泄漏定位精度

关键词：定位精度坐标接收机导航

泄漏定位精度（精选五篇）

泄漏定位精度篇1

1 水平定位精度评估方法

评估定位精度方法一般采用内符合精度和外符合精度两种。内符合精度用来表述定位结果的离散度, 其参考值是一组定位结果的平均值;外符合定位精度用来表述定位结果与真实坐标的差异, 其参考值是真实坐标。

1.1 内符合定位精度

卫星导航接收机进行定位, 采集到一组定位结果, 定位结果样本量为n, 每个坐标可以用 (x i, y i, Hi) 表示。则此组定位结果的水平定位精度δH内和高程定位精度δV内可由式 (1) 和式 (2) 表示[1]。

xi为接收机x坐标的第i次数据的测量值;

x0为X坐标的平均值;

yi为接收机y坐标的第i次数据的测量值;

y0为Y坐标的平均值;

Hi为接收机高程的第i次数据的测量值;

H0为高程的平均值;

n为测量次数。

1.2 外符合定位精度

卫星导航接收机的外符合定位精度的每个坐标可以用 (x i, y i, Hi) 表示。则此组定位结果的水平定位精度δH外和高程定位精度δV外可由式 (3) 和式 (4) 表示[1]。

具体参数的定义同 (1) 、 (2) , 不同在于，x0、y0、H0为相应方向坐标的已知值。

2 不同测试方法引起的定位精度差异

对于卫星导航接收机来说, 无法直接得到水平和高程方向的定位结果, 其原始的定位结果是大地坐标系下的经度、纬度和高程, 一般用经度 (L) , 纬度 (B) , 大地高 (H）表示。其定义如下:

地面上一点的大地经度L为大地起始子午面与该点所在的子午面所构成的二面角, 由起始子午面起算, 向东为正, 向西为负;大地纬度B是经过该点作椭球面的法线与赤道面的夹角, 由赤道面起算, 向北为正, 向南为负;大地高H是地面点沿椭球的法线到椭球面的距离。如图1所示。

卫星导航接收机能达到的定位精度可用式 (5) 来描述:

式中, UERE为用户等效距离误差, 是在进行导航定位过程中所有误差源的影响在用户至卫星的径向方向上投影之和, 通常表述为观测量精度。DOP值为精度衰减因子, 在导航定位过程中, 卫星导航接收机与卫星的几何相对关系有关, 当卫星导航接收机位置一定时, 而这一关系则主要取决于导航卫星的星座布局。DOP值是由观测方程中权系数阵决定, 权系数阵中前三列为三维分量的几何矩阵, 但其是在大地坐标系下给定的, 而实际应用中, 为了估算观测站的位置精度, 常采用其在站心坐标系 (或地平坐标系) 中的表达形式[3]。

H是由大地坐标系到观测站站心坐标系的坐标变换矩阵。QX为位置改正数权系数阵。

由式 (6) 中可以看到, 精度因子的方向决定了水平方向和高程方向是站心坐标系下的水平和高程方向。

无论是GPS系统、GLONASS、COM-PASS或是在建的GALILEO卫星导航系统, 卫星导航接收机单点定位能达到或即将能达到的水平定位精度一般约为10 m。所以, 后续的分析, 均以10 m定位误差为参考值进行计算。由大地坐标系转为平面坐标和高程坐标, 存在不同的方法, 而不同的方法之间, 又存在着转换的精度误差。下面, 对这几种方法分别进行阐述。

2.1 近似计算方法

所谓由大地坐标系转为平面坐标的近似计算方法, 即是不考虑地球的实际形状, 将地球视为一个规则球体, 这样地球表面上每个短距离的基线长度只与其纬度值有关。根据这种特性, 将大地经度, 大地纬度和大地高这三个方向的误差值近似换算为距离值的方法。其具体方法如图2。

(1) 计算定位点经、纬圈周长。

假设地球为一个标准的球形, 球形表面上某点其半径为真实地球长轴a, 这样, 对于大地坐标为 (θ, α, H) 的某点, 其所在的经度圈和纬度圈周长分别为:

其中r=a×cos (è) 。

(2) 计算指定区域的近似距离。

北斗卫星导航接收机在点 (B 0, L 0, H 0) 每次定位的大地坐标为 (B i, L i, H i) , 纬度圈上每度表示的距离d经=l经/360, 同理, d纬=l纬/360;∆H=Hi-H0。则经度方向和纬度方向的短距离弧线表示的经线方向和纬线方向上的距离为:d经=∆B×l经/360, d纬=∆L×l纬/360。这样, 由大地坐标可近似求解得到以米为单位的定位误差值。其中,

(3) 近似值的误差范围。

实际上, 地球是一个两极略扁的不规则椭球, 其半径r的可能范围为b≤r≤a, (例如, 对于CGCS2000坐标系, a=6378137 m, b=6356752 m) 。以某点 (38, 114, 100) 为例, 则子午圈 (纬度方向上) 长40075017 m, 卯酉圈 (经度方向上) 长31579544 m。以定位精度一般为水平10 m为例, 设定位误差值分配到经度方向和纬度方向相当, 则各方向上约为7 m, 小于0.4秒。取∆B、∆L的最大值0.4秒进行计算, 则9.71 m≤d纬≤9.75 m, 12.32 m≤d经≤12.36 m, 上限是由r=a求出, 下限是由r=b求出。

从示例看, 经度和纬度方向的范围均为厘米级, 对于非测量型用户机, 此方法近似精度能够满足评定其定位精度的标准。对于测量型用户机, 特别是静态测量, 精度较高, 不建议采用此方法评估定位精度。通常, 在近似计算中, 将地球半径假设为a的球形参与计算即可。

2.2 高斯投影计算方法

高斯投影的投影面上, 中央子午线和赤道的投影都是直线, 并且以中央子午线和赤道的交点0作为坐标原点, 以中央子午线的投影为纵坐标轴 (x) , 以赤道的投影为横坐标轴 (y) , 这样便形成了高斯平面直角坐标系[3]。

本节所述的高斯投影方法就是将北斗卫星导航接收机测量得到的大地坐标转为高斯坐标, 与高斯平面坐标形式的基准值 (如果基准值是大地坐标形式, 也可以通过 (1 1) 式转为高斯平面坐标) 进行比较, 求得外符合精度。

通常情况下, 高斯正算的近似公式 (换算的精度为±0.1m) 为:

当要求转换精度精确至0.00lm时, 用下式计算:

高斯投影, 将中央经线投影为直线, 其长度没有变形, 与球面实际长度相等, 其余经线为向极点收敛的弧线, 距中央经线愈远, 变形愈大。赤道线投影后是直线, 但有长度变形。除赤道外的其余纬线, 投影后为凸向赤道的曲线, 并以赤道为对称轴。经线和纬线投影后仍然保持正交。所有长度变形的线段, 其长度变形比均大于1。就是说, 如果求得的水平误差精度向量距离中央子午线越远, 长度变形越大。

椭球上大地线S和平面距离D之间的距离改化公式为:

其中, D为平面长度;S为椭球面上大地线长度, ym= (y1+y2) /2, Rm表示按大地线始末两端点的平均纬度计算的椭球的平均曲率半径。∆y=y1-y2。式 (1 2) 精度可达0.01 m, 要使计算要求达0.001 m, 则可使用式 (13) 。

由式 (13) 计算可知, 在纬度在北纬30度时, D=50 km的两点, D/S约为1.000031, 如果D=10 m, D/S约为1+1.23e-12, 长度变形可以忽略。

各种地方独立坐标系的情况与高斯投影的误差基本一致, 只是由于分带没有这么大, 长度变形没有高斯6度带投影这么大, 其基本分析原理相同。

2.3 站心坐标系计算方法

站心坐标系的定义为:原点位于观测站A, Z轴与A点的椭球法线相重合 (天) , X轴垂直于Z轴指向椭球的短轴 (北) , 而Y轴垂直于XAZ平面 (东) , 构成左手坐标系, 也就是我们通常所说的北东天坐标系 (NEU坐标系) 。站心坐标系通常用来表述一点相对于另一点在站心坐标系下的三维分量[2]。

站心坐标系计算水平定位精度的方法是将测量值和真值在同一坐标框架下的空间直角坐标系误差向量转为站心地平坐标系下, 从而求得水平和高程定位精度的一种方法。其计算过程如下。

(1) 测量值和坐标真值由式 (14) 转为空间直角坐标系。 (2) 求出每个测量值与坐标真值在空间直角坐标系下的误差向量。 (3) 按式 (15) 将误差向量转为水平方向和高程方向。 (4) 求出水平方向和高程方向的外符合精度值。

其中, X、Y、Z为空间直角坐标, B、L、H为大地坐标, , a为椭球之长半轴, b为椭球短半轴, e为第一偏心率。

其中, d X、d Y、d Z为空间直角坐标下测量值与真值构成的向量, B、L、H为真值的大地坐标, d N、d E、d U为站心地平坐标系下的北、东、天方向的测量值与真值构成的向量。

由于站心坐标系下的水平方向和高程方向同由DOP值分析得到的水平方向和高程方向是一致的, 所以, 可以认为站心坐标系下的水平定位结果和高程定位结果是无偏的, 就是我们通常意义上所说的水平定位精度和高程定位精度所规定的方向。

2.4 几种方法确定的水平定位精度比较

通过前面几节的分析可知, 采用站心坐标系转换的模式得到的水平定位精度和高程定位精度的方向是与定位精度评定的基本公式一致的, 故可以认为是无偏的。为直观体现以上几种方法的水平定位精度的差异, 取一组水平定位精度约为10 m左右的数据为例 (见表1) 。按公式 (3) 计算外符合定位精度, 填入表2中。

由表2可以看出, 三种方法在水平方向上的定位精度相近, 高斯方法与站心方法相差2 mm, 近似坐标方法与站心方法相差8 mm。从表3可以看出, 对于高斯坐标系下的坐标值, 在x方向上, 越远离中央子午线, 则误差就越大。由于设置点位的经度约为11 5度, 中央子午线的经度为11 7度, 相距较远, 故含有固定误差, 从表3的“高斯与站心方法差值”的Dx列中, 可以看到。对于近似算法, 由于其坐标轴与站心坐标系存在差异, 故差异值会随误差值增大而增大。在表3中, 由于D y方向的误差值接近10 m, 远远大于Dx方向, 所以, 在Dy方向存在固定差值。

取一组水平定位精度约为2 m左右的数据为例。按公式 (3) 计算外符合定位精度，填入表5中。

由表6可以看出, 高斯与站心方法在Dx方向的固定差值不随误差值大小而改变，只与距离中央子午线的距离有关。近似坐标方法与站心坐标方法随误差值大小而改变, 误差值较大时, 差异较大, 误差值较小时, 差异较小。

由表2和表5可以看出, 高斯投影方法和站心坐标系方法更为接近, 但近似计算的方法更快捷, 不需要编程, EXCEL表格即可计算出结果。所以, 在实际工作中, 如果是非测量型卫星导航接收机的水平定位精度评估, 优先选择站心坐标系方法, 如果精度要求不高时, 三种方法均可。

3 结语

本文对卫星导航接收机的水平定位精度评定方法进行了介绍, 并对不同方法之间影响水平定位精度的误差进行了探讨，通过分析和实例, 说明, 不同的水平定位精度评估方法之间存在差异, 对于精度要求不高的单点定位、伪距差分定位等分米级以上的水平定位精度评估影响不大, 但对于RTK、PPP、静态相对测量等厘米级甚至毫米级的定位精度的评估影响较大, 建议采用站心坐标系计算方法。适合工程实际是选择水平定位精度评估方法的根本原则。

参考文献

[1]全球定位系统 (GPS) 接收机检定规程, GJB6564-2008.中国人民解放军总装备部.

[2]周忠漠.GPS卫星测量原理与应用[M].北京测绘出版社, 1997.

泄漏定位精度篇2

摘要：随着石油、天然气等工业的发展,管道输送在国民经济中的地位越来越重要.然而,石油、天然气具有易燃、易爆的特点,一旦发生泄漏,极易造成火灾、爆炸等恶性事故.因此对输配管网的实时泄漏检测和定位显得异常重要,也是目前亟待解决的问题.系统介绍了泄漏检测和定位方法的.研究现状,并指出了泄漏检测和定位技术的发展方向.作者：王晓宇王树立 WANG Xiao-yu WANG Shu-li 作者单位：王晓宇,WANG Xiao-yu(常州轻工职业技术学院,信息工程系,江苏,常州,213164;江苏工业学院,机械与能源工程学院,江苏,常州,213016)

王树立,WANG Shu-li(江苏工业学院,机械与能源工程学院,江苏,常州,213016)

泄漏定位精度篇3

1 石油管道泄漏检测技术

石油管道泄漏检测技术根据不同的检测内部流体状态、不同的管壁状况, 监测的技术也是不尽统一的, 而且泄漏检测涉及到很多学科领域的知识技术, 所以检测的技术也是很多类的, 像管壁参数检测法, 地表打孔检测法, 泄漏介质检测法以及光纤传感检测法, 软件技术检测法, 基于知识的方法以及声学原理检测法等等。

1.1 管壁参数检测法

管壁参数检测法主要检测的是管道内壁的焊缝缺陷以及腐蚀情况, 主要是采用探测器, 从检测管道的一段放进去, 然后使检测器沿着管道前行进行检测。这样一来就能将整条管道的质量情况, 以数据的方式进行传达, 就能准确的判断管道需不需要进行修理。比如像管壁参数检测法中的漏磁通检测, 在对来管道表面以及近表面进行检测, 观察管道是否需要修理的一种无损检测方法, 就是利用磁现象来进行检测的。而在漏磁通检测中使用的漏磁通检测器则是利用永久磁铁检测的特性来进行检测的, 该仪器中的南北两极和管道的内部进行接触, 并产生磁路, 然后就能利用检测线圈来对管壁的形状进行检测, 而且检测到的磁场也会因为管壁形状的不同而产生不同扭曲形状的磁场, 而这些磁场也就能反映管壁的质量情况。

1.2 声学原理检测法

负压波法是声学原理检测法中的的一种, 这种方法由于其原理简单, 不需要建立管道的数学模型, 有很强的实用性, 而且运作过程简单灵敏, 所以得到广泛的使用。由于石油管道泄漏的地方, 因为石油的损失, 使得这个地方出现局部石油密度流动密度减小, 使得瞬时压力下降的情况产生, 而瞬时压力则是以声速在泄漏处的上下游进行传播, 所以以泄露处在泄漏前的的压力作为参照数据时, 负压波就是泄露处产生的减压波。所以为了确定泄漏点的位置, 就在管道两端安装压力变送器, 利用采取到的负压波压力信号, 通过上下游测量点的时间差, 以及在管线中的负压波的传播速度, 就能检测出泄漏点。

1.3 泄漏介质检测法

泄漏介质检测法主要是在传输介质中添加特殊性质的物质, 并利用传输介质的本身, 来发现管道的泄漏点。比如像在管道中添加放射物质来进行泄漏检测, 当管道发生泄漏的时候, 反射物质就能在管道沿线地域留下标记, 然后对管道沿线地区进行检测, 就能准确并迅速的知道管道泄漏点。但是该方法的一次检测长度一般不小于二十公里, 检测周期较长, 所以在现在已经很少使用了。现在最简单的一种泄漏介质检测法就是在传输介质中放入臭味剂, 比如四氢噻吩, 四氢噻吩有一种独特的味道, 这样一来, 只要是有发生泄漏, 沿线检查的工人就能闻得到, 虽然这不符合科学技术发展的要求, 但是这是目前最为典型的一种方法。另外热红外成像法也得到广泛的利用, 在石油泄漏的时候, 就会对红外辐射进行影响, 然后通过记录周围土壤的正常温度进入计算机, 然后利用直升机对管道周围土壤温度情况, 进行实时采集, 在将两者进行比较, 就能检测出泄漏点。

2 石油管道软件自动检测定位技术

随着计算机技术的迅速发展, 在油气管道运输中, SCADS系统的检测定位技术已经得到普遍的运用, 实现了在线检测的石油管道检测技术。这种检测技术, 首先就是要对管道的模型进行实时的建立, 然后利用SCADS系统将采集到的数据作为边界条件, 再依据压力偏差法的检测的原理, 以及动态质量平衡法的检测原理来进行检测, 然后对其判定泄漏或者管道断裂, 就要根据管道的流体压力、管道流体流速的变化平均值来进行统计分析, 因为这两个性质是管道泄漏预测系统的两大特点。

在国外的一些管道研究机构、管道泄漏检测公司利用计算机仿真, 研发出一些管道仿真软件, 这些软件的研发, 对油气管道的动态水利工况分析、管道的运行方案的确定以及检测分析管道泄漏提供了可靠的检测定位工具。然后SCADS系统通过管道的实时数据, 来对这些仿真软件进行驱动运行, 并且对其进行连续实时的模拟数据对实际管道进行监测定位。其中, 在建立实时模型的过程中, 模型的准确度回归受到流动阻力的波速变化以及阻力系数变化, 还有测量噪声等等因素的影响, 但是监测泄漏定位灵敏度和精确度与建立的模型的准确度有着直接的联系。

3 总结

综上所述, 石油或者气体的管道运输设施, 在运行过程中最重要的就是运行设备的安全性。在石油的运输管道管理中, 泄漏检测以及定位操作是非常重要的工作, 也是相对用途比较困难的工作, 在现实的运输管道泄漏检测的过程中, 要根据下实际情况对检漏方法的特点进行考虑, 在各种各样的泄漏检测方法中, 选择出集最经济、最实用、最可靠于一身的综合性的泄漏检测系统进行检测定位。

参考文献

[1]刘宝明, 赵洋.石油天然气长运输管道的泄漏检测以及定位技术研究[J].中国石油和化工标准与质量, 2014 (09) :19-19.

[2]梁继承, 寇东晶.对天然气管道泄漏的检测以及抢修技术的分析[J].科技与生活, 2012 (20) :115-115, 113.

[3]张美玲.PSO优化的模糊神经网络在管道泄漏检测中的应用研究[D].兰州理工大学, 2010.

[4]邵煜, 葛传虎, 叶昊等.基于负压波的管道泄漏检测与定位系统评价[J].油气储运, 2008, 27 (04) :5-9.

泄漏定位精度篇4

关键词：核泄漏,环境审计,可持续发展,受托环境责任

2011年3月11日, 位于日本东部地区的福岛第一核电站发生爆炸, 引起了全世界对核泄漏的广泛关注。福岛核电站的爆炸之所以对全世界产生如此深刻的影响, 是因为核电站的爆炸给人类的生存环境和整体安全构成了极其严重的威胁。作为环境管理工具之一的环境审计对有效和安全利用核能责无旁贷。环境审计可以促进企业加强环境管理, 防止环境污染, 维护各方合法权益 (张以宽, 1997) 。然而, 当前环境审计在应对核泄漏等严重危害人类生存环境和整体安全的重大事故上, 在理论准备和实践策略上都显得尤为不足:首先, 环境审计的理论基础是可持续发展受托环境责任, 但对于人类生存环境和整体安全很少予以考虑;其次, 环境审计的目标是提高环境保护效率, 但忽视了环境安全效率;再次, 在环境审计的实践当中, 鲜有针对核泄漏的专项环境审计, 导致这方面的环境审计经验严重不足。因此, 迫切需要对环境审计进行重新定位并改进其实施策略。

一、环境审计理论的重新定位

环境审计是适应环境保护的客观要求而产生的。20世纪七八十年代, 随着人们对环境的重视, 各国加大了对企业污染环境行为的处罚。企业为了避免支付巨额的罚金, 纷纷利用内部审计来加强环境管理。各国政府也投入大量资金用于环境保护, 为了使这些资金得到合理和有效的使用以及督促相关环境法规政策的落实, 政府审计派生出环境审计。可以说, 以往环境审计的定位主要是为了解决如下问题:监督和鉴证环保资金运用的合规性;对环境保护法律法规和政策的遵循性;评价环境管理控制的有效性;评价有关环境保护交易和事项的真实性及完整性。这一定位的理论基础是受托环境责任。而在核泄漏的背景下, 环境审计理应从更高的层面考虑人类整体生存环境和安全。这种思维角度的转变有赖于环境审计理论基础和审计目标的重新定位。

1. 理论基础的改变:

从受托环境责任到人类生存环境和整体安全。环境问题是人类目前面对的最重要问题之一。人们对环境问题的认识是逐步深化的。半个世纪以前, 环境保护很少受到重视。工业化带来的不良后果使人们达成了普遍共识。1972年联合国发布的《联合国人类环境宣言》强调“保护和改善人类环境是关系到全世界各国人民的幸福和经济发展的重要问题”。1987年, 联合国发布的另一份报告《我们共同的未来》进一步指出, 人类的发展应当“既满足当代人的需要, 又不对后代人满足其需要的能力构成危害”即应当遵循可持续发展战略。“可持续发展”理论要求人类在发展的过程中要实现经济发展和环境保护的平衡, 不能以牺牲环境为代价来获取短期的经济增长。此后, 各国政府和国际组织加大了对环境保护的投入力度, 以期能达到环境保护的预期目标, 保护和改善环境的效率要求开始进入人们的视野。

一般认为, 环境审计的理论基础是可持续发展的受托环境责任。这一概念对环境审计的发展具有重要的影响。环境审计是现代审计学的一个分支, 其产生的根源也是基于对受托责任的监督、鉴证和评价, 只不过这种受托责任具体化为受托环境责任。

首先, 马斯洛的需求层次理论认为, 人的需求是有层次、有轻重缓急之分的。人的需求可以划分为五个层次, 即生理需要、安全需要、社会需要、尊重需要、自我实现需要。只有较低层次的需要得到满足之后, 人才会产生较高层次的需要。如果连个人生存的安全需要都无法保证, 那么经济的发展和社会的进步也就无从谈起。其次, 中国共产党十七大报告指出, 经济发展的核心是以人为本。发展依靠人, 发展为了人, 发展成果由人类共享, 这样的发展才是可持续的, 才有其发展的动力和意义。其中的每一个环节都特别强调人的主体性。而人的主体性发挥的前提是需要保障其生存环境和生命安全。再次, 环境审计产生的初衷是人们对环境保护的考虑。日益严重的环境污染不仅给自然界造成无法弥补的创伤, 而且给人类生存环境和整体安全构成巨大的威胁, 人们有必要通过环境审计的手段来保护其赖以生存和发展的环境。因此, 基于可持续发展的受托环境责任是不全面的, 其没有正确反映受托环境责任的本质, 而应该在环境审计的理论基础当中引入人类的生存环境和整体安全。即环境审计的理论基础应该是基于人类的生存环境和整体安全的受托环境责任。

2. 审计目标的改变:

从环境保护效率到环境与安全保护效率。传统意义上的环境审计目标是由其理论基础和现实状况决定的。基于可持续发展的受托环境责任产生于20世纪末期。当时, 核电技术的运用才刚刚开始起步, 其对环境的危害性表现不明显。相反, 自然环境问题十分突出, 水土流失严重、全球气候变暖、自然灾害频繁, 美国、德国、日本、英国等发达资本主义国家相继爆发了严重的环境事件。人们开始认识到, 解决环境问题不能仅仅依靠科技手段, 还需要结合政治、经济、法律等相关的政策措施, 形成合力才能加以解决。世界各国先后出台了环境法律法规, 并将环境审计作为环境管理的工具要求政府和企业加以运用。在此过程中, 理论界和实务界不断探索环境审计的目标, 相继提出了环境审计的一元目标论、二元目标论、三元目标论等。尽管对环境审计目标提出的方式各不相同, 但都有一个鲜明的特点, 即都认为环境审计具有提高环境保护效率的能力。当时的研究者多基于环境保护效率的角度来进行研究。社会公众急切想要改变环境恶化的事实, 只不过都专注于环境问题本身, 而忽视了环境问题给人类所带来的生存环境的恶化和对生命的威胁。

其实, 环境问题经常会引起重大的安全问题。比如, 1976年意大利一家农药厂爆炸, 发生二恶英污染, 引起人员中毒、婴儿畸形;2005年中石油吉化101厂爆炸, 导致哈尔滨市自新中国成立以来出现了首次全面停水;据欧洲一份研究报道, 切尔诺贝利事件导致27万人患癌, 还导致其他一些疾病患者的增多。事实证明, 在提高环境保护效率的同时, 也非常有必要提高安全保护效率。特别是核泄漏带给人类的直接危害和间接危害远超乎人们的想象。基于人类的生存环境和整体安全的受托环境责任将安全问题纳入到受托责任当中, 使受托责任人在履行环境职责时更能体现委托人的初衷。因此, 在核泄漏的背景下, 环境审计目标应该拓展为环境与安全保护效率。

3. 审计实施主体的改变:

从政府、社会和企业到政府、社会和企业到国际组织。关于环境审计的实施主体存有不同的观点。一部分研究人员认为, 环境审计应以政府为主导, 另一部分研究人员则认为, 政府、社会和企业都负有环境保护的责任, 不应有所偏重。政府有责任制定相关的环境法律法规、督促行业制定相关的环保标准、安排环境保护的预算资金、加强环境保护的执法监督和检查、向公众普及环保知识等;社会是国家的主体, 每个公民都有分享良好环境的权利, 也有保护环境的义务, 公民既可以监督政府的环境行为, 又可以监督企业的环境行为, 同时公民也要约束其日常环境污染和破坏行为;企业是环境污染的主要肇事者, 工业企业排放的“三废”和其他垃圾对环境造成恶劣影响, 企业应当承担起环境保护的主要责任, 在经济活动当中不能仅仅关注自身的经济利益, 而是要对环境更加重视。

对于核安全而言, 仅有政府、社会和企业的参与是不够的。核泄漏所造成的环境问题已不再是某一国家或地区的局部性问题, 它已经演变成全球性的重大安全问题。任何国家和地区都不能独善其身、隔岸观火。针对可能出现的核泄漏, 国际社会每月、每季度、每年都会以假想的某个核电站发生爆炸来进行相关的核泄漏监测演练, 以便在实际发生核泄漏时国际社会能够及时采取应对措施。世界环境发展委员会也定期召开会议讨论全球环境问题。世界各国纷纷通过加入相关国际组织或采取双边、多边合作方式来商讨环境问题的解决方式和途径, 并签署了一系列限制核扩散的国际公约。国际标准委员会制订了一系列核设施安全技术环境管理标准, 以规范企业的环境行为。可见, 环境审计的实施主体已经突破一国或地区的界限, 国际组织也参与进来。环境审计的实施主体已发展为政府、社会、企业和国际组织。

4. 审计实施方式的变化:

由政府审计、民间审计、内部审计到国际组织审计。环境审计的实施形式也离不开政府审计、民间审计和内部审计。政府环境审计主要包括财务审计、合规性审计和绩效审计。政府每年都会投入大量的资金用于环境保护, 这些环保资金的使用是否符合规定、是否起到预期的效果、在资金的管理上是否存在漏洞、相关方对环境法律法规的遵循性等, 都是政府环境审计的内容。企业内部的环境审计对于促进企业管理层履行受托环境责任具有很好的正外部性。民间审计受制于审计技术和政策环境, 在过去的时间里未能充分发挥其在环境审计方面的作用。随着经济的发展和审计技术的进步, 民间审计将在环境审计中扮演更重要的角色。对于核安全这样关系人类生存环境和整体安全的环境审计, 上述三种审计形式都不可或缺。

国际审计界也承担起环境审计的责任。最高审计机关国际组织委员会、国际内部审计师协会、国际会计师联合会和亚洲审计组织环境审计委员会等国际审计组织通过召开国际会议来探讨环境审计的理论问题和实务问题, 为环境保护从审计手段上给予有力的支持。例如, 最高审计机关国际组织委员会将环境审计作为其第十五届大会的主题。国际内部审计师协会发表了其在环境审计方面的研究成果———《内部审计师在环境审计中的作用》。但是, 在核安全审计方面, 国际审计组织却很少有过实质性的行动, 实施的策略也有待改进。相比于政府审计、民间审计和内部审计, 国际审计组织可以从更高的层面发挥作用。它可以通过密切各国的交流与合作, 将各国的经验规范化, 进而在世界范围内加以推广运用。

二、环境审计的战略实施

1. 经济与技术的结合。

核电站从规划到弃置要经历一个相当长的时期, 少则几十年, 多则上百年。在对核电站进行环境审计的过程当中, 核安全技术是重要的风险控制点。因为核电技术贯穿核电站使用寿命的始终。从核电站的设计、运行、维护到报废都离不开核技术的支撑。技术上的缺陷往往是致命的缺陷。而审计人员受到知识结构、执业经验和专业背景的限制, 对核电站的环境审计常常显得力不从心。为提高审计效率、将环境风险控制在可接受水平, 审计项目组可邀请核专家参与, 充分利用专家才能, 或者在招聘审计人员时吸收有相关专业背景的人才。核电站的建造需要大笔的资金。作为一个建设项目, 其经济效益也是审计人员必须予以考虑的重大问题。核电站的运转所创造的社会经济效益是利益相关方关注的焦点。审计人员在关注受托环境责任的同时, 注重评价受托经济责任, 对提高核电企业的经济管理水平也会有所裨益。

2. 政治与文化的结合。

核电站的安全性审计还可以从政治上着手。核电站的建设布局应该与国家安全战略布局保持一致, 要充分考虑到潜在的战争威胁、恐怖主义威胁及其他不稳定因素。在对核电站进行环境审计时, 要重点关注其选址的科学性, 这也是此次日本福岛核电站核泄漏事件给予我们的启示之一。选址的科学性可以大大降低由于极端外部事件给核安全带来的威胁。例如, 建于沿海地区的核电站容易受到潮汐、海啸、台风、洪水等影响, 内陆地区的核电站则容易受到地震、泥石流、山体滑坡等影响。在审计时对这些因素加以考虑, 可降低环境审计的风险。核电企业在发展过程中所形成的安全文化对核安全具有重大而深远的影响。核电企业内部控制文化当中安全性文化是否深入人心、是否具有浓厚的氛围, 环境审计都应该予以关注, 并应通过审计帮助核电企业塑造符合企业特性、关心人类安全的文化。

3. 人类整体利益与国家利益、长远利益与短期利益的结合。

发展核电是为了满足人类不断增长的能源需求。如果利用得当, 则能够取得经济上和环境上的双重收益;如果利用不当, 则有可能给人类生存环境和整体安全带来毁灭性的灾难。各国都有发展经济的权利, 但并非每个国家都能利用核电来促进经济的发展。而核泄漏所造成的环境恶果可能要全人类共同承担。因此环境审计组织在进行环境审计时应意识到各国发展不应影响人类共同的生存环境和整体安全, 从而在核污染环境治理中使拥有核技术的国家相应承担更多的责任。各国在发展过程中还可能因为急功近利出现环境短期行为, 例如在核电建设方面出现一哄而上、缺乏科学规划等弊病, 这将给环境造成极大的安全隐患。环境审计组织和审计人员在对核电企业进行环境审计时要把人类整体利益、长远利益和各国利益、短期利益加以综合考虑。

三、结论

核电在经济生活中的比重将会越来越大, 随之而来的核电站数量势必增多, 给人类生存环境和整体安全带来的压力也会不断增大。环境审计的重要性也随之空前高涨。环境审计需要随着实践的发展而发展。目前, 环境审计在理论上和实施战略上都准备不足, 亟须重新定位。基于人类生存环境和整体安全的受托环境责任将有助于人们从更高的层次上关心人类整体利益。只有采用对经济与技术、政治与文化、人类整体利益与国家利益、长远利益与短期利益进行综合考虑的实施策略, 并适当调整实施主体和实施方式, 核泄漏背景下的环境审计才能与经济社会协调发展。

参考文献

[1].张以宽.论环境审计与环境管理.审计研究, 1997;3

泄漏定位精度篇5

管道技术在石油输送中有着独特的优势,将会在我国国民经济中占据越来越重要的地位。管道随着使用时间的增加逐渐老化,或受到各种介质的腐蚀以及其它破坏因素的影响,会引起管道泄漏。石油管道的泄漏不仅导致了资源的损失,同时极大地污染了环境,甚至会发生火灾爆炸,严重威胁人民生命财产的安全。因此,对输油管道泄漏检测技术的研究,是一个有实际意义的工作[1]。

目前管道泄漏诊断方法主要分为基于硬件的方法和基于软件的方法[1]。根据检测所用仪器的不同,基于硬件的方法又可分为四种:视觉测量法、声学测量法、负压波法。基于软件的方法可分为:质量/体积平衡法、瞬态模型法、压力点分析法(PPA)等。每一种方法都有各自的优缺点,例如负压波法误报率高,适应能力差,只适用于大泄漏量的情况,质量平衡法灵敏度和定位精度低等。

针对以上不足,提出了一种基于差分进化诊断输油管道泄漏的方法,差分进化算法是由Storn等人于1995年提出的一种随机并行搜索的优化算法[2],该算法以其稳健型、易用性、较少受控参数和强大的全局搜索能力已经被成功地应用到数据辨识领域。文中利用差分进化算法估计出的流体沿管道的压力值与实时采集的管道压力值的差和设定阈值进行比较,若二者差超过设定阈值判定管道发生泄漏,泄漏发生后用定位方法得到泄漏位置[3]。本文提出的基于差分进化诊断输油管道泄漏的方法适应能力强,对小泄漏量的情况同样适用,定位精度较高。

1 差分进化

差分进化(DE)是一种基于种群并行随机搜索的新型进化算法,近年来在函数优化、参数辨识等领域得到广泛应用。

差分进化是一种基于群体进化的算法,具有记忆个体最优解和种群内信息共享的特点,即通过种群内个体间的合作与竞争来实现对优化问题的求解,其本质是一种基于实数编码的具有保优思想的贪婪遗传算法。算法首先在问题的可行解空间随机初始化种群X0=[X $_{1}^{0}$ X $_{2}^{0}$ …X $_{Ν_{Ρ}}^{0}$ ],NP为种群规模,个体x $_{i}^{0}$ =[x $_{i, 1}^{0}$ x $_{i, 2}^{0}$ …x $_{i, D}^{0}$ ]用于表征问题解,D为优化问题的维数。

差分进化算法的基本操作包括变异、交叉和选择三种操作[4],首先由父代个体间的差分矢量构成变异算子,接着父代个体与变异个体之间按一定的概率进行交叉操作,生成一试验个体,然后在父代个体与试验个体之间根据适应度大小进行选择操作,选择适应度更优的个体作为子代。

1.1 变异操作

对每一个在t时刻的个体x $_{i}^{t}$ ;实施变异操作,得到与其相对应的变异个体v $_{i}^{t + 1}$ ,即

v $_{i}^{t + 1}$ =x $_{r_{1}}^{t}$ +K(x $_{r_{2}}^{t}$ -x $_{r_{3}}^{t}$ )

r1,r2,r3∈{1,2,…NP}互不相同且与i不同;xr1为父代基向量;x $_{r_{2}}^{t}$ -x $_{r_{3}}^{t}$ 为父代差分向量;K为缩放比例因子。

1.2 交叉操作

新种群u $_{i}^{t + 1}$ =[u $_{i 1}^{t + 1}$ ,u $_{i 2}^{t + 1}$ ,…,u $_{i D}^{t + 1}$ ]由随机向量v $_{i}^{t + 1}$ =[v $_{i 1}^{t + 1}$ ,v $_{i 2}^{t + 1}$ ,…,v $_{i D}^{t + 1}$ ]和目标向量x $_{i}^{t + 1}$ =[x $_{i 1}^{t}$ ,x $_{i 2}^{t}$ ,…,x $_{i D}^{t}$ ]共同产生,其策略为

$u_{i}^{t + 1} = {\begin{cases} v_{i j}^{t + 1}, r a n d (j) \leq C R o r j = r a n d n (i) \\ x_{i j}^{t}, r a n d (j) ＞ C R o r j \neq r a n d n (i) \end{cases}$

式中,rand(j)∈[0,1]为均匀分布的随机数;CR为交叉概率常数;rand n(i)∈[1,2,…,D]为随机选择的维数变量索引,以保证试验矢量至少有一维变量由变异矢量贡献,否则试验矢量有可能与目标矢量相同而不能生成新个体。

1.3 选择操作

DE采用“贪婪”的搜索策略,经过变异与交叉操作后生成的试验个体U $_{i}^{t + 1}$ 与x $_{i}^{t}$ 进行竞争,只有当u $_{i}^{t + 1}$ 的适应度较x $_{i}^{t}$ 更优时才被选作子代,否则直接将x $_{i}^{t}$ 作为子代。选择操作的方程为

$x_{i}^{t + 1} = {\begin{cases} u_{i}^{t + 1}, f (u_{i}^{t + 1}) ＜ f (x_{i}^{t}) \\ x_{i j}^{t}, f (u_{i}^{t + 1}) \geq f (x_{i}^{t}) \end{cases}$

差分进化的终止条件是第t+k代与第t代之间的最优解之差小于或者达到最大进化代数Tmax。 ε和Tmax可以由用户根据问题自行设置。

2 泄漏检测定位的实现

图1为本文提出的基于差分进化的输油管道泄漏检测定位方法的结构图,下面将对本文提出的方法做进一步的详细描述。

2.1 建立流动方程

为了使用差分进化算法,应为该算法提供流动方程,以比较差分进化算法辨识出的压力、速度数据与实时采集的管道实际压力、速度数据。

根据牛顿第二定律,由流体力学得到输油管道模型的表达式为:

$\begin{array}{l} \frac{\partial Ρ}{\partial t} + v \frac{\partial Ρ}{\partial x} + ρ a^{2} \frac{\partial v}{\partial x} = 0 (1) \\ \frac{\partial v}{\partial t} + v \frac{\partial v}{\partial x} + \frac{1}{ρ} \frac{\partial Ρ}{\partial x} + g \sin α + \frac{λ}{2 D} v^{2} = 0 (2) \end{array}$

式中,g为重力加速度,单位是m/s2;

α为输油管道与水平面间的倾角,单位是rad;

λ为水力摩阻系数;

D为管道的内径,单位是m;

v为油速,单位是m/s;

a为压力波传播速度,单位是m/s;

P为管道内流体的压力,单位是Pa。

上述模型中式(1)为连续性方程,式(2)为动量方程。

2.2 利用差分进化算法辨识流体沿管道的压力

文中差分进化算法辨识输油管道模型中的压力P,v,其中g, α, λ,D为已知参数,优化目标函数J定义为所有样本数据的相对误差平方和均值,即:

$J = E = \frac{1}{Ν} \sum_{i = 1}^{Ν} (| \frac{Ρ - \hat{Ρ}}{Ρ} |^{2} + | \frac{v - \hat{v}}{v} |^{2})$

式中, N为样本容量;

P,v为管道内流体密度实际测量值;

$\hat{Ρ}, \hat{v}$ 分别为模型参数已知时,对第i个样本由管道模型方程计算出的流体密度的估计值。

算法迭代的原则是使J达到最小。算法的参数设置为Np=300,CRmin=0.2,CRmax=0.8,变异参数F=0.3,最大进化代数Gmax=1000。

2.3 输油管道泄漏检测

利用流体力学中的动量守恒原理建立管道内流体流动的动量方程,利用差分进化算法估计流体沿管道的压力值,输油管道数据采集系统同时对管道两端的压力数据进行实时采集。把管道首末两端由差分进化算法估计出的压力值与采集系统实时采集的压力值作比较,在正常工况下,管道监测计量系统的实测测量压力值与差分进化算法辨识出的压力值二者应该相差不大,当差值△P达到或超过设定报警门限值时,可以判定管道发生了泄漏。这就是基于差分进化检测输油管道泄漏的工作原理。

如图2所示,虚线曲线表示采集系统实时采集的管道末端压力值,实线曲线表示由差分进化算法估计出的输油管道末端压力值。

从开始到A时刻输油管道运行正常,无泄漏发生,在此期间压力估计值与实际测量值相差不大;在A时刻,管道发生泄漏,输油管道末端实际压力值下降,而估计值上升,二者差明显增大,超过设定阈值,容易判定管道泄漏。在B时刻,管道运行恢复正常,实际压力值开始上升至正常水平,估计值开始下降至正常水平。

2.4 输油管道泄漏定位

当输油管道发生泄漏报警后,根据管道监测计量系统所测首末端数据分别作为差分进化算法的初始种群,得到从首端到末端和从末端到首端的两条管道压力辨识曲线。当输油管道运行正常,也即没有泄漏发生时,两条仿真曲线在理论上是相互重合的,当管道发生泄漏后,这两条曲线就不再重合,如果把输油管道的运行工况分为泄漏点前和泄漏点后两部分,由于在管道泄漏点处有相同的边界条件,由流体的连续性可知,此处的流体流动参数是相同的,因此这两条曲线必然在泄漏点位置相交,交点即为输油管道的泄漏定位点。

3 结束语

综上所述,文中提出的方法将差分进化算法估计出的输油管道压力值与实际采集到的压力值进行比较,能够迅速检测到输油管道泄漏,通过定位方法,迅速确定泄漏位置。提高了泄漏检测的灵敏度,定位的精确度,并且对泄漏量没有要求,小泄漏量的情况同样适用。

参考文献

[1]徐洁,丁金婷,江皓.管道泄漏检测方法综述[J].管道技术与设备,2004(4):14-16.

[2]Stom R,Price K.Differential evolution—A simple and efficientadaptive scheme for global optimization over continuous spaces[R].Berkeley:University of California,2006.

[3]刘恩斌,彭善碧.基于瞬态模型的油气管道泄漏检测[J].天然气工业,2005(6):102-104.

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