阅读说明：本技术 基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置 (Method and device for monitoring running state of pipe cleaner based on distributed optical fiber sensing ) 是由 杨玥 刘洪凯 杨刘阳 王颖 张轶虎 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置,属于光纤传感领域,从振动瀑布图二值化后的图像中选取V字形左侧棱和右侧棱对应的左侧模板和右侧模板,分别使用左侧模板和右侧模板对二值化图像进行模板匹配得到左侧模板滤波矩阵及右侧模板滤波矩阵,并进行叠加,将左侧模板和右侧模板进行拼接,得到双侧模板,用双侧模板对叠加后的二值化图像进行模板匹配,得到目标二值化图像；对目标二值化图像中的各V字形状底部进行定位,获取清管器所在位置对应的光纤探测单元序号,并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息,得到清管器所在位置。将分布式光纤传感系统的光纤监测距离与油气管线的实际地理位置进行对应。(The invention discloses a method and a device for monitoring the running state of a pipe cleaner based on distributed optical fiber sensing, belonging to the field of optical fiber sensing.A left template and a right template corresponding to V-shaped left side edges and right side edges are selected from an image subjected to binaryzation by a vibration waterfall diagram, the left template and the right template are respectively used for carrying out template matching on the binaryzation image to obtain a left template filter matrix and a right template filter matrix, the left template and the right template are superposed, the left template and the right template are spliced to obtain two side templates, and the superposed binaryzation image is subjected to template matching by the two side templates to obtain a target binaryzation image; and positioning the bottoms of the V-shaped shapes in the target binary image, acquiring the serial number of the optical fiber detection unit corresponding to the position of the pipe cleaner, and acquiring the position of the pipe cleaner according to the corresponding information of the serial number of the optical fiber detection unit and the serial number of the oil-gas pipeline identification pile. And corresponding the optical fiber monitoring distance of the distributed optical fiber sensing system to the actual geographic position of the oil and gas pipeline.)

基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置

技术领域

本发明属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种基于分布式光纤传感系统的清管器行进状态监测方法及装置。

背景技术

清管作业是油气管道运行中一项重要且必不可少的工作，作用包括提高生产效率，减少内部腐蚀，保障安全生产，延长管道寿命等。然而，清管也是一项高风险作业，因为一旦清管器卡在某个位置且不能及时定位，则会影响油气的正常输送甚至危及管道安全，因此，对清管器进行跟踪定位，监测清管器的行进状态是清管作业中一项极为重要的内容。传统的清管器追踪方法有放射性同位素法、机械法、声波法、压力法和磁场法等。尽管清管器跟踪定位技术在不断完善，但系统组成和使用方法并未发生根本性改变，仍然需要由操作人员携带接收器驾车在野外管道沿线各点监测清管器的通过情况。这种作业方式不仅耗费人力、物力、财力，而且只能实现定点跟踪，不能对清管器全程实时监测。

基于光纤传感原理的清管器跟踪定位方法，利用管道同沟敷设的通信光缆作为传感器，采集清管器在管道中移动时与管壁发生摩擦、碰撞产生的振动，获得清管器的实时位置。其设备安装简单，可以大幅降低清管跟踪作业成本和人工劳动强度，并可以对清管器位置进行全过程实时在线跟踪，且不依赖除光纤以外的任何条件，是未来清管器跟踪定位技术的重要发展方向。

现有基于光纤传感原理的清管器跟踪定位方法主要通过查找和筛选二维矩阵信号中的直线段，再判断直线交点的方法对清管器进行定位，但其定位信息只与光纤距离有关，没有和油气管线的实际地理位置进行对应。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法及装置，以将分布式光纤传感系统的光纤监测距离与油气管线的实际地理位置进行对应。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法，包括：

(1)截取目标时间段内的振动瀑布图，并对所述振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；

(2)从所述第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，所述左侧模板和所述右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；

(3)使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；

(4)将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；

(5)提取出所述目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。

优选地，步骤(3)包括：

使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵；

使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到右侧模板滤波矩阵。

优选地，步骤(4)包括：

将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，将叠加值大于0的部分置1，得到第二二值化图像；

将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到目标二值化图像。

优选地，步骤(5)包括：

(5.1)采用m×n的结构元素，对所述目标二值化图像进行膨胀i次得到膨胀后的二值化图像，其中，m、n及i为正数；

(5.2)对所述膨胀后的二值化图像进行连通域标记，对于每个所述连通域，获取该连通域最左侧的列索引min_p_col和最右侧的列索引max_p_col，再获取该连通域最下方的行索引max_p_row，并提取max_p_row对应的所有列索引，记为数组bottom_col；

(5.3)判断min_p_col或max_p_col是否包含于数组bottom_col，若min_p_col或max_p_col均不包含于数组bottom_col，并且max_p_row小于所述膨胀后的二值化图像的纵向长度，则表明该连通域的底部不处于所在区域的最左侧或最右侧，并且该连通域的底部不处于所述膨胀后的二值化图像的底部，则可判断该连通域为V字形状；

(5.4)记录所有V字形状对应连通域的列索引数组bottom_col，统计其最小值和最大值，则所述最小值和所述最大值对应的光纤探测单元序号为所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号。

优选地，所述方法还包括：

每隔一段时间，进行一次清管器定位，获得清管器的位置和时刻信息；

根据该时刻和上一时刻的位置信息，估算前一时间段的清管器行进速度。

优选地，所述方法还包括：

利用最近的t个时间段的速度估值，由V_t＝a₁V_t-1+a₂V_t-2+...+a_kV_t-k对清管器当前的行进速度进行预测，其中，a₁,a₂...a_k表示系数，V_t-1,V_t-2,...,V_t-k表示t个时间段的速度估值；

使用V_t预测清管器到达最近的标识桩的时刻T_predict；

若检测到清管器应该到达某标识桩的时间已经超时T_delay，即在T_predict+T_delay时刻，清管器仍没有到达最近的标识桩位置，则表示清管器阻塞，发出清管器阻塞警示信息。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测装置，包括：

二值化单元，用于截取目标时间段内的振动瀑布图，并对所述振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；

模板选择单元，用于从所述第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，所述左侧模板和所述右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；

第一模板匹配单元，用于使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；

第二模板匹配单元，用于将所述左侧模板滤波矩阵与所述右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将所述左侧模板和所述右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用所述双侧模板对所述第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；

定位单元，用于提取出所述目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。

优选地，所述第一模板匹配单元，用于使用所述左侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵；使用所述右侧模板对所述第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到右侧模板滤波矩阵。

优选地，所述定位单元，用于采用m×n的结构元素，对所述目标二值化图像进行膨胀i次得到膨胀后的二值化图像，其中，m、n及i为正数；对所述膨胀后的二值化图像进行连通域标记，对于每个所述连通域，获取该连通域最左侧的列索引min_p_col和最右侧的列索引max_p_col，再获取该连通域最下方的行索引max_p_row，并提取max_p_row对应的所有列索引，记为数组bottom_col；判断min_p_col或max_p_col是否包含于数组bottom_col，若min_p_col或max_p_col均不包含于数组bottom_col，并且max_p_row小于所述膨胀后的二值化图像的纵向长度，则表明该连通域的底部不处于所在区域的最左侧或最右侧，并且该连通域的底部不处于所述膨胀后的二值化图像的底部，则可判断该连通域为V字形状；记录所有V字形状对应连通域的列索引数组bottom_col，统计其最小值和最大值，则所述最小值和所述最大值对应的光纤探测单元序号为所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号。

按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)通过V字形的左侧棱和右侧棱进行模板匹配及图像处理，提取清管器振动信号并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息进行定位，将分布式光纤传感系统的光纤监测距离与油气管线的实际地理位置进行对应，提高了定位准确率。

(2)对清管器的行进状态进行评估和预判。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种清管作业过程中的振动瀑布图；

图3是本发明实施例提供的一种振动数据二值化图像；

图4是本发明实施例提供的一种从振动信号片段中选取的左侧模板和右侧模板，其中，(a)为左侧模板，(b)为右侧模板；

图5是本发明实施例提供的一种左侧模板滤波结果；

图6是本发明实施例提供的一种右侧模板滤波结果；

图7是本发明实施例提供的一种叠加结果；

图8是本发明实施例提供的一种拼接成的双侧模板；

图9是本发明实施例提供的一种最终二值图像；

图10是本发明实施例提供的一种原始二值图像直接进行双侧模板滤波；

图11是本发明实施例提供的一种膨胀结果；

图12是本发明实施例提供的一种“V字”形状的选择和定位结果；

图13是本发明实施例提供的一种清管器的行进路线；

图14是本发明实施例提供的一种装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例一

图1是本发明实施例提供的一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法的流程示意图，包括以下步骤：

S1：截取目标时间段内的振动瀑布图，并对振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；

在本发明实施例中，光纤监测距离与油气管线地理位置对应方法为：

1)油气管线在铺设之时，每隔一定里程会设置对应的标识桩，用于标记地理位置。标识桩一般设置于油气管道和伴行光缆的正上方。每个标识桩都有唯一的序号。

2)人员到达每个标识桩的位置现场，在光缆正上方，使用重锤等工具对标识桩附近的土壤进行有规律的敲击。

3)对于分布式光纤振动传感系统采集到的信号，全段光缆共包含N个探测单元，这N个探测单元的位置是连续的，每个探测单元的序号代表了其对应的空间位置。因此，分布式光纤振动传感系统在每一时刻采集到的数据就是一个1行N列的矩阵。将各个时刻采集的数据矩阵按照从下往上的顺序进行拼接(即上部的数据对应新的时刻)，即得到一段时间内的全段振动信号矩阵，此矩阵的横轴为距离，纵轴为时间，由全段振动信号矩阵绘制而成的光纤振动数据图像，称之为振动瀑布图。

4)观察振动瀑布图，对应已知的敲击规律，可以读取这个标识桩所在位置的光纤探测单元序号(即得到这个位置的光纤监测距离)。

5)获得所有标识桩序号和其光纤探测单元序号的对应信息，存储于一个列表中。

在本发明实施例中，利用光纤振动信号定位清管器的原理为：

清管器皮碗的外沿与管道内壁弹性密封，用管输介质产生的压差为动力，推动清管器沿管道运行，依靠清管器自身或其所带机具所具有的刮削、冲刷作用来清除管道内的结垢或沉积物。清管器在经过管道焊接缝隙时，与管道焊接缝隙撞击会产生强烈的振动波，并且振动波会沿着金属管壁向前后两个方向传播。因此，每一次清管器与管道焊接缝隙的撞击，在一段区域振动波形所绘制的瀑布图上，会呈现出一个类似“V字”的形状。“V字”的底端所在位置，即指示了这次撞击的振动源的位置，根据纵轴对应的时间点，即可得到这次撞击发生的时刻。通过提取每次清管器与管道焊接缝隙撞击发生的时刻和位置，即可推算清管器在管道中行进的速度和状态。

S2：从第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，左侧模板和右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；

其中，二值化所用方法可有：最大类间方差法、最大熵阈值法、迭代法等。

其中，可以从第一二值化图像中选取一段振动信号片段，从中选取一个“左侧模板”和一个“右侧模板”，分别对应“V字”的左侧棱和右侧棱，“左侧模板”和“右侧模板”的大小一致且底部平齐。

S3：使用左侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用右侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；

在本发明实施例中，步骤S3可以通过以下方式实现：

使用左侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵；

在本发明实施例中，左侧模板滤波矩阵可以通过以下方式实现：

使用左侧模板在第一二值化图像上从原点开始滑动，计算左侧模板与第一二值化图像中被左侧模板覆盖的区域的标准相关匹配(即归一化相关系数)，将归一化相关系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，然后将每次的计算结果放入一个矩阵里，得到左侧模板滤波矩阵。

使用右侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到右侧模板滤波矩阵。

在本发明实施例中，右侧模板滤波矩阵可以通过以下方式实现：

使用右侧模板在第一二值化图像上从原点开始滑动，计算右侧模板与第一二值化图像中被右侧模板覆盖的区域的标准相关匹配(即归一化相关系数)，将归一化相关系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，然后将每次的计算结果放入一个矩阵里，得到右侧模板滤波矩阵。

其中，阈值T的大小可以根据实际情况确定，本发明实施例不做唯一性限定。

S4：将左侧模板滤波矩阵与右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将左侧模板和右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用双侧模板对第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；

在本发明实施例中，步骤S4可以通过以下方式实现：

将左侧模板滤波矩阵与右侧模板滤波矩阵进行叠加，将叠加值大于0的部分置1，得到第二二值化图像；

在本发明实施例中，可以通过以下方式得到第二二值化图像：

将左侧模板滤波矩阵与右侧模板滤波矩阵中的数值进行相加，将数值大于0的部分置1(即矩阵相加后的结果，0仍然是0，1或2都被置为1)，得到第二二值化图像。

将左侧模板和右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用双侧模板对第二二值化图像进行模板匹配，将匹配系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到目标二值化图像。

在本发明实施例中，目标二值化图像可以通过以下方式实现：

使用双侧模板在第二二值化图像上从原点开始滑动，计算双侧模板与第二二值化图像中被双侧模板覆盖的区域的标准相关匹配(即归一化相关系数)，将归一化相关系数小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，然后将每次的计算结果放入一个矩阵里，得到目标二值化图像。

S5：提取出目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。

在本发明实施例中，步骤S5可以通过以下方式实现：

S5.1：采用m×n的结构元素，对目标二值化图像进行膨胀i次得到膨胀后的二值化图像，其中，m、n及i为正数，具体值可以根据实际需要确定；

S5.2：对膨胀后的二值化图像进行连通域标记，对于每个连通域，获取该连通域最左侧的列索引min_p_col和最右侧的列索引max_p_col，再获取该连通域最下方的行索引max_p_row，并提取max_p_row对应的所有列索引，记为数组bottom_col；

S5.3：判断min_p_col或max_p_col是否包含于数组bottom_col，若min_p_col或max_p_col均不包含于数组bottom_col，并且max_p_row小于膨胀后的二值化图像的纵向长度，则表明该连通域的底部不处于所在区域的最左侧或最右侧，并且该连通域的底部不处于膨胀后的二值化图像的底部，则可判断该连通域为V字形状；

S5.4：记录所有V字形状对应连通域的列索引数组bottom_col，统计其最小值和最大值，则最小值和最大值对应的光纤探测单元序号为目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号。

其中，最小值和最大值都各自对应一个光纤探测单元序号，即表示清管器在这段时间内的行进位置范围。

在本发明实施例中，该方法还包括：

每隔一段时间，进行一次清管器定位，获得清管器的位置和时刻信息；

根据该时刻和上一时刻的位置信息，估算前一时间段的清管器行进速度。

在本发明实施例中，该方法还包括：

利用最近的t个时间段的速度估值，由V_t＝a₁V_t-1+a₂V_t-2+...+a_kV_t-k对清管器当前的行进速度进行预测，其中，a₁,a₂...a_k表示系数，V_t-1,V_t-2,...,V_t-k表示t个时间段的速度估值；

使用V_t预测清管器到达最近的标识桩的时刻T_predict；

若检测到清管器应该到达某标识桩的时间已经超时T_delay，即在T_predict+T_delay时刻，清管器仍没有到达最近的标识桩位置，则表示清管器阻塞，发出清管器阻塞警示信息。

实施例二

如图2所示，为某次清管器作业过程中的60秒振动瀑布图。(图像上部为较新时刻的数据)：

清管器在行进过程中与管道焊接缝隙的每一次撞击，都会在振动瀑布图上产生一个类似“V字”的形状。“V字”的底部即振动源位置，因此，需要将每个“V字”形状的底部进行提取和识别。

清管器信号提取步骤如下：

1)采用最大类间方差法(大津法，Otsu)对振动瀑布图进行二值化，所得结果如图3所示，可见其中还包含大量其他干扰信号，在图像中除了清管器撞击管道焊缝产生的多个“V字”形状，还存在大量的方向接近垂直的类似竖直线的形状干扰。为了滤除其他振动干扰，有效提取出“V字”形状，采用模板匹配的方式对图像进行滤波。

2)选取一段二值化后的振动信号片段，从中选取一个“左侧模板”和一个“右侧模板”，分别对应“V字”的左侧棱和右侧棱，“左侧模板”和“右侧模板”的大小一致且底部平齐。选取的“左侧模板”和“右侧模板”如图4所示，其中(a)为左侧模板，(b)为右侧模板；

3)使用“左侧模板”对二值化后的图像进行模板匹配运算，再将小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵，如图5所示；

4)使用“右侧模板”对二值化后的图像进行模板匹配运算，再将小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到右侧模板滤波矩阵，如图6所示；

5)将左侧模板滤波矩阵与右侧模板滤波矩阵叠加，将大于0的部分置1，再次得到一幅二值图像，如图7所示，可以看到图像中的其他振动干扰(竖直线)已被滤除，但是，每个“字母V”形状的底部，还不够清晰。

6)将左侧模板和右侧模板进行拼接，得到一个拼接后的双侧模板，如图8所示，用双侧模板对上一步得到的二值图像进行模板匹配运算，再将小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到最终二值图像P_extract，如图9所示，可见每个“字母V”形状的底部，得到了增强。

采用此种计算方式，更有利于对振动瀑布图中“V字”形状底部的提取和增强。若使用双侧模板直接对原始二值图像直接进行模板滤波，结果如图10所示，与图9对比，图10中的“V字”形状底部存在中断的现象，且不如图9中的清晰。

已经对原始振动瀑布图滤除了干扰信号，并增强了各个“V字”形状的底部。之后，将每个“V字”形状分别单独提取出来，并对形状底部进行定位，即可实现对清管器的定位，计算过程如下：

1)采用3×3的结构元素，对图9的结果进行膨胀，迭代3次，目的是为了每个独立的“字母V”形状能够尽量连通，所得结果如图11所示；

2)对上一步结果进行连通域标记。对于每个连通域，获取其最左侧的列索引min_p_col和最右侧的列索引max_p_col；再获取其最下方的行索引max_p_row并提取max_p_row对应的所有列索引，记为数组bottom_col。判断min_p_col或max_p_col是否包含于数组bottom_col，如果min_p_col或max_p_col均不包含于数组bottom_col，并且max_p_row小于整幅图像的纵向长度，即连通域的底部不处于所在区域的最左侧或最右侧，并且连通域的底部不处于整幅图像的底部，即可判断这个连通域是一个我们需要的“字母V”形状。图12中展示了多个“字母V”形状的选择和定位结果(由黑色圆点标记)；

3)记录所有获得的列索引数组bottom_col，统计其最小值和最大值，即获得这60s内，清管器所在位置对应的光纤探测单元序号。通过查找光纤探测单元序号与油气管线标识桩的位置对应信息，即可以获得清管器的位置信息。

在某天然气管道清管作业期间开展了现场试验。通过光纤跳线与管道同沟光缆中的一芯光纤连接，选取的该芯光纤平均损耗为0.25dB/km。光缆与管道同沟敷设，位于管道上方。监测距离约23km，沿途共设置有20个标识桩(命名为00#-19#)。清管器作业过程中，到达各标识桩的时刻记录见表1：

表1某管线清管器作业过程到达各标识桩的时刻记录

清管器的行进路线如图13所示。可以估算得到，在清管过程中，清管器的行进速度约为240-360m/分钟，数据整体斜率较为一致，清管器在作业期间未出现阻塞情况。利用分布式光纤振动传感系统能够对清管器的行进状态进行有效的实时监测。

如图14所示是本发明实施例提供的一种基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测装置，其特征在于，包括：

二值化单元1401，用于截取目标时间段内的振动瀑布图，并对振动瀑布图进行二值化得到第一二值化图像；

模板选择单元1402，用于从第一二值化图像中选取大小一致且底部齐平的左侧模板和右侧模板，其中，左侧模板和右侧模板分别对应V字形的左侧棱和右侧棱；

第一模板匹配单元1403，用于使用左侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，得到左侧模板滤波矩阵，使用右侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，得到右侧模板滤波矩阵；

第二模板匹配单元1404，用于将左侧模板滤波矩阵与右侧模板滤波矩阵进行叠加，得到第二二值化图像，将左侧模板和右侧模板进行拼接，得到拼接后的双侧模板，用双侧模板对第二二值化图像进行模板匹配，得到目标二值化图像；

定位单元1405，用于提取出目标二值化图像中的各V字形状，并对各V字形状底部进行定位，获取目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号，并根据光纤探测单元序号与油气管线标识桩序号的对应信息，得到清管器所在位置。

在本发明实施例中，上述第一模板匹配单元1403，用于使用左侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，将小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到左侧模板滤波矩阵；使用右侧模板对第一二值化图像进行模板匹配，将小于阈值T的部分置0，大于等于阈值T的部分置1，得到右侧模板滤波矩阵。

在本发明实施例中，上述定位单元1405，用于采用m×n的结构元素，对目标二值化图像进行膨胀i次得到膨胀后的二值化图像，其中，m、n及i为正数；对膨胀后的二值化图像进行连通域标记，对于每个连通域，获取该连通域最左侧的列索引min_p_col和最右侧的列索引max_p_col，再获取该连通域最下方的行索引max_p_row，并提取max_p_row对应的所有列索引，记为数组bottom_col；判断min_p_col或max_p_col是否包含于数组bottom_col，若min_p_col或max_p_col均不包含于数组bottom_col，并且max_p_row小于膨胀后的二值化图像的纵向长度，则表明该连通域的底部不处于所在区域的最左侧或最右侧，并且该连通域的底部不处于膨胀后的二值化图像的底部，则可判断该连通域为V字形状；记录所有V字形状对应连通域的列索引数组bottom_col，统计其最小值和最大值，则最小值和最大值对应的光纤探测单元序号为所述目标时间段内清管器所在位置对应的光纤探测单元序号。

其中，各单元的具体实施方式可以参考上述方法实施例的描述，本发明实施例将不再复述。

实施例三

本申请还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现方法实施例中的基于分布式光纤传感的清管器行进状态监测方法。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。