基于GPS授时及时钟细分的管线破坏定位

摘 要：为了保证管道输送的正常运行，对管道进行破坏预警监测具有极为重要的现实意义，快速、准确地判定事发地点是预警监测的重要内容。设计了管道预警监测及定位的系统方案，分析了其监测定位原理，并指出破坏声波信号传输至上、下游相邻各监控站点的时间差是影响精确定位的主要因素，详细阐述了运用GPS授时为基准的时钟同步细分技术，更精确地捕获声波信号到达相邻各监控站点的时刻，实验效果良好。为快速、精确定位破坏事发位置提供一种新的有效的技术。
关键词：GPS；时钟细分；管线；破坏；定位

1 引言
管道运输业具有成本低、节省能源、安全性高、传送距离长及供给稳定等优点。在运输液体、气体和浆液等方面具有独特的优势，尤其在石油、化工、天然气及城市供水等产业中有着不可替代的作用。我国管道建设在近二十年得到了快速的发展，并且在十一五发展规划中明确提出还要建设四大油气管道。

随着管龄的增长，由于自然损坏造成的泄漏变得日益严重，特别是在各大采油作业区及广远的输油气管路上，人为破坏偷盗现象时有发生。管道泄漏不仅会影响管道输送的正常进行，造成重大经济损失，而且当输送有毒害、腐蚀性、易燃易爆的介质时，还会污染环境，引起火灾爆炸事故。因此，对管道泄漏的检测及破坏点定位具有极为重要的现实意义[1]。

引发管道泄漏事故的种种原因中，人为蓄意破坏(打孔、切割、钻孔)已超过自然因素而位居首位[2]，因此，研究管道安全受到威胁或刚遭受破坏时就能检测定位的预警系统可防患于未然。快速、准确地判定事发地点又是预警监测的重要内容，本设计采用GPS基准时钟细分技术精确获得特征信号传输至各监控站点的时刻，通过时间标签的差值计算和监控站点之间的距离分别获取特征信号向上游和下游传播的速度，进而确定管道破坏的准确位置。

2 系统设计及定位原理
2.1系统总体设计
整个系统如图1所示，由若干个监测站点、GPRS网络、Internet网、一个数据服务中心构成[3]。监测站点沿管线分布，负责信号的收集、信息处理和发送。数据服务中心的计算机具备IP地址，通过Internet网和GPRS无线信道，利用数据传输终端(DTU)与管道智能检测终端单元(RTU)实时透明传输数据，可实现传输管线工作状态实时监测、故障报警、破坏点定位等综合管理功能。

图1 管线破坏预防监测及其定位系统