管道运输作为重要运输方式之一,常用于输送石油、天然气等物资。近几十年来,随着国民经济快速发展,对这些重要物资的需求量也越来越大,管道行业也在迅猛发展。许多管道布置在地面之上,并且跨越各种复杂地形。由于山体滑坡、落石、人为损害等各种因素,管道运输安全受到严重威胁,容易发生各种危险事故。快速准确检测和定位管道碰撞是一个紧迫且极具研究价值的重要课题。本文针对目前一般管道碰撞定位系统面临的问题,通过设计碰撞定位观测系统和研究新的碰撞定位信息提取算法,实现了管道碰撞的二维精确定位。具体内容如下:碰撞定位观测系统包括传感器和数据采集两个部分。传感器选用压电陶瓷(PZT)接收信号,具有稳定性好、带宽大和易于分布式布局等优点。数据采集部分设计了一套基于FPGA的四通道同步数据采集系统,与通用采集卡相比,具有成本低等优点。碰撞定位信息提取算法包括信号到时提取和碰撞定位计算两个重要内容。基于希尔伯特变换的包络法是提取信号到时的一种有效方法,但是这种方法取决于触发阈值的选取,阈值选取不正确会导致定位计算出现误差。事实上,随着声波的传播,信号的瞬时相位会发生规律的发生变化(-π~π),这同样是信号的一个重要特征参数,信号到时可以由瞬时相位的周期性决定。本文提出了一种基于瞬时相位且无需选择触发阈值的提取到时新方法。大部分管道碰撞定位方法都是沿其轴向方向进行一维定位。本文提出了一种基于几何近似和周向约束的二维碰撞定位方法,可以确定沿管道轴向方向和周向方向的碰撞位置。最后搭建管道碰撞定位实验平台,对上述碰撞定位观测系统和数据处理方法设计实验验证。实际测量和反演结果均验证了信号观测系统和数据处理方法的可靠性和精确性。综上,本文研究并实现了基于PZT的碰撞定位观测系统和信息提取算法,包括碰撞定位观测系统的设计实现,信号到时的准确提取及二维碰撞定位计算的实现。以上研究成果对管道碰撞监测定位领域的发展具有一定的参考价值。