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基于SVM及改进EWT的供水管道泄漏检测定位研究与实现

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基于SVM及改进EWT的供水管道泄漏检测定位研究与实现

作者：程振华重庆邮电大学

学位级别：硕士

水资源是自然界中基础性资源之一,供水管道是保障水资源运输的重要设施。然而管道在长时间的流体输送中难免会遭受自然磨损、侵蚀等原因导致供水管道泄漏现象常有发生,不仅给社会带来巨大的资源流失,还会对管道周围的地基造成损害,危害... 详细信息

水资源是自然界中基础性资源之一,供水管道是保障水资源运输的重要设施。然而管道在长时间的流体输送中难免会遭受自然磨损、侵蚀等原因导致供水管道泄漏现象常有发生,不仅给社会带来巨大的资源流失,还会对管道周围的地基造成损害,危害公共安全。因此,开展管道泄漏检测与定位研究,具有很大的应用价值。本文搭建了实验平台,利用声发射技术实现对供水管道状态进行监测,并采用对信号的数据分析来实现供水管道泄漏检测定位。主要研究内容为:1.针对在实际中由于工况影响下,导致供水管道泄漏辨识率低的问题,分析了管道泄漏原因与声信号产生原理,采用时域、时频域特征分析方法,分别提取正常工况、泄漏工况、敲击工况与过路工况下信号的小波包熵特征、峭度特征和样本熵特征进行辨识。最终将多特征组合为特征向量并作为支持向量机（Support Vector Machines,SVM）的输入,在基于小样本的检验情况下,相比单个特征向量,明显提高了辨识率,最终对信号状态的辨识率为95%。2.针对传统经验小波变换方法中需要人工预设分解尺度及频谱分割区间问题,本文提出了改进的经验小波变换方法,首先通过本文提出的方法自适应确定小波包分解尺度,然后对信号通过小波包分析获得其小波包能量谱,再利用该能量谱的局部极小值来自适应划分频带的分割区间,最终根据分割区间来实现经验小波滤波器的设计,可以实现信号的自适应分解。3.针对信号受环境噪声干扰下,造成用于时延定位误差大的问题,本文通过经验小波包分解得到若干分量后,利用相关系数来筛选出有效分量进行重构得到重构信号,再通过互谱相位差谱中呈水平走势的频带对重构信号进行带通滤波,去除干扰噪声,提取出含有泄漏成分的信号分量,进一步降低了时间延迟的误差,对泄漏定位的精度有了明显提高,采用该方法的泄漏定位误差为1.6289%。4.在Ubuntu平台环境下基于QT平台与MATLAB混合编程设计开发了供水管道泄漏检测定位系统,该系统将本文提出的基于SVM及改进EWT的供水管道泄漏检测定位算法进行展示分析,验证了系统的可行性以及算法的有效性,实现了供水管道泄漏信号的检测与定位边缘侧应用。

关键词：泄漏检测定位支持向量机改进经验小波变换互谱相位差谱

基于小波变换的船舶管系泄漏检测定位系统研究

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基于小波变换的船舶管系泄漏检测定位系统研究

作者：王杰重庆交通大学

学位级别：硕士

船舶管道系统大都长时间输送液气态物质，由于管道接口处的连接不紧密和破损、管道自身的老化腐蚀、船舶机械振动以及人为破坏等原因，船舶管道时有发生泄漏和破损的事故。船舶管道泄漏后如果检测和维修不及时，将会造成环境的污染、资... 详细信息

船舶管道系统大都长时间输送液气态物质，由于管道接口处的连接不紧密和破损、管道自身的老化腐蚀、船舶机械振动以及人为破坏等原因，船舶管道时有发生泄漏和破损的事故。船舶管道泄漏后如果检测和维修不及时，将会造成环境的污染、资源的浪费和经济损失，甚至人身伤亡等重大事故。所以，船舶管系泄漏检测的研究是一项具有重大经济、社会和环境效益的工作。为解决船舶管系泄漏检测问题，本文通过查阅相关资料，建立系统模型，以负压波法和瞬态流实时控制法为基础，搭建船舶管系泄漏检测实验平台，模拟实际应用中船舶管系正常运行及发生泄漏时的状况，并对实验数据进行了处理与分析。本文主要研究内容有如下几点： 1．确定本课题采用的船舶管系泄漏检测定位方法，即采用负压波法和瞬态流实时控制法相结合的方法实现船舶管系泄漏检测和定位。以伯努利方程为基础，分析管道内部压力和流量的变化，得出泄漏时压力和流量的报警阈值;以水泵开启为例，研究了泵开启或泵关闭时水击压力波的变化及其对采集信号的影响。 2.将小波变换技术应用到船舶管系泄漏模拟实验系统中。结合小波变换理论和信号处理技术，充分利用小波变换在提取强噪声信号中微弱信号的优势，选取合适的小波基函数，研究船舶管系泄漏模拟实验中特征信号的提取。 3.搭建船舶管系泄漏智能实时监控模拟实验平台。采用硬件和软件相结合的方法构建实验系统，使用压力传感器、超声波流量计和数据采集卡检测船舶管系泄漏模拟信号，建立以LabVIEW软件为平台的信号处理系统，完成船舶管系泄漏模拟实验的检测定位和信号处理设计。 4.分别对管道正常运行、水泵开启、水泵关闭和管道发生泄漏时的四种典型工况的实验信号进行了分析，得到不同工况下管道内压力和流量参数的变化，并确定了管道泄漏时的测量误差。通过以上几点的研究能够初步完成船舶管系泄漏实验的检测与定位，但在理论模型、模拟实验系统以及数据样本等方面还需要进一步的改进和完善。

关键词：船舶管系泄漏检测定位负压波小波变换 LabVIEW

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油气管道SPRT泄漏检测定位技术

天然气技术与经济 2019年第1期13卷 43-45,82,83页

作者：王盼锋王全德西安石油大学石油工程学院陕西西安710065

随着油气管网的快速发展,管网泄漏检测技术显得日益重要。为了解决油气管网现有的泄漏检测技术存在的问题,有必要对前沿的天然气泄漏检测技术进行分析,研究出更准确的检测方法,保障天然气顺利输送、安全供应、管网优化等的实现。通过查... 详细信息

随着油气管网的快速发展,管网泄漏检测技术显得日益重要。为了解决油气管网现有的泄漏检测技术存在的问题,有必要对前沿的天然气泄漏检测技术进行分析,研究出更准确的检测方法,保障天然气顺利输送、安全供应、管网优化等的实现。通过查阅相关文献资料,对一种与管道模型无关的新型检测方法——序贯概率比(SPRT)泄漏检测定位技术进行总结和分析。首先对SPRT理论进行数学描述,建立基于SPRT理论技术的天然气管线泄漏检测数学模型,然后介绍分析了求解模型方法,并在对比分析国内外SPRT泄漏检测定位技术理论和应用的异同基础上提出了改进的时间差定位方法及多序贯概率比检验法。结论表明:(1)多序贯概率比检验法理论上能够适合各程度的泄漏检测,且检测速度较快、准确率高;(2)改进的时间差定位方法能够有效地降低延迟效应,定位精度较高,具有一定的实用性,并且可基于负压波检测原理进行泄漏定位,降低漏报率和误报率。

关键词：油气管道泄漏检测定位序贯概率比模型压力分布高斯-马尔可夫定理

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基于HHT的输气管道泄漏检测与定位

基于HHT的输气管道泄漏检测与定位

作者：张艳鹏中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

管道运输是一种高效、便捷又环保的运输方式,尤其是在输送气体、液体等方面具有得天独厚的优势,已成为与铁路、公路、航空和水运并行的五大运输手段之一。然而由于管道本身材料的腐蚀、老化,以及自然灾害和人为损毁等原因,管道泄漏时有... 详细信息

管道运输是一种高效、便捷又环保的运输方式,尤其是在输送气体、液体等方面具有得天独厚的优势,已成为与铁路、公路、航空和水运并行的五大运输手段之一。然而由于管道本身材料的腐蚀、老化,以及自然灾害和人为损毁等原因,管道泄漏时有发生,造成财产的巨大损失和环境的严重污染,因此,管道泄漏检测和定位已成为亟待解决的问题。随着计算机技术、信号处理、模式识别、人工智能等学科的发展和应用,基于软件的管道泄漏检测技术因为检测灵敏、成本低、简单易行等优势成为最受欢迎的方法之一。本文结合管道实际检测的需要,在前人的研究基础上,对基于希尔伯特-黄变换、支持向量机和神经网络的输气管道泄漏检测和定位技术进行了深入地研究和分析,主要进行了以下几个方面的工作:建立并求解气体管道模型:了解管道中流体的动力学方程,建立了气体管道稳态和动态模型,然后利用四阶龙格库塔法和特征线法对模型求解,得到管道压力和流量的数值。利用HHT变换和SVM实现管道泄漏检测:将管道的运行工况分为正常、调阀和泄漏三类,利用HHT变换对各类信号进行剖析,提取特征向量作为区分各个类别的依据,将特征向量作为SVM的输入训练SVM,用训练好的SVM作为分类器,实现泄漏信号的识别,相比BP网络分类效果较好。利用HHT变换和粒子群优化的神经网络实现泄漏点定位:首先,介绍负压波定位原理及公式,针对修正后负压波公式的复杂性,采用PSO优化的BP神经网络拟合负压波法定位公式,管道沿线一系列泄漏点引起的负压波被上、下游端接收的时间差及相应的位置作为PSO-BP网络的输入和输出值;然后,对比分析HHT变换和小波变换时延估计的准确性,采用HHT变换获取某泄漏压力信号的突变点时刻,进而获得负压波到达管道首端和末端的时间差,输入PSO-BP模型获得泄漏发生的地点。

关键词：泄漏检测定位希尔伯特-黄变换支持向量机神经网络粒子群算法

基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统的基础研究

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基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统的基础研究

作者：刘洋内蒙古大学

学位级别：硕士

当前，水资源短缺已成为制约我国许多城市发展的重要因素。与此同时，我国城市供水管网的泄漏情况却十分严重，造成了巨大的经济损失。因此，如何高效快速的查找、定位漏点，为管道维修工程技术人员提供有效、可靠的泄漏检测设备具有十... 详细信息

当前，水资源短缺已成为制约我国许多城市发展的重要因素。与此同时，我国城市供水管网的泄漏情况却十分严重，造成了巨大的经济损失。因此，如何高效快速的查找、定位漏点，为管道维修工程技术人员提供有效、可靠的泄漏检测设备具有十分重要的意义。基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统以DSP处理器为核心，通过相关时延算法估计两个传感器接收信号的时延，从而确定漏点位置。这种设备具有检测速度快，定位准确，功耗低，操作简单，便于携带等特点，应用日益广泛。目前我国应用的同类产品大多依赖国外进口，产品价格昂贵，所以结合我国的具体情况自行研制该类产品具有较高的应用价值。本文分析了基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统的工作原理，设计了基于美国TI公司定点DSP处理器TMS320VC5410的相关检测硬件测试平台，开发了信号采集、相关时延估计等程序。文章重点分析了相关时延估计算法在管道泄漏检测定位系统中的应用及其DSP实现技术，包括：相关时延估计算法的原理，相关算法在漏水检测定位中的应用，基于线性相关的时延估计算法的原理及其DSP实现，基于循环相关的时延估计算法的原理及其DSP实现，基于FFT技术的快速相关时延估计算法的原理及其DSP实现。此外，研究了广义相关算法在漏水检测定位中的应用及其MATLAB仿真。最后，总结了工作中遇到的难点和论文中存在的问题，并对未来工作提出了建议和展望。

关键词：相关分析时延估计泄漏检测定位 DSP

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聚类分析在管网故障点定位中的应用

安徽农业科学 2007年第7期35卷 2177-2178页

作者：刘畅刘志强郝红海天津大学环境学院天津300072

在管网状态估计的基础上,对管网进行故障(泄漏)模拟,建立管网故障模拟数据库。利用多元统计学上的聚类分析方法,对管网故障模拟的数据进行聚类分析,将需要研究的管网的所有管段虚拟地分为M个区域,即“虚拟分区”。并利用多元统计学上的... 详细信息

在管网状态估计的基础上,对管网进行故障(泄漏)模拟,建立管网故障模拟数据库。利用多元统计学上的聚类分析方法,对管网故障模拟的数据进行聚类分析,将需要研究的管网的所有管段虚拟地分为M个区域,即“虚拟分区”。并利用多元统计学上的判别分析方法,对泄漏情况进行故障定位。

关键词：供水管网泄漏检测定位聚类分析判别分析

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供水管道泄漏相关定位系统设计

供水管道泄漏相关定位系统设计

作者：高潮大连理工大学

学位级别：硕士

针对我国水资源匮乏而城市供水管网泄漏普遍、水资源浪费严重,且国外产品在我国由于各种因素不能得到普遍应用的现状,本文设计了一套基于EMD降噪的相关测漏系统。在论文完成的过程中做了如下工作：通过阅读期刊文献、查阅相关资料和实... 详细信息

针对我国水资源匮乏而城市供水管网泄漏普遍、水资源浪费严重,且国外产品在我国由于各种因素不能得到普遍应用的现状,本文设计了一套基于EMD降噪的相关测漏系统。在论文完成的过程中做了如下工作：通过阅读期刊文献、查阅相关资料和实验的方式熟悉泄漏检测定位方法和技术水平现状,了解泄漏形式,泄漏声源,泄漏信号特征和背景噪声的种类,回顾总结了已有的频率选择滤波、小波去噪、自适应噪声低消的降噪方法的优缺点。设计城市供水管网泄漏检测定位系统方案,设计并实现了包括传感器壳体机械结构设计在内的系统硬件部分,传感器主要由传感模块、数据采集模块、信号调理模块、数据传输模块和电源模块组成,设计与实现采集集中器,采集集中器主要包括电源模块、WiFi模块、GPRS模块、433MHz通讯模块、存储模块、GPS模块、日历时钟模块、MCU管理模块,介绍系统软件工作流程。信号处理技术对漏检测和定位至为重要。对采集到的数据利用基于IMF峭度特征的EMD分解方法进行去噪,利用预处理之后的信号进行互相关时延估计定位算法确定泄漏点位置。

关键词：泄漏检测定位管道泄漏泄漏信号特征 EMD 峭度

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供水管道泄漏检测信号采集系统研究

供水管道泄漏检测信号采集系统研究

作者：石燕嵩重庆大学

学位级别：硕士

为减少水资源浪费,提高检测效率,在供水管网泄漏控制工程中需要采用专门的泄漏检测定位仪器。应用嵌入式技术和虚拟仪器技术构建的供水管道泄漏检测及定位仪器系统,采用现代传感器技术、信号调理技术和数字信号处理技术构成灵活可调的... 详细信息

为减少水资源浪费,提高检测效率,在供水管网泄漏控制工程中需要采用专门的泄漏检测定位仪器。应用嵌入式技术和虚拟仪器技术构建的供水管道泄漏检测及定位仪器系统,采用现代传感器技术、信号调理技术和数字信号处理技术构成灵活可调的、开放式的仪器系统,能够满足多种工程实际应用条件,性能指标较传统仪器有较大改善。针对供水管道泄漏信号幅度低,动态范围大,频率分布因管道材质等情况的不同而异,受噪声污染严重等特点,本文研究具有低噪声、低功耗特性,采集参数动态可调的管道泄漏信号采集系统。该系统以单片机为核心,包括内装IC的加速度传感器、信号调理模块、数据采集模块、数据传输模块、液晶显示模块和电源管理模块,CPU可根据泄漏信号特征的变化调整信号调理参数。采集器设计了带通滤波器,抑制外界噪声;设置了增益可编程控制放大器,增加动态范围。电阻、集成放大器等选择低噪声器件,降低电路噪声,提高采集信号的信噪比。从软硬件两方面对采集系统进行低功耗设计,以适应管道泄漏检测的野外操作环境。为提高漏点定位精度,需增加采集时间和ADC转换位数,这将导致数据量急剧增大,而采集系统存储容量有限,为解决该矛盾,提出一种传感信号采集中的误差受控压缩算法。为适应泄漏信号特征多变的情况,根据各段信号的自相关系数动态调整梯度预测器的系数;通过改进最大步长均匀量化器降低量化噪声;采用Golomb-Rice编码算法对量化后的预测误差序列进行编码。根据采集器前端噪声水平确定压缩误差参数的上限,进而获得压缩比的上限。算法在泄漏检测定位中的应用表明,压缩比达2.63时,压缩后重构信号漏点定位误差增加量小于0.2 m。本文在充分认识和分析供水管道泄漏信号特征的基础上,采用嵌入式系统实现泄漏信号采集系统。数据采集单元的动态范围为70 dB,滤波器通频带为200-2000 Hz,对50 Hz和2500 Hz噪声的抑制能力分别为-35 dB和-60 dB。在泄漏信号采集过程中进行误差可控数据压缩,确定了不影响信号处理结果前提下压缩误差参数和压缩比的上限。大量实际泄漏检测实验表明,研发的供水管道泄漏信号采集系统工作有效、稳定、可靠,具有方便携带、低噪声,低功耗等特点,满足管道泄漏检测定位要求。

关键词：泄漏检测定位数据采集嵌入式系统误差受控压缩

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城市供水管网泄漏报警系统研究

城市供水管网泄漏报警系统研究

作者：赵洁天津大学

学位级别：硕士

本课题以城市供水管网的漏损定位为核心研究内容,在针对该问题的研究过程中,进行了供水管网的状态和故障的数学模拟,并建立了泄漏检测定位数学模型,以期达到漏损控制、提高供水企业经济效益和社会效益的最优目的。首先,介绍了我国的水... 详细信息

本课题以城市供水管网的漏损定位为核心研究内容,在针对该问题的研究过程中,进行了供水管网的状态和故障的数学模拟,并建立了泄漏检测定位数学模型,以期达到漏损控制、提高供水企业经济效益和社会效益的最优目的。首先,介绍了我国的水资源现状和城市供水管网的漏损现状;供水管网的漏损原因;国内外对管网泄漏检测研究的进展,包括检漏设备和检漏方法的发展过程及现状;针对我国管网的实际状况,提出了新的泄漏定位思想——虚拟分区法。然后,本文选择了华北滨海某区供水管网作为研究区域。该区域管网上设置了较为先进的SCADA在线监测系统,为课题提供了丰富的基础资料和管网运行资料。接着,本文在管网水力平差程序的基础上,以节点水压的计算值和实测值之间的差的平方和为目标函数,通过随机数逐步最优法和遗传算法这两种优化方法对目标函数进行求解,得到了管网中各管段的粗糙度系数的模拟值。通过对两种方法进行比较,可以看出:遗传算法的计算误差比随机数逐步最优法的计算误差低,可是,随机数逐步最优法的计算误差在某种程度上是能够满足要求的,并且随机数逐步最优法的运行时间比遗传算法的运行时间要少很多。在使用时,可以根据实际需要选择适合的优化算法对目标管网进行状态估计。最后,在管网状态估计的基础上,对管网进行故障(泄漏)模拟,建立管网故障模拟数据库。利用多元统计学上的聚类分析方法,对管网故障模拟的数据进行聚类分析,将所研究管网的所有管段虚拟的分为14个区域,完成了“虚拟分区”。并利用多元统计学上的判别分析方法,成功的对一实际发生的泄漏情况进行故障定位。运用可视化编程工具Delphi结合微软的MSSQL数据库软件将上述理论开发成可视化的、简单易用的计算机程序,便于使用。

关键词：供水管网泄漏检测定位状态模拟随机数逐步最优遗传算法聚类分析判别分析