠系統(tǒng)上。在方塊604，數(shù)據(jù)庫，例如存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)檔案322中的SQL數(shù)據(jù)庫，可 被查詢，以確定自主檢測(cè)系統(tǒng)300的照相機(jī)配置數(shù)據(jù)。這樣的配置數(shù)據(jù)可包括照相機(jī)數(shù)目、 照相機(jī)類型、照相機(jī)位置和其它信息，諸如氣象臺(tái)的訪問參數(shù)。針對(duì)各照相機(jī)產(chǎn)生單獨(dú)的處 理線程606，所述照相機(jī)諸如紅外線光譜中的照相機(jī)336和可見光譜中的照相機(jī)338。下列 方塊在自主檢測(cè)系統(tǒng)300中針對(duì)各照相機(jī)而并行操作，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是清 楚的。而且，自主檢測(cè)系統(tǒng)300在環(huán)境中可以具有多個(gè)照相機(jī)，諸如三個(gè)或更多個(gè)可在多種 波長(zhǎng)處操作的照相機(jī)336和三個(gè)或更多個(gè)與視野重疊的可見光照相機(jī)338。
[0083]在方塊608，可針對(duì)照相機(jī)的步長(zhǎng)(step)配置查詢數(shù)據(jù)庫。步長(zhǎng)配置代表照相機(jī) 系統(tǒng)的位置，諸如由照相機(jī)遙攝和傾斜機(jī)構(gòu)344設(shè)置。在采取一步長(zhǎng)(a step)后,照相機(jī) 可停止并掃描羽狀流。在方塊610，對(duì)于照相機(jī)是否處于自動(dòng)模式做出確定。如果不是，則 處理流程進(jìn)行至方塊612，其中狀態(tài)被記錄和線程(thread)被暫停，例如I分鐘。處理流程 在暫停后返回至方塊610，以再次檢查照相機(jī)是否處于自動(dòng)模式。在實(shí)施方式中，在選擇次 數(shù)的迭代之后，諸如2、3、4或5次之后，照相機(jī)可以通過自主檢測(cè)系統(tǒng)300返回自動(dòng)模式， 以避免意外地被置于手動(dòng)模式。如果在方塊610確定照相機(jī)處于自動(dòng)模式，則處理流程進(jìn) 行至方塊614。
[0084]在方塊614，查詢數(shù)據(jù)庫，以確定步長(zhǎng)是否已被更新，例如掃描之間的較小或較大 運(yùn)動(dòng)是否已經(jīng)被選擇。如果是，則處理流程進(jìn)行至方塊616，其記錄步長(zhǎng)配置事件。然后，處 理流程返回至方塊608，以檢索新的步長(zhǎng)配置。如果步長(zhǎng)配置在方塊614尚未被更新，則處 理流程進(jìn)行至方塊618。在方塊618，照相機(jī)被移動(dòng)至程序中的下一步長(zhǎng)。在方塊620，當(dāng)前 的步長(zhǎng)被記錄為新的照相機(jī)位置，并且線程被暫停一定的時(shí)間段，同時(shí)照相機(jī)移動(dòng)。在方塊 622，照相機(jī)狀態(tài)在數(shù)據(jù)庫中被更新成處理中，并且該更新被記錄。在方塊624，針對(duì)照相機(jī) 產(chǎn)生泄露檢測(cè)線程626，激活泄露檢測(cè)算法628。泄露檢測(cè)算法628可應(yīng)用針對(duì)圖4論述的 方法400。在泄露檢測(cè)算法628運(yùn)行期間，可將照相機(jī)狀態(tài)維持為處理中。當(dāng)泄露檢測(cè)算法 628終止時(shí)，照相機(jī)狀態(tài)可轉(zhuǎn)變成非處理中。
[0085]在方塊630，可針對(duì)照相機(jī)是否在處理(占用)中做出確定。如果照相機(jī)在處理中， 則在方塊632，處理狀態(tài)被記錄，并且照相機(jī)控制線程，即，方法600被暫停，例如10秒，然后 返回至方塊630，以重復(fù)對(duì)處理狀態(tài)的檢查。如果處理狀態(tài)已經(jīng)變化，并且照相機(jī)不再是處 理中，例如泄露檢測(cè)算法已經(jīng)終止，則處理流程進(jìn)行至方塊634。在方塊634，照相機(jī)向非處 理中的變化被記錄，并且，處理流程返回至方塊610，以重啟方法600。
[0086]一些改變可用于實(shí)施方式中，以提高自主檢測(cè)系統(tǒng)300的可靠性、使用簡(jiǎn)易性或 實(shí)施簡(jiǎn)易性。在實(shí)施方式中，泄露建模結(jié)果、泄露檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、照相機(jī)和透鏡特性以及算法要 求可以組合，以形成部署參考圖表(deployment reference chart),用于設(shè)置自主檢測(cè)系 統(tǒng) 300。
[0087]自主檢測(cè)系統(tǒng)300的可靠性可通過受控的烴釋放進(jìn)行手動(dòng)或自主測(cè)試。來自受控 釋放的羽狀流的檢測(cè)可驗(yàn)證自主檢測(cè)系統(tǒng)300處于良好的工作狀況。[0088]檢測(cè)可靠性還可通過利用各種烴流中的化學(xué)標(biāo)記得以提高。化學(xué)標(biāo)記可以是被添 加以增加特定波長(zhǎng)處的吸收或發(fā)射的物質(zhì)。這樣的標(biāo)記可使其它檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用更有用。 例如，熒光化學(xué)制品可以非常少的量加入到烴流中，諸如百萬分之幾份，因?yàn)檫@些化合物常 常具有高量子產(chǎn)率，量子產(chǎn)率是發(fā)射的光子數(shù)除以吸收的光子數(shù)。因?yàn)榘l(fā)射光的波長(zhǎng)可能 不與天然源重疊，所以從熒光鑒別羽狀流可以是直接的。
[0089]上述方法不一定用于分離。點(diǎn)源監(jiān)測(cè)器可以與自主檢測(cè)系統(tǒng)整合，以確認(rèn)警報(bào)。而 且，多個(gè)照相機(jī)視域和激光測(cè)距儀可通過感興趣區(qū)域的三角測(cè)量(triangulation)而提供 泄露確認(rèn)。
[0090]自主檢測(cè)系統(tǒng)300不限于可安裝在桿上的照相機(jī)。在實(shí)施方式中，照相機(jī)可以是 可安裝在桿上、連接至自控移動(dòng)平臺(tái)、放置于方便定位的塔上或從纜或氣囊懸浮。自主檢測(cè) 系統(tǒng)300還可被整合成移動(dòng)機(jī)器人，其可以是自控的或由操作人員操縱。
[0091]而且，在一個(gè)或多個(gè)另外的實(shí)施方式中，系統(tǒng)還可包括氣體檢測(cè)裝置，其可與自主 檢測(cè)系統(tǒng)一起被應(yīng)用。該實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)氣體檢測(cè)傳感器，其通過無線介質(zhì)或 通過有線連接與氣體檢測(cè)器控制裝置和/或至自主檢測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)裝置連通。例如，氣 體檢測(cè)傳感器可以圍繞設(shè)施分布于各個(gè)位置，諸如鄰近于裝置、管聯(lián)接器或法蘭。氣體檢測(cè) 傳感器可被配置成檢測(cè)管聯(lián)接器或法蘭附近區(qū)域內(nèi)的一種或多種成分。因此，氣體檢測(cè)系 統(tǒng)可用于提供額外的信息給自主檢測(cè)系統(tǒng)，以進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)泄露位置的確定和/或可用作 單獨(dú)的泄露檢測(cè)系統(tǒng)。
[0092]氣體檢測(cè)系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)氣體檢測(cè)傳感器，以提供這種加強(qiáng)。例如,氣體檢 測(cè)系統(tǒng)可包括無線通信和/或物理通信；可以預(yù)定的速率捕獲樣品。系統(tǒng)中的氣體檢測(cè)傳 感器可被配置成在超過閾值后和/或在取樣氣體的組成變化已經(jīng)從前一樣品變化了特定 量后傳輸指示。在其它實(shí)施方式中，系統(tǒng)可被配置成顯示指示給控制單元，并且，在取樣氣 體的組成變化已經(jīng)超過閾值或在樣品間的變化超出特定量后可以顯示警報(bào)。
[0093]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)裝置可利用一個(gè)或多個(gè)不同的電源，諸如太陽能 電源、電池電源和/或設(shè)施提供的電源，以維持操作而無需考慮狀況的不同。作為實(shí)例，氣 體檢測(cè)傳感器可被配置成利用太陽能和電池電源來減少對(duì)物理電纜和由設(shè)施處的裝置提 供的電源的依賴。
[0094]雖然本發(fā)明技術(shù)可容易接受各種改動(dòng)和可選形式，但上述實(shí)施方式僅通過舉例方 式顯示。然而，還應(yīng)該理解所述技術(shù)不意圖限于本文所公開的【具體實(shí)施方式】。實(shí)際上，本發(fā) 明技術(shù)包括落入所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有替代方案、改動(dòng)和等同物。
[0095]實(shí)施方式
[0096]本文所述的實(shí)施方式提供自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括照相機(jī)，其能夠 在至少由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁(EM)輻射的波長(zhǎng)處產(chǎn)生圖像；和分析系統(tǒng)，其被配置 成分析來自照相機(jī)的一系列圖像。分析系統(tǒng)包括處理器；和非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包 括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器執(zhí)行功能。功能包括鑒別圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性 特征和多個(gè)概率性特征、與在接近的時(shí)間收集的另一圖像比較多個(gè)確定性特征或多個(gè)概率 性特征或兩者，和確定比較圖像之間的變化是否代表化學(xué)羽狀流。
[0097]在一些實(shí)施方式中，確定性特征可包括化學(xué)羽狀流的幾何特征。幾何特征可包括 化學(xué)羽狀流的尺寸、化學(xué)羽狀流的形狀、化學(xué)羽狀流的邊緣或其任意組合。[0098]在一些實(shí)施方式中，概率性特征可包括化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。運(yùn)動(dòng)學(xué)特征可 包括化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)、化學(xué)羽狀流的尺寸變化、化學(xué)羽狀流的形狀或化學(xué)羽狀流的位置 或其任意組合。概率性特征可以是化學(xué)羽狀流的空間圖形或化學(xué)羽狀流的瞬時(shí)圖形或兩者。
[0099]在實(shí)施方式中，光的波長(zhǎng)在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。例如，光的波長(zhǎng)可以是約3.1iim 和3.6iim之間。在一些實(shí)施方式中,光的波長(zhǎng)可以在紫外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式 中，光的波長(zhǎng)可以在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
[0100]系統(tǒng)可包括分布式控制系統(tǒng)，其被配置成接收來自分析系統(tǒng)的警報(bào)信號(hào)。人機(jī)界 面可被配置成在一定的位置瞄準(zhǔn)照相機(jī)。
[0101]系統(tǒng)可包括氣象測(cè)量系統(tǒng)，其被配置成收集關(guān)于氣象狀況的數(shù)據(jù)。氣象狀況可包 括濕度測(cè)量、溫度測(cè)量、日射測(cè)量或其任意組合。
[0102]可通過系統(tǒng)成像的化學(xué)種類可包括烴。例如，化學(xué)種類可包括甲烷、乙烷、乙烯、丙 烷、丙烯或其任意組合?；瘜W(xué)種類是在水體表面上形成羽狀流的液態(tài)烴。
[0103]本文所述另一實(shí)施方式提供自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法。方法包括至少在選擇以 被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光的波長(zhǎng)處從照相機(jī)獲得多個(gè)圖像。分析圖像，以鑒別連續(xù)圖像 之間的確定性特征的變化、概率性特征的變化或兩者；至少部分基于變化識(shí)別化學(xué)羽狀流。
[0104]在實(shí)施方式中，方法可包括從可見光照相機(jī)獲得第二組圖像，其中第二組圖像的 區(qū)域接近于通過檢測(cè)照相機(jī)成像的區(qū)域。在該實(shí)施方式中，第二多個(gè)圖像與來自檢測(cè)照相 機(jī)的多個(gè)圖像重疊，以確定化學(xué)羽狀流的位置。
[0105]方法可包括至少在選擇以被化學(xué)種類吸收的光波長(zhǎng)處用照射源照射區(qū)域和從樣 品空間獲得來自檢測(cè)照相機(jī)的圖像。
[0106]如果在來自檢測(cè)照相機(jī)的圖像流中識(shí)別化學(xué)羽狀流，可將信息發(fā)送至遠(yuǎn)程位置。 來自檢測(cè)照相機(jī)的圖像可與位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以鑒別化學(xué)羽狀流的位置。
[0107]在實(shí)施方式中，分析圖像流包括將圖像流簡(jiǎn)化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括來 自一系列圖像數(shù)據(jù)的幀的幀-與-幀比較的數(shù)字表?？梢杂?xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以從產(chǎn)自多個(gè)圖 像的數(shù)字表識(shí)別化學(xué)羽狀流。
【權(quán)利要求】
1.自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的系統(tǒng)，包括: 照相機(jī)，其能夠至少在由化學(xué)種類吸收或發(fā)射的電磁(EM)輻射的波長(zhǎng)處產(chǎn)生圖像；和 分析系統(tǒng)，其被配置成分析來自所述照相機(jī)的一系列圖像，包括: 處理器；和 非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括代碼，所述代碼被配置成引導(dǎo)處理器: 鑒別圖像中對(duì)象的多個(gè)確定性特征和多個(gè)概率性特征； 與在接近的時(shí)間收集的另一圖像比較所述多個(gè)確定性特征或所述多個(gè)概率性特征或兩者；和 確定所述比較圖像之間的變化是否代表化學(xué)羽狀流。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中確定性特征包括所述化學(xué)羽狀流的幾何特征。
3.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述幾何特征包括所述化學(xué)羽狀流的尺寸、所述化學(xué)羽狀流的形狀、所述化學(xué)羽狀流的邊緣或其任意組合。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中概率性特征包括所述化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。
5.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)學(xué)特征包括所述化學(xué)羽狀流的運(yùn)動(dòng)、所述化學(xué)羽狀流的尺寸變化、所述化學(xué)羽狀流的形狀或所述化學(xué)羽狀流的位置或其任意組合。
6.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中概率性特征包括所述化學(xué)羽狀流的空間圖形或所述化學(xué)羽狀流的瞬時(shí)圖形或兩者。
7.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光的波長(zhǎng)在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
8.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中光的波長(zhǎng)在約3.Ιμ--和3.6 μ m之間。
9.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光的波長(zhǎng)在紫外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光的波長(zhǎng)可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
11.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括分布式控制系統(tǒng)，其被配置成接收來自所述分析系統(tǒng)的警報(bào)信號(hào)。
12.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括人機(jī)界面，其被配置成在一定的位置瞄準(zhǔn)所述照相機(jī)。
13.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括氣象測(cè)量系統(tǒng)，其被配置成收集關(guān)于氣象狀況的數(shù)據(jù)。
14.權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述氣象狀況包括濕度測(cè)量、溫度測(cè)量、日射測(cè)量或其任意組合。
15.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類包括烴。
16.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯或其任意組合。
17.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)種類是在水體表面上形成羽狀流的液態(tài)烴。
18.自主檢測(cè)化學(xué)羽狀流的方法，包括: 至少在選擇以被化學(xué)種類吸收或發(fā)射的光的波長(zhǎng)處從檢測(cè)照相機(jī)獲得多個(gè)圖像； 分析所述多個(gè)圖像，以鑒別連續(xù)圖像之間確定性特征的變化、概率性特征的變化或兩者；和 至少部分基于所述變化識(shí)別化學(xué)羽狀流。
19.權(quán)利要求18所述的方法，包括:從可見光照相機(jī)獲得第二多個(gè)圖像，其中所述第二多個(gè)圖像的區(qū)域接近于在來自所述檢測(cè)照相機(jī)的多個(gè)圖像中成像的區(qū)域； 使所述第二多個(gè)圖像與來自所述檢測(cè)照相機(jī)的所述多個(gè)圖像重疊，以確定所述化學(xué)羽狀流的位置。
20.權(quán)利要求18所述的方法，包括: 至少在選擇以被化學(xué)種類吸收的光的波長(zhǎng)處用照射源照射區(qū)域；和 從樣品空間中獲得來自所述檢測(cè)照相機(jī)的所述多個(gè)圖像。
21.權(quán)利要求18所述的方法，包 括當(dāng)在來自檢所述測(cè)相機(jī)的所述多個(gè)圖像中識(shí)別化學(xué)羽狀流時(shí)，發(fā)送信息給遠(yuǎn)程位置。
22.權(quán)利要求18所述的方法，包括比較來自所述檢測(cè)照相機(jī)的所述多個(gè)圖像與位置數(shù)據(jù)，以鑒別所述化學(xué)羽狀流的位置。
23.權(quán)利要求18所述的方法，其中分析所述多個(gè)圖像包括將圖像流簡(jiǎn)化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括來自一系列圖像數(shù)據(jù)的幀的幀-與-幀比較的數(shù)字表。
24.權(quán)利要求23所述的方法，包括訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從所述數(shù)字表識(shí)別所述化學(xué)羽狀流。
【文檔編號(hào)】H04N5/33GK103460686SQ201280014610
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月25日
【發(fā)明者】J·M·撤本, Y·曾, J·莫里斯, Y·阮 申請(qǐng)人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>