本发明涉及管道加热控制，尤其涉及基于pcb监控的管道加热控制系统及方法。
背景技术：
1、随着深海油气的开发，稠油结蜡点低已成为影响海洋油气开采效率和安全的一大难题。由于深海区域的温度随着深度的增加而降低，开采出的稠油多处于低温环境下，同时，稠油的含蜡量较高、凝点较低，因此，低温环境更加容易导致开采出的稠油出现结蜡问题，这类蜡状物如果没有相应的清理或熔化措施，将会影响管道的运输效率，甚至会导致整个管线出现蜡堵事故，造成极大的经济损失。
2、基于pcb监控的管道加热技术能够有效控制管道内部含蜡物质的生成和沉淀，管道加热技术不需要单独设置人工进行操作，并且在出现蜡堵事故时，能够通过对管道进行加热将蜡堵熔化，避免了在管道上进行开孔，因此，管道加热技术是一项行之有效的管道保温和解堵技术。
3、在实际生产中，当管道内稠油未充满管道时，管道中会产生空腔，而空腔部分因缺少稠油的热传导更易产生过热积热，导致管道壁局部温度过高，引发管道材料变形、应力集中等问题，影响管道寿命和安全性，目前的管道加热控制技术以恒定功率对整个管道进行加热，未能针对管道内的蜡堵情况主动调节其加热功率且难以解决空腔导致的管道壁积热问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供基于pcb监控的管道加热控制系统及方法，通过对管道内部的空腔分布和堵塞程度进行量化分析，为管道加热控制提供了科学依据，提升了管道运输效率和管道安全性。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明的实施例提供基于pcb监控的管道加热控制方法，包括下述步骤：
4、采集管道内部的超声波扫描图像，并基于所述超声波扫描图像进行三维重建，获得管道内部的三维超声图像；
5、基于所述三维超声图像分析管道内部的空腔分布，获得空腔分布系数；
6、基于所述三维超声图像分析管道内部的堵塞程度，获得管道堵塞系数；
7、综合所述空腔分布系数和所述管道堵塞系数确定加热装置的最佳加热功率，并依据所述最佳加热功率对加热装置进行控制。
8、作为优选的技术方案，所述基于所述超声波扫描图像进行三维重建，包括：
9、对所述超声波扫描图像进行图像预处理，图像预处理包含图像灰度化、图像滤波和图像增强，获得超声波灰度图像；
10、通过vtk（visualization toolkit）工具包中的vtkjpegreader类读取所述超声波灰度图像，将所述超声波灰度图像转换为三维矩阵数据，其中，vtk工具包是一种开源的可视化工具包，主要用于三维计算机图形学、图像处理和可视化；
11、对所述三维矩阵数据进行坐标变换，通过三维重建算法将所述三维矩阵数据转换为三维空间中的体素数据，所述三维重建算法包含体素最近邻算法（voxel-nearestneighbor，vnn）和距离加权算法（distance-weighted，dw）；
12、通过所述vtk工具包中的vtkvolumemapper类对所述体素数据进行数据映射，将所述体素数据转换为所述三维超声图像。
13、作为优选的技术方案，所述获得空腔分布系数，包括：
14、提取所述三维超声图像中的空腔体素和管道内壁体素；
15、通过所述空腔体素和所述管道内壁体素计算空腔与管道内壁的接触面积和空腔体积，所述空腔体积为单个空腔体素体积与空腔体素数量的乘积；
16、通过所述接触面积和所述空腔体积计算空腔分布系数，空腔分布系数计算公式如下：
17、；
18、式中表示空腔与管道内壁的接触面积，表示管道内壁的总面积，表示空腔体积，表示管道容积，表示第一调节因子，表示空腔分布系数。
19、作为优选的技术方案，所述计算空腔与管道内壁的接触面积，包括：
20、遍历所述空腔体素，若所述空腔体素的6邻域体素中包含管道内壁体素，则将该空腔体素标记为邻接空腔体素；
21、计算空腔与管道内壁的接触面积，接触面积计算公式如下：
22、；
23、式中表示第个邻接空腔体素的6邻域体素中包含管道内壁体素的数量，表示邻接空腔体素的边长，表示邻接空腔体素的数量，表示空腔与管道内壁的接触面积。
24、作为优选的技术方案，所述获得管道堵塞系数，包括：
25、提取所述三维超声图像中的管道横截面和堵塞物体素，所述管道横截面为管道在垂直于流体流动方向上的截面；
26、遍历所述管道横截面提取所述管道横截面中的堵塞物面积，计算堵塞面积占比系数，堵塞面积占比系数计算公式如下：
27、；
28、式中表示第层管道横截面中的堵塞物面积，表示第层管道横截面的面积，表示管道横截面的层数，表示堵塞面积占比系数；
29、通过所述堵塞物体素计算堵塞物聚集系数，并基于所述堵塞面积占比系数和所述堵塞物聚集系数计算管道堵塞系数，管道堵塞系数计算公式如下：
30、；
31、式中表示堵塞面积占比系数，表示堵塞物聚集系数，表示第二调节因子，表示管道堵塞系数。
32、作为优选的技术方案，所述计算堵塞物聚集系数，包括：
33、依次计算不同堵塞物体素间的中心距离，并通过所述中心距离计算堵塞物体素间的聚集度；
34、计算堵塞物聚集系数，堵塞物聚集系数计算公式如下：
35、；
36、式中表示堵塞物体素与堵塞物体素的聚集度，表示堵塞物体素间的聚集度的最小值，表示堵塞物体素间的聚集度的最大值，表示堵塞物体素的数量，表示堵塞物聚集系数。
37、作为优选的技术方案，所述确定加热装置的最佳加热功率，包括：
38、将所述空腔分布系数和所述管道堵塞系数代入最佳加热功率计算公式中计算所述最佳加热功率，所述最佳加热功率计算公式如下：
39、；
40、式中表示空腔分布系数，表示管道堵塞系数，表示加热装置的标准加热功率，表示最佳加热功率。
41、在此需要说明的是，这里的第一调节因子和第二调节因子的取值方式为：采集5000张管道内部的超声波扫描图像，对加热装置的加热功率是否满足管道运输要求进行区分，通过分析超声波扫描图像获得空腔分布系数和管道堵塞系数，并将空腔分布系数和管道堵塞系数代入最佳加热功率计算公式中进行计算，将计算得到的最佳加热功率和区分结果同时导入拟合软件中，输出符合区分结果区分准确率的最优第一调节因子和第二调节因子。
42、第二方面，本发明的实施例提供基于pcb监控的管道加热控制系统，包括：
43、三维超声图像获取模块，用于采集管道内部的超声波扫描图像，并基于所述超声波扫描图像进行三维重建，获得管道内部的三维超声图像；
44、空腔分布系数获取模块，用于基于所述三维超声图像分析管道内部的空腔分布，获得空腔分布系数；
45、管道堵塞系数获取模块，用于基于所述三维超声图像分析管道内部的堵塞程度，获得管道堵塞系数；
46、最佳加热功率获取模块，用于综合所述空腔分布系数和所述管道堵塞系数确定加热装置的最佳加热功率，并依据所述最佳加热功率对加热装置进行控制。
47、第三方面，本发明的实施例提供一种电子设备，包括：处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的计算机程序，执行基于pcb监控的管道加热控制方法。
48、第四方面，本发明的实施例提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行基于pcb监控的管道加热控制方法。
49、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
50、本发明通过采集管道内部的超声波扫描图像，并基于超声波扫描图像进行三维重建获得管道内部的三维超声图像，通过三维超声图像对管道内部的空腔分布和堵塞程度进行量化分析，进而综合量化分析结果确定加热装置的最佳加热功率，提升了管道运输效率和管道安全性。
1.基于pcb监控的管道加热控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于pcb监控的管道加热控制方法，其特征在于，所述获得空腔分布系数，包括：
3.根据权利要求2所述的基于pcb监控的管道加热控制方法，其特征在于，所述计算空腔与管道内壁的接触面积，包括：
4.根据权利要求1所述的基于pcb监控的管道加热控制方法，其特征在于，所述获得管道堵塞系数，包括：
5.根据权利要求4所述的基于pcb监控的管道加热控制方法，其特征在于，所述计算堵塞物聚集系数，包括：
6.根据权利要求1所述的基于pcb监控的管道加热控制方法，其特征在于，所述确定加热装置的最佳加热功率，包括：
7.基于pcb监控的管道加热控制系统，其基于权利要求1-6中任一项所述的基于pcb监控的管道加热控制方法实现，其特征在于，所述系统包括：
8.一种电子设备，包括：处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序；其特征在于，所述处理器通过调用所述存储器中存储的计算机程序，执行如权利要求1-6任一项所述的基于pcb监控的管道加热控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-6任一项所述的基于pcb监控的管道加热控制方法。
