基于流量信号的泄漏监测及定位技术

本发明涉及管道泄漏监测，更具体地说，本发明涉及基于流量信号的泄漏监测及定位技术。

背景技术：

1、从应用技术来分，目前在管道泄漏监测工程应用中，包括负压波技术、声波技术、光纤技术、无线传感网络技术和基于流量平衡的泄漏检测技术，其中基于流量平衡的泄漏检测技术得到了最广泛的应用。

2、基于流量平衡的泄漏检测技术是一种用于发现管道或容器中潜在泄漏问题的方法。这项技术依赖于监测进入系统和离开系统的流体流量，然后比较两者，以确定系统是否存在泄漏。这种方法的核心理念是根据质量守恒原理，即系统中进入的质量必须等于离开的质量。如果系统没有泄漏，那么输入和输出的流体质量应该保持一致。因此，通过监测这两个流量并对比它们，就可以及时发现系统中的泄漏情况。

3、但是其在实际使用时，仍旧存在一些缺点，如这种方法对管道进行泄漏检测时，由于流量信号不平稳等原因，误报较多，灵敏度不高，无法对泄漏发生点定位，因此，基于流量信号的泄漏检测及定位技术应运而生。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供x，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、步骤a1：计算管道中每分钟上游流量平均值和下游流量平均值以及输量差；

4、步骤a2：对设定时间内长度输量进行趋势提取；

5、步骤a3：对输量差拟合曲线的存余量进行消除；

6、步骤a4：将管道进行泄漏检测，并将检测后的数据进行更新；

7、步骤a5：对流量信号进行双极性化处理；

8、步骤a6：对异常流量子信号进行检测；

9、步骤a7：对异常流量子信号检测后进行加强；

10、步骤a8：对加强后的异常流量子信号进行特征提取，并对管道进行泄漏诊断和定位。

11、优选的，所述步骤a1中，使用流量传感器以采样率fs采集上游和下游的流量信号，得到每分钟上游流量数据n点和下游流量数据m点，并将上游流量数据记为qup(k)，k∈[1，n]，下游流量数据记为qdn(k)，k∈[1，m]，其中n＝m。

12、优选的，所述步骤a2中，在t分钟内长度差进行趋势提取的方法具体为：

13、查询t分钟输量差dmq中所有波峰、波谷及其对应位置；然后对n1个波峰进行样条插值，得到一组长度为t的波峰拟合曲线pline；对n2个波谷进行样条插值，得到一组长度为t的波谷拟合曲线vline。

14、优选的，所述步骤a3中，输量差拟合曲线的存余量消除方法具体为：

15、若当前时刻管道没有发生泄漏，则当前的输量差拟合曲线在坐标o点上下波动，对原输量差拟合曲线mline作存余量消除的方法具体为：

16、δmline(t)＝mline(t)-meandq，其中δmline(t)表示为输量差拟合曲线存余量值，mline(t)表示为t时刻的输量差拟合曲线，mean表示为取均值函数，dq表示为拟合曲线的增量；

17、meandq＝mean(mline(1：t/2))，其中，mean表示为取均值函数，dq表示为拟合曲线的增量，t表示为原输量差拟合曲线的长度；

18、当已经发出泄漏预警和报警的条件下，meandq的值以预警和报警前的meandq值计算；当预警或报警确认结束后再开始更新meandq。

19、优选的，所述步骤a4中，管道泄漏检测的计算方法具体为：

20、泄漏预警阶段时，设定泄漏检测灵敏度为qs，同时设定泄漏预警阈值为sunq-thr1，泄漏报警阈值为sumq-thr2，管道泄漏预警判据的计算方法具体为：

21、meanflowrate(t)>qs，其中，meanflowrate(t)表示为当前时刻的平均泄漏率，qs表示为泄漏检测灵敏度；

22、sundq≥sunq-thr1，其中sundq表示为拟合曲线的增量阈值，sunq-thr1表示为泄漏预警阈值；

23、其中sundq表示为拟合曲线的增量阈值，t表示为曲线长度，δmline(t)表示为输量差拟合曲线存余量值，lct表示为第一次满足平均泄漏率开始的持续时间；

24、meanflowrate(t)＝sumq/lct，meanflowrate(t)表示为当前时刻的平均泄漏率，sundq表示为拟合曲线的增量阈值，lct表示为第一次满足平均泄漏率开始的持续时间；

25、管道泄漏报警的计算方法具体为：

26、sumq-thr2<sumdq，其中sumq-thr2表示为泄漏报警阈值，sundq表示为拟合曲线的增量阈值；

27、所述将检测后的数据进行数据更新，数据更新的方法具体为：

28、每分钟泄漏诊断结束，对上下游每分钟平均流量及输量差序列左移一位，为下一分钟的上下游平均流量和输量差数据空出存储空间。

29、优选的，所述步骤a5中，对流量信号进行双极性化的处理方法具体为：

30、管道在发生泄漏时会出现上游流量上升、下游流量下降这一本质特征；流量信号双极性化处理旨在根据流量信号(包括输量差)的均值，对上下游流量信号及输量差实施去均值处理，使其变成正负相间的信号。

31、优选的，所述步骤a6中，对异常流量子信号进行检测的方法具体为：

32、异常流量子信号的检测依据是系统期望的泄漏检测灵敏度，经过双极性化的输量差信号为de，平均输量为mq，对双极性的输量差信号作正负区间划分，得到c个正负相间的输量差区间子信号，每个输量差区间子信号的起始位置记为sst(n)和结束位置记为send(n)，n∈[1，c]；

33、第n个输量差区间子信号相对平均输量的计算方法具体为：

34、其中，lel表示为输量差区间子信号相对平均输量，send(n)表示为输量差区间子信号的结束位置，sst(n)表示为输量差区间子信号的起始位置，de(j)表示为经过双极性化的输量差信号，mq表示为平均输量；

35、设期望的泄漏检测灵敏度为s，若lel≥s，则第n个输量差子信号为异常子信号，其起始位置sst(n)和结束位置send(n)作为检索上下游流量信号中流量异常子信号的依据。

36、优选的，所述步骤a7中，异常流量子信号加强的方法具体为：

37、泄漏分突发型泄漏和缓变型泄漏。以负压波为例，突发型泄漏指的是压力下降快速的泄漏，缓变型泄漏指的是压力下降缓慢的泄漏，两者之间目前没有明确定义。对应到流量泄漏信号，同样存在流量下降或上升快速和缓慢之分。因此，流量泄漏信号也需要信号增强，以获取突出的信号特征；

38、对于缓变型压力泄漏信号，可以采取信号压缩的方法实现压力下降率的提高。基于控制原理，可以把模型输入前的信号压缩等效于模型离散化频率的提高。基于上述模型等效原理，把压力信号输入到数字高通滤波器，通过提高数字高通滤波器的离散化频率，可以实现缓变型泄漏信号的增强。

39、优选的，异常流量子信号的特征提取采用区间子信号幅值多尺度表征的方法；区间子信号幅值的多尺度表征是一种用于表征信号幅值突出程度的表征方法，它表征的是当前子信号幅值相比其它子信号幅值的突出程度，这种信号突出程度的表征方法不受背景噪声的影响，对于一帧信号中的多个子信号幅值的突出程度及其相互之间的大小关系的表征比较稳定。

40、优选的，所述步骤a8中，对管道进行泄漏诊断和定位的方法具体为：

41、基于支持向量数据描述的异常诊断模型的建立是构建一个超球体，超球体内的样本为正常样本，超球体外的样本才是异常样本，在超球体上的样本特征向量为支持向量，决策结果的计算方法具体为：

42、f(x)＝1-2∑iaik(xi，x)+∑i，jaiajk(xi，xj)-r2，其中xi、xj表示为支持向量，x表示为待测试向量，ai、aj表示为拉格朗日乘子，r表示为svdd超球体半径，k(.)表示为核函数，f(.)表示为svdd决策结果；

43、若计算出来的f(x)大于0，则输出当前样本为异常样本的指令；选择上、下游流量子信号的多尺度表征值及其互相关系数峰值作为基于支持向量数据描述的泄漏诊断模型的输入特征向量，以管道正常输送过程中的流量信号为样本构建泄漏诊断模型；

44、泄漏点定位计算方法具体为：

45、其中loca表示为泄漏位置点，vup表示为泄漏信号在介质中逆流的传播速度，vdn表示为泄漏信号在介质中顺流的传播速度，pip表示为管道长度，dt表示为泄漏信号到达上下游的时间差。

46、本发明的技术效果和优点：

47、本发明通过流量信号的上下游输量差与流量泄漏信号特征相结合，可以同时检测缓变微小泄漏以及突发性泄漏，本发明进行实时泄漏检测，通过对信号特征值的提取和计算，判断是否存在泄漏发生信号，能够对打孔盗油突发性泄漏产生后及时发出报警；使用输量差存余量进行泄漏检测，降低了误报率和能够对泄漏发生点定位。