*，管道運輸具有平穩連續，安全性好，運輸量大，質量易保證，物料損失小以及占地少，運費低等特點，已經成為石油運輸的方式。然而，管道的逐漸老化、各種介質的腐蝕以及人為破壞等因素，會引起管道泄漏，嚴重威脅著輸油管線的安全及周圍的自然環境，同時帶來不可估量的經濟損失。目前，國內外出現多種傳統輸油管線泄漏檢測及定位方法，其中包括：
　　
　　基于硬件的檢測方法，如人工巡線、“管道豬”、聲發射技術與光線檢測、電纜檢測及GPS檢測等；
　　
　　基于軟件的檢測方法，如負壓波法、壓力梯度法等。
　　
　　雖然方法很多，但是聲發射信號在輸油管道上傳播的距離極為有限，不利于長距離檢測。尤其是在時效性強與對泄漏點的定位的高要求與高標準方面還不盡人意。面對這些輸油生產和管線的安全運行新的挑戰，技術保障系統在油管道泄漏監測上的應用應運而生。其中采用GPS衛星信號觸發的分布式多點同步數據采集裝置定位技術是新的技術保障系統。該新技術保障系統實際上是由虛擬儀器技術、全網同步采樣技術以及基于GPS衛星信號觸發的分布式多點同步數據采集技術的合成，這三者緊密相連互為支撐。
　　
　　本文以基于虛擬儀器圖形軟件LabVIEW的GPS衛星信號觸發的多點同步數據采集技術在輸油生產和管線的安全運行應用為例，對新技術保障系統在油管道泄漏監測上的應用作研討。
　　
　　虛擬儀器圖形軟件LabVIEW技術理念
　　
　　當今，虛擬儀器技術己深入與普及。虛擬儀器技術結合了的圖形軟件、模塊化I/O和可擴展的平臺。利用虛擬儀器技術，工程師縮短了開發時間，并減少了設計成本設計出了更高質量的產品。
　　
　　而圖形軟件LabVIEW是使虛擬儀器靈活方便之根本。LabVIEW是虛擬儀器的重要部分，因為它提供了一個易于使用的應用程序開發環境，專門為工程師和科學家而設計。LabVIEW提供了許多強大的特性使得它能與很多硬件、軟件輕松連接。方便使用及其他特性又提供了虛擬儀器軟件開發環境所需的靈活性，從而產生了用戶定義的界面和用戶定義的應用程序功能。LabVIEW提供的眾多強大特性之一就是圖形化編程環境。利用LabVIEW，工程師可以通過在計算機屏幕上創建一個圖形化的用戶界面設計自定義的虛擬儀器；通過計算機屏幕，可以操作儀器程序、控制選擇的硬件以及分析采集的數據并顯示結果；可以使用旋鈕、按鈕、表盤和圖表自定義LabVIEW用戶界面，或者前面板，從而仿效傳統儀器的控制面板、創建自定義的測試面板或者可視化地表示過程控制和操作。
　　
　　基于GPS多點同步采樣測試網絡技術
　　
　　同步采樣技術分單元同步采樣、子網同步采樣以及基于GPS多點同步采樣測試網絡技術三種類型。在此以基于GPS多點同步采樣測試網技術為主作說明。
　　
　　所謂同步采樣也稱為跟蹤采樣，即為了使采樣頻率fs始終與系統實際運行的頻率f1保持固定的比例關系N=fs/f1，必須使采樣頻率隨系統運行的頻率的變化而實時地調整。這種同步采樣方式實施的技術保障可利用硬件測頻設備或軟件計算頻率的方法來配合實現。而多點同步采樣的大型測試網絡包含了基于GPS多點同步采樣測試絡網技術。這種測試網絡的特點之一是空間分布可以大到幾十km，其二是測量點數可以多達上千個。這種測試網絡中有很多情況下要求對各測試點同步采樣，例如管道泄漏的監測、電網浪涌的測試、地震波，風速的測量等，需要成百上千個測量點在同一時間嚴格的采樣信號。
　　
　　多點同步采樣大型測試網絡的核心是基于GPS同步采樣技術。在此先對GPS同步采樣技術理念作說明。
　　
　　由高精度晶振構成的振蕩器經過分頻能產生滿足采樣率要求的時鐘信號，它每隔15秒與GPS的每秒脈沖（PPs）信號同步1次，保證振蕩器輸出脈沖信號的前沿與GPS時間同步。由于各裝置都用振蕩器輸出的同步時鐘信號作為采樣脈沖輸出控制各自的數據采集，因此采樣是同步的。GPS接收機經標準串口將時間信息傳送給數據采集裝置，用于給采樣數據以“時間標簽”，以用于如管道的溫度（T）、流量（F）等數據傳送數據和處理。因此利用GPS實現的同步采樣，可保證各測試點的數據采樣高精度同步，其同步zui大誤差不超過lS，這是其它同步方法所*的。
　　
　　對于數字通信、有線電視網絡、電力系統等涉及時間信息的行業，也可以選擇使用方便、廉價的GPSOEM板。它有兩個輸出端口，一個是每秒輸出一個脈沖的lpps秒脈沖端口，另一個是輸出GPS電文信息的RS232接口。GPSOEM板在接收到的帶有有效時間信息的衛星電文后，輸出的秒脈沖信號與CPS時間的同步誤差在50ns內，與世界協調時（UTC）的同步誤差在1μs內。將其應用到需要精密授時的系統中，可以得到精度較高的時間同步系統。因此，基于GPS同步采樣技術必將在輸油管道泄漏監測上得到廣泛的應用。
　　
　　而實際應用的GPS衛星新型多點同步數據采集裝置架構它包括計算機、GPS衛星接收機及被測對象，其特征在于：計算機上設有PCI總線數據采集卡，GPS衛星接收機的秒脈沖信號與PCI總線數據采集卡數字觸發通道相連，GPS衛星的標準時間信號與計算機串口相接，被測對象與PCI總線數據采集卡模擬輸入通道相連，測試數據通過計算機網絡輸出。因此，基于GPS同步采樣技術的分布式數據采集裝置特別適合于在輸油管道泄漏監測有遠程定位的應用。
　　
　　其PCI總線是一種堅固的模塊化結構，結合了PCI電氣規范與Eurocard封裝，適合于工業計算機用）規范的擴展。CompactPCI定義了封裝堅固的工業版PCI總線架構，在硬件模塊易于裝卸的前提下提供的機械整合性。因此，PXI產品具有級別更高、定義更嚴謹的環境一致性指標，符合工業環境下振動、撞擊、溫度與濕度的極限條件。
　　
　　新型多點分布式同步數據采集裝置
　　
　　分布式同步數據采集與監控系統的重要功能之一，就是實現對數據的同步采集和對狀態的同步監控。實現這一系統的關鍵問題是提高同步數據采集卡的工作時間同步精度。
　　
　　用同步數據采集卡的同步采樣或用非同步數據采集卡的近似同步采樣可實現測試單元的同步數據采集，可方便地實現分布于不同地域的多地點進行嚴格時間同步的數據采集。那么基于虛擬儀器圖形軟件LabVIEW的多點同步采樣技術在輸油生產和管線的安全運行的技術保障系統（即在輸油管道泄漏監測應用）如何實現呢？
　　
　　1、管道泄漏監測的設計思想
　　
　　在輸油管道沿線各分站安裝計算機或其他數據采集裝置，采集輸油管道中的壓力、溫度和流量信號，通過計算機網絡、無線公用網絡、電臺等介質傳輸到總控主機，在總控主機對數據進行分析和管理，發現泄漏時進行報警和定位泄漏點。
　　
　　輸油管道泄漏監測系統需要各分站計算機嚴格同步進行數據采集，相同時刻的采樣數據同時到達做分析定位的總控主機上位機以確定泄漏點位置。但是由于目前網絡技術水平的限制，這幾乎是不可能做到的。為了彌補網絡環境造成的數據傳輸時間差異，可以將采樣數據加上“時間標簽”傳輸到主控的上位機，在進行泄漏點定位時再將采樣數據按采樣時間“對齊”?？捎没谲浖臋z木術的壓力梯度法進行管道泄漏定位，并可得到管道上下游兩站的采樣數據到達控制中心的時間誤差Δt。根據公式實際計算則每1s的數據同步誤差將造成大約500m的定位誤差，而采用GPS衛星信號觸發的數據采集技術使數據的時間同步誤差降到3μs，由數據傳輸時間誤差造成的定位誤差將降低到3m之內。
　　
　　需要指出是其各同步采集卡對管道模擬量溫度（T）、流量（F）設置采樣率為1000S/s，采樣數500S，即采樣時間500ms。而總控主機程序中從兩個端口分別接收來自一段管道上下游兩站的信號。
　　
　　2、多點同步采樣技術
　　
　　輸油管道泄漏監測實施包含技術有GPS衛星信號觸發的DAQmx程序與分站程序結構及主站程序結構三方面技術。在此以GPS衛星信號觸發的DAQmx程序應用為重點作介紹。具體以什么是DAQmx程序、新一代DAQ驅動軟件及LabVIEW包含兩個設備驅動程序的應用作研討。
　　
　　DAQ是英文DataAcquisition（數據采集）的縮寫。數據采集（DAQ）是指測量：電壓、電流、溫度、壓力、聲音、編碼數據等電氣或物理現象的過程。其DAQ應用為測量及可視化、數據日志記錄、控制、自動化測試及監控等領域。
　　
　　而DAQmx是DAQ驅動軟件發展的新一代產品（如以NI公司產為例），它能幫助更快速創建、測試并使用高性能的測量應用程序。其DAQmx測量服務軟件，除了具備數據采集（DAQ）驅動的基本功能之外，還具備更高工作效率，更多性能優勢，故得以在虛擬儀器技術領域以及基于計算機技術的數據采集方面得到廣泛應用。DAQmx測量服務軟件配合所有DAQmx支持的DAQ板卡，可具有以下特性：對所有多功能數據采集（DAQ）硬件都用統一簡單的編程界面，編寫模擬輸入、模擬輸出、數字I/O及計數器程序；使用多線程且經過優化的單點I/O功能，運行速度可以提高1000倍；在各種編程環境如LabVIEW，LabWindows/CVI，VisualStudio.NET，andC/C++中用的是同樣的VI程序或函數；運用Measurement&AutomationExplorer（MAX），數據采集助理（DAQAssistant），以及VILogger數據記錄軟件，節省大量的系統配置、開發和數據記錄時間。
　　
　　LabVIEW包含兩個設備驅動程序——傳統DAQ和DAQmx，在這兩個驅動程序基礎上形成了兩套獨立的數據采集系統。在這兩種數據采集系統中，首先應該考慮現有的數據采集硬件。而新的M系列數據采集卡，能使用DAQmx。所以LabVIEW圖形軟件在此采用DAQmx的GPS衛星信號觸發采樣程序。程序中的VI（virtualinstrument-虛擬儀器）如下：
　　
　　DAQmxCreateTask：創建數據采集任務；
　　
　　DAQmxCreateChannel：創建數據采集通道。設置采樣的設備及其物理通道、信號連接方式、信號極限設置、通道名、單位、換算等參數；
　　
　　DAQmxTiming：定時。設置采樣數、采樣率和采樣方式；
　　
　　DAQmxTrigger：觸發。設置觸發形式為數字信號邊沿的上升沿（Rising）。觸發源（source）為PFl0，使用PCI-6221數據采集L時，將GPS衛星信號接收機的秒脈沖信號接到CB68接線端子的1l針；
　　
　　DAQmxControlTask：任務控制。設置為發送任務（commit）；
　　
　　DAQmxRead：讀取數據。選擇多通道多采樣返回二維浮點數組實例；
　　
　　DAQmxStopTask：停止任務。
　　
　　結語
　　
　　利用GPS衛星信號觸發的新型多點同步數據采集裝置架構，可以使輸油管道泄漏監測與保護系統的采樣脈沖時間誤差保持在幾個μS以內，從而使對泄漏檢測的靈敏度、泄漏檢測的及時性、泄露的誤報率等確定故障點位置與定位的精度得到很大提高與保障。