随着社会经济的高速发展,人们越来越注重绿色能源的利用,作为绿色能源代表之一的天然气得到非常普遍的使用,天然气的有效供应成为很多家庭和企业的关键需求。埋地输气管道错综复杂地分布于城市的各个区域,随着时间的推移,管道老化、受损等问题越来越严重,管道安全事故频繁发生。不同于输油管道泄漏,由于天然气无色无味,其泄漏往往具有隐蔽性且破坏性极高。因此,社会迫切的需要一套输气管道监测系统以实现有效的管道泄漏监测与精准定位功能。针对上述问题,本文设计了一套基于VMD-SSA降噪和1+N元线性阵列联合定位方法的输气管道泄漏监测系统,可以对管道信息进行实时监测并在泄漏状况发生时实施精准定位。在完成系统研究中做的工作和取得的相应成果如下:首先,介绍了天然气管道运输的背景,综合比较了各个检测方法的优缺点,结合未来的发展趋势、监测系统的需求,选定了基于泄漏声波的检测和定位方法。通过分析管道泄漏声波信号的产生机理、噪声来源,结合泄漏声波特点以及传统小波阈值降噪的局限性,提出了一种变分模态分解和奇异谱分析（VMD-SSA）的联合降噪算法,并通过引入能量熵以及能量贡献率解决了VMD方法重构时模态数以及奇异谱重构时奇异值数难以确定的问题。通过实验对改进方法进行了验证,其验证结果表明,改进方法在泄漏声波信号的降噪上有着优异的表现,降噪后的信号能够最大程度的保留原始泄漏信号特征,相较于小波软阈值、VMD降噪方法,改进方法降噪后的SNR均增量分别提升32.3%、21.9%;RMSE均减量分别提高17.6%、10.1%。然后,由于在传统1+1元线性阵列定位模型中,泄漏声波信号的传播速度难以计算,大多数通过理论值替代,导致最终定位误差过高。针对这一问题本文提出了一个基于1+N元线性阵列和时延估计的管道泄漏定位模型,该模型可以实现对泄漏声波波速和时延值的准确计算,利用多次计算取均值的思想提高了定位精确度。通过实验对改进模型进行了验证,其结果显示N=4时定位效果最优,相较于传统1+1元线性阵列,1+4元线性阵列在管道泄漏定位中定位精度的平均误差率下降了75.7%,是一种定位性能更好的方法。最后,本文综合了降噪和定位算法、监测技术、软硬件设计3个层面的研究内容,基于STM32芯片和NB-Io T技术设计了一套输气管道远程在线监测系统。该系统硬件终端主要包含MCU以及其外围电路模块、采集数据的传感器模块、NBIo T通信模块、电源模块、程序下载电路以及GPS模块。将改进联合定位算法嵌入系统中,并通过测试验证了所设计系统的基本功能以及精准定位性能。图[101]表[9]参[99]