一种长距离管道输送的数据采集、处理和应用系统技术方案

本发明专利技术属于疏浚工程技术领域，提出了一种长距离管道输送的数据采集、处理和应用系统，其特征在于，包括现场设施和传感采集设备、船用服务器、船舶控制平台(船员用户应用终端)，船用服务器包括存数据储模块和数据处理模块，数据处理模块对数据存储模块中数据进行处理，数据存储模块中包括静态数据和动态数据。本发明专利技术系统中平台可以利用数据处理模块处理后的数据，用于研究管道输送机理，完善输送理论，建立输送理论模型等工作，其在相关计算中可以提供更准确的计算结果，具有切实的工程意义。具有切实的工程意义。具有切实的工程意义。

【技术实现步骤摘要】
一种长距离管道输送的数据采集、处理和应用系统


[0001]本专利技术属于疏浚工程


技术介绍

[0002]疏浚工程中，泥沙输送的主要形式是水力输送，尤其是固液混合多相流的长距离管道输送，并经常使用多泵系统。管道输送对疏浚施工效率影响大，能耗大，例如管道输送能耗在绞吸式挖泥船施工中，占总能耗的80％以上。浆体流速过快往往会增加摩阻，浪费动力，流速过慢则泥沙沉积，导致堵管、爆管等一系列问题。实现高效、稳定、安全的水力输送是一直以来追求的目标。
[0003]考虑到疏浚管线实际作业数据随时间及沿程分布的波动性，常规现场测试数据多采用按时段平均(比如1小时、1天等)的处理方案，使得处理后的数据在流速和浓度分布上趋于集中，不能有效地反映实际输送特性。而现场获取的数据跟实验室内稳定可控的数据不同，其波动性大，复杂程度高，且实时变化的流速、浓度和压差等数据之间又相互关联。
[0004]这些数据是进一步研究管道输送机理，完善输送理论，建立输送理论模型等研究工作的基础，而现场测试数据只有经过科学的方法处理后才可以有效利用，例如，多年来，国内外相关领域的专家和学者，针对管道水力输送的摩阻损失及临界流速问题，开展了大量的测试和研究，早期研究多是从宏观层面出发，基于一定的理论假定以及室内小管径管道输送试验或现场中小管径管道输送测试结果，建立了大量经验性或半经验半理论计算模型，在疏浚界及相关领域，以Durand、Newitt、Wasp、费祥俊、王绍周等研究成果为代表。这些计算模型用于现代大管径管道、高浓度输送、粗颗粒或复杂土质工况下疏浚输送系统性能分析计算，可能存在较大的偏差。合理处理后的现场数据可以较好的修正优化这些经验模型，乃至于提出更合理的计算模型，本领域尚未对疏浚船搭建相应的数据采集、数据处理、数据应用的研究系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于公开应用搭建于疏浚船上以实现对疏浚船管道的输送数据进行采集、数据处理、数据应用的研究系统。
[0006]本专利技术系统中数据处理模块对来自于现场的基础管道数据经过一定算法处理后，可以获得全管道上的浓度分布，以有效代替密布实物浓度传感器方式获得基础管道数据，以解决传统布设浓度传感器价格昂贵的局限，并克服在水面管线上布置和安装较困难的问题，从而从根本上解决大量实物浓度传感器布设采集有效数据的成本和难度都很大、不易推广和工程应用的瓶颈。同时，数据处理模块将现场数据进一步处理，可以得到浓度、流速、压差一一对应的数据组，其可用于分析研究疏浚管道输送特性和工程应用。
[0007]本专利技术需要保护的下技术方案：
[0008]一种长距离管道输送的数据采集、处理和应用系统，其特征在于，包括现场设施和传感采集设备、船用服务器、船舶控制平台(船员用户应用终端)，船用服务器包括存数据储
模块和数据处理模块，数据处理模块对数据存储模块中数据进行处理，数据存储模块中包括静态数据和动态数据，其中：
[0009]现场设施包括输送管道及泵、采集卡；
[0010]现场布设的传感采集设备包括压力计、浓度计、流量计三类传感器，传感器布设于输送管道上用于采集长距离管道输送施工数据，压力计、浓度计、流量计三类传感器通过采集卡将模拟信号转化成数字信号，将采集的管道输送动态数据提供给船用服务器的存数据储模块；所述采集管道输送动态数据，即随时间实时变化的数据，包括输送起始点浓度、流速、测试目标段管道压力，这三个物理量同时也是疏浚工程中长距离管道输送的最主要物理量，是船舶控制平台进行分析研究的关键参数。在平台研究管道输送问题时，单个管道截面上的压力意义不大，往往需要分析流体流经一段管道后，压力损失程度，也就是这段管道的首尾压力差，因此在实际测量中，测量了这段管道(测试目标段)起始和结束位置上的的绝对压力值。
[0011]数据存储模块中存储有采集管道输送静态数据，即在某时间段内，不随时间变化的数据，这些数据往往在工程施工短期内不会变化，例如输送管道长度、直径、类型、粗糙度，输送泥沙粒径、容重，以及挖深、高程等，这些数据在数据处理模块的数据处理和船舶控制平台中的应用实例会使用到。
[0012]所述数据处理模块包括前处理模块、浓度分布的推演计算模块、平均浓度模块、数据组获取模块、数据筛选和剔除模块、数据后处理模块，其中：
[0013]所述前处理模块，是对长距离管道输送的动态数据进行预处理，包括对速数据、浓度数据、压力数据三类数据的前处理，以及时钟匹配，对安装传感器显示记录的时间进行时钟匹配。
[0014]所述浓度分布的推演计算模块,以某一时刻管道吸口处的浆体微元，该浆体微元的颗粒体积浓度为C
vd
，浆体流速V随时间是变化的，是时间t的函数，Δt时间后，该浆体位于距起始点x处，表示为：
[0015][0016]对于该浆体微元，通过积分计算出其任意时刻距起始点的距离，同理，对于任意浆体微元，都可以通过该积分方法计算其移动距离，如此，获得整个管道上任意时刻浆体的浓度分布，用于提供给平均浓度模块。
[0017]所述数据组获取模块，是由(流速
‑
平均浓度
‑
压差)一一对应的数据组集α组成，用于提供给数据筛选和剔除模块。将平均浓度模块中目标管段上计算出来的所有时刻平均浓度与每一时刻对应的流速V，压差P组成的数据组集合到一起，构成一个数据组集合α，设α有n个数据组，则表示为α有n个数据组，则表示为
[0018]所述数据筛选和剔除模块，将整个数据组从数据组集合中剔除，剔除后的数据组集合为β，设m个数据组，则集合为β，设m个数据组，则
[0019]所述数据后处理模块，是对流速、浓度进行排序和分类，并对同类内的数据分别取平均，弱化数据误差，弱化数据集中性，使得处理后的新数据组更具代表性和真实性。
[0020]船舶控制平台用于数据后处理，对获得的数据进行显示和利用，根据具体应用进
行分析和展示。
[0021]本专利技术系统中的数据处理模块，可以按流速、浓度的大小对数据分类平均，形成最终的测试工况数据组，可以得到实际施工较广泛流速及浓度分布下的测试结果，并通过平均降低少数数据测试偏差及各类异常情况导致的测试结果偏离。本专利技术系统考虑采用按流速、浓度大小，分类平均的处理方法，首先，对实测流速、浓度、压力数据进行前处理，然后结合管线及测点布置情况，在合理假设下推演得到测试管段的实时浓度数据。随后，将测试工况数据组合(流速、浓度以及压差)按照流速、浓度进行分类排序，并按一定数量(一般不低于500个数据组合)进行划分。最后，取划分后各数据组的平均值，形成最终的测试工况数据组。通过以上处理方式，可以得到实际施工较广泛流速及浓度分布下的测试结果，并通过平均降低少数数据测试偏差及各类异常情况导致的测试结果偏离。
[0022]本专利技术系统中平台可以利用数据处理模块处理后的数据，用于研究管道输送机理，完善输送理论，建立输送理论模型等工作，例如研究不同的摩阻经验公式与该输送工程的匹配性，并对其进行修正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长距离管道输送的数据采集、处理和应用系统，其特征在于，包括现场设施和传感采集设备、船用服务器、船舶控制平台(船员用户应用终端)，船用服务器包括存数据储模块和数据处理模块，数据处理模块对数据存储模块中数据进行处理，数据存储模块中包括静态数据和动态数据，其中：现场设施包括输送管道及泵、采集卡；现场布设的传感采集设备包括压力计、浓度计、流量计三类传感器，传感器布设于输送管道上用于采集长距离管道输送施工数据，压力计、浓度计、流量计三类传感器通过采集卡将模拟信号转化成数字信号，将采集的管道输送动态数据提供给船用服务器的存数据储模块；所述采集管道输送动态数据，即随时间实时变化的数据，包括输送起始点浓度、流速、测试目标段管道压力；数据存储模块中存储有采集管道输送静态数据，提供给数据处理模块和船舶控制平台；所述数据处理模块包括前处理模块、浓度分布的推演计算模块、平均浓度模块、数据组获取模块、数据筛选和剔除模块、数据后处理模块，其中：所述前处理模块，是对长距离管道输送的动态数据进行预处理，包括对速数据、浓度数据、压力数据三类数据的前处理，以及时钟匹配，对安装传感器显示记录的时间进行时钟匹配；所述浓度分布的推演计算模块,以某一时刻管道吸口处的浆体微元，该浆体微元的颗粒体积浓度为C
vd
，浆体流速V随时间是变化的，是时间t的函数，Δt时间后，该浆体位于距起始点x处，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王费新，周忠玮，邢津，尹纪富，舒敏骅，张晴波，洪国军，江帅，鲁嘉俊，施绍刚，程书凤，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：