專利名稱：一種壓力管道的壓力曲線特征提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管網(wǎng)滲漏、泄漏感測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓力管道的壓力曲線特征提取方法。
背景技術(shù)：
壓力管道，是指利用一定的壓力，用于輸送氣體或者液體，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0. IMPa(兆帕斯卡)的氣體、液化氣體、蒸汽介質(zhì)或者可燃、易爆、有毒、 有腐蝕性等的液體介質(zhì)，且公稱直徑大于25mm的管道。壓力管道在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有非常廣泛的應(yīng)用。由于壓力管道的實際運行中，管道的焊接接頭、壓縮機、泵機的等部位是相對比較薄弱的部位；而且極可能部分壓力管道工作在高溫、高壓等工作條件苛刻的管段；這些都造成其發(fā)生事故的可能性較大。從安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的角度出發(fā)，壓力管道的完整性監(jiān)控非常重要。監(jiān)測壓力管道的完整性，其最重要方式的就是實時監(jiān)測壓力管道的壓力大小，由監(jiān)控中心對測得的壓力管道的壓力曲線做相應(yīng)地分析和處理，提取出壓力管道的壓力曲線特征，以判斷管道壓力是否正常。在各種監(jiān)控壓力管道完整性系統(tǒng)中，有效提取壓力管道的壓力曲線特征是系統(tǒng)的核心功能之一，也直接影響到監(jiān)控系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明設(shè)計了一種壓力管道的壓力曲線特征提取方法，本發(fā)明的基本工作原理是通過傳感器采集到壓力數(shù)據(jù)，將采集到的壓力數(shù)據(jù)(或者作對數(shù)變換后的壓力對數(shù)數(shù)據(jù))分組，選擇一代表點作為該分組的特征點，序貫選擇若干組，得到相應(yīng)的特征點， 將此若干特征點聯(lián)合起來，作為該段壓力數(shù)據(jù)(或壓力對數(shù)數(shù)據(jù))聯(lián)合矢量，以此聯(lián)合矢量作為該段壓力數(shù)據(jù)(或壓力對數(shù)數(shù)據(jù))的特征矢量。實際系統(tǒng)運行證明，采用本發(fā)明提供的技術(shù)，通過監(jiān)控和分析持續(xù)20 50分鐘的壓力數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能檢測到兩端封閉的短距離壓力管道泄漏孔徑為0. 1毫米的微小泄漏。本發(fā)明一方面，涉及一種壓力管道的壓力曲線特征提取方法，其特征在于對于壓力管道，在相對較短的ΔΤ時間內(nèi)，壓力序列{Pn|n = 1，···，!!}可用函數(shù)P= α . t0+ε表征，α、β、ε均為擬合參數(shù)，對所獲得的Δ T時間段的壓力數(shù)據(jù)進行對數(shù)域變換，即Iog(P) = alog(t)+b，其中a，b為基于壓力對數(shù)曲線的系統(tǒng)擬合參數(shù)；將所述對數(shù)壓力曲線的時間段ΔΤ，分成更小的時間間隔At，設(shè)有M個樣點，以& 為該M個樣點的代表點，化和At時間間隔內(nèi)的這M個樣點用中值濾波器給出Qi = M個樣點排序后，取中值，取連續(xù)的L個At時間間隔，按上述步驟得到L個壓力對數(shù)值IAli = 1，…，L}， 將此L個數(shù)值聯(lián)合起來，構(gòu)成一個壓力對數(shù)聯(lián)合矢量Π = (Q1Q2^Ut作為此對數(shù)壓力曲線的特征矢量；通過提取的壓力曲線特征，對識別引擎進行現(xiàn)場或離線的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，以正確識別管道的滲漏或泄露情況。
另一方面，涉及根據(jù)上述方法進行機場坪航空燃油管網(wǎng)泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于包括溫度傳感器，壓力傳感器，測漏儀，和上位機；其中，溫度傳感器用于測量管線所在環(huán)境的溫度，以用于修正環(huán)境溫度對管道壓力的影響，并將該溫度值信號通過有線或無線方式傳送給測漏儀；壓力傳感器，用于實時檢測管道中的壓力變化情況，將壓力信號及溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過有線或無線方式傳送給測漏儀，壓力傳感器，其安裝于輸送管道上，與聲波發(fā)生源接觸，用于感測聲波在空氣中傳播時形成壓縮和稀疏交替變化的聲壓，獲取精度較高的壓力信號；測漏儀，其上運行機坪管網(wǎng)泄漏檢測系統(tǒng)；上位機，其是系統(tǒng)的監(jiān)控終端。


下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1獨立監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)機坪管網(wǎng)測漏系統(tǒng)總體框圖；圖2機場坪短距離封閉管道測漏系統(tǒng)核心處理流程；圖3壓力曲線和壓力對數(shù)曲線(示意圖)；圖4對數(shù)壓力曲線的聯(lián)合矢量提取過程；圖5基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和壓力曲線特征的飛機場機坪滲漏、泄漏搜索引擎構(gòu)建示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的壓力管道的壓力曲線特征提取方法適用于所有的運用管道進行液體、氣體傳輸?shù)墓艿罊z測系統(tǒng)，為了更好地闡述其方法的具體步驟，以基于壓力監(jiān)測法的機坪管網(wǎng)泄漏檢測系統(tǒng)為了進行說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，其并不限定本發(fā)明的適用范圍。如圖1所示，其為基于壓力監(jiān)測法的機坪管網(wǎng)泄漏檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖，該獨立監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADAQ機坪管網(wǎng)測漏系統(tǒng)，包括溫度傳感器，壓力傳感器，測漏儀，和上位機。其中，溫度傳感器用于測量管線所在環(huán)境的溫度，以用于修正環(huán)境溫度對管道壓力的影響，并將該溫度值信號通過有線或無線方式傳送給測漏儀；壓力傳感器，用于實時檢測管道中的壓力變化情況，將壓力信號及溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過有線或無線方式傳送給測漏儀，壓力傳感器(有時也稱為壓力變送器)其安裝于輸送管道上，與聲波發(fā)生源接觸，用于感測聲波在空氣中傳播時形成壓縮和稀疏交替變化的聲壓，獲取精度較高的壓力信號。通常，壓力信號中攜帶了聲波信號，但是由于壓力信號是一個較大的壓力值， 而聲波引起的壓力波動是一個很小的壓力值。例如，在空氣中一個標準大氣壓(指在標準大氣條件下海平面的氣壓)其值為101325帕斯卡，約為IO5帕斯卡，而人耳能聽到的最低聲音引起的空氣壓力變化約為2*10_5帕斯卡)；測漏儀，測漏儀是整個系統(tǒng)的核心功能模塊， 其上運行機坪管網(wǎng)泄漏檢測系統(tǒng)；上位機(也稱監(jiān)控終端)，其是系統(tǒng)的監(jiān)控終端，操作員和管理員可以實現(xiàn)系統(tǒng)管理和參數(shù)設(shè)置等操作和管理，當發(fā)生管道泄漏(或泄漏)，及時發(fā)出報警和啟動應(yīng)急處理。關(guān)于溫度傳感器，壓力傳感器，測漏儀，和上位機之間的信息連接、傳輸方式，對于本領(lǐng)域技術(shù)來說，根據(jù)附圖的直觀理解就可以得知，屬于本領(lǐng)域的公知常識，這里就不再贅述。
如圖2所示，其為運行于運行機坪管網(wǎng)泄漏檢測系統(tǒng)中的機場坪短距離封閉管道測漏系統(tǒng)核心處理流程，其包括如下處理步驟(1)通過傳感器和前置電路完成將接收到的信號轉(zhuǎn)換成電信號，放大后傳遞給功能塊2 ;(幻通過數(shù)據(jù)AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理，完成AD 轉(zhuǎn)換，并且進行必要的數(shù)據(jù)穩(wěn)健性處理的工作，比如自適應(yīng)濾波、去燥等；(3)噪聲消除模塊，消除干擾和背景噪聲，如正常的開關(guān)閥門產(chǎn)生的聲音干擾等；(4)處理之后的信號，通過壓力數(shù)據(jù)校準及壓力曲線特征搜索引擎，進行壓力信號特征提取和識別，從而完成滲漏或者泄漏事件識別，并且確定出事件大致的發(fā)生時間、距離等。其中，管道壓力數(shù)據(jù)校準，需要考慮環(huán)境溫度、管徑、管道壁厚對管道壓力的影響，從而減小外界客觀因素對壓力數(shù)據(jù)分析的影響。對于管道滲漏檢測系統(tǒng)，由上述的工作流程可知，其壓力曲線的特征提取，在其系統(tǒng)判決中起著非常重要的作用，直接影響系統(tǒng)的工作有效性和工作準確性，本發(fā)明對于壓力曲線特征提取，設(shè)計了一種壓力管道的壓力曲線特征提取方法，以有效提取壓力曲線特征，極大提高了表征壓力曲線變化的準確性，提高了泄露事件識別的精度。其提取方法具體說明如下壓力管道壓力數(shù)據(jù)特征矢量提取方法由于實際的壓力(壓力已校準)是依循一種非線性的方式進行衰減的，對于壓力管道，在相對較短的ΔΤ時間內(nèi)，壓力序列{Pn|n= 1，…，η}可用函數(shù)P= α . t0+ε , α , β、ε均為擬合參數(shù)。因上述指數(shù)形式在分析問題時頗為不便，所以對所獲得的ΔΤ時間段的壓力數(shù)據(jù)進行對數(shù)域變換，即Iog(P) = alog(t)+b，其中a，b為基于壓力對數(shù)曲線的系統(tǒng)擬合參數(shù)經(jīng)過這樣處理后，曲線變化相對平緩一些，也較為容易看到壓降的突變點，如圖3 所示，這樣的對數(shù)域壓力變換曲線，其特征更加明顯，更有利于后續(xù)的特征提取及進行訓(xùn)練、識別。此外，為了節(jié)省計算時間、減少存儲量等，根據(jù)實際設(shè)計需要，也可以不需要把壓力數(shù)據(jù)作對數(shù)運算。壓力管道壓力對數(shù)數(shù)據(jù)特征矢量形成方法由于多數(shù)的壓力管道監(jiān)控系統(tǒng)要求極高的可靠性，如果只是簡單地以壓力對數(shù)衰減為判據(jù)，過于粗放，根本無法滿足實際應(yīng)用需要，極容易造成漏判、誤判。鑒于此，數(shù)據(jù)在經(jīng)過上述的處理后，必須經(jīng)過更精細化處理。為表征對數(shù)壓力曲線的特點，提高系統(tǒng)可靠性，本發(fā)明首次提出，將所述對數(shù)壓力曲線的時間段ΔΤ，分成更小的時間間隔(At，設(shè)有M 個樣點)，以A為該M個樣點的代表點，如圖4所示。為降低系統(tǒng)噪聲的影響，Qi和At時間間隔內(nèi)的這M個樣點用中值濾波器給出Qi = M個樣點排序后，取中值，取連續(xù)的L個At時間間隔，按上述步驟得到L個壓力對數(shù)值IAli = 1，…，L}， 將此L個數(shù)值聯(lián)合起來，構(gòu)成一個壓力對數(shù)聯(lián)合矢量Π = (Q1Q2^Ut作為此對數(shù)壓力曲線的特征矢量?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓力曲線特征搜索引擎的構(gòu)建方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以其強大的并行數(shù)據(jù)處理能力及學(xué)習(xí)能力被廣泛用于系統(tǒng)辨識領(lǐng)域，能有效地描述復(fù)雜的信號模型，在模型識別和匹配領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明以壓力對數(shù)聯(lián)合矢量Π = (Q1Q2...Ql)t，或僅使用壓力聯(lián)合矢量，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入端，如圖5所示，其為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和壓力曲線特征的飛機場機坪滲漏、泄漏搜索引擎構(gòu)建結(jié)構(gòu)圖，從圖
5可以得到，網(wǎng)絡(luò)輸出為
權(quán)利要求
1.一種壓力管道的壓力曲線特征提取方法，其特征在于對于壓力管道，在相對較短的ΔΤ時間內(nèi)，壓力序列{Pn|n = 1，…，η}可用函數(shù)P = α . t0+ε表征，α、β、ε均為擬合參數(shù)，對所獲得的△ T時間段的壓力數(shù)據(jù)進行對數(shù)域變換，即Iog(P) = alog(t)+b，其中a，b為基于壓力對數(shù)曲線的系統(tǒng)擬合參數(shù)；將所述對數(shù)壓力曲線的時間段ΔΤ，分成更小的時間間隔At，設(shè)有M個樣點，以仏為該M個樣點的代表點，化和At時間間隔內(nèi)的這M個樣點用中值濾波器給出A = M個樣點排序后，取中值，取連續(xù)的L個At時間間隔，按上述步驟得到L個壓力對數(shù)值IAli = 1，…，L}，將此 L個數(shù)值聯(lián)合起來，構(gòu)成一個壓力對數(shù)聯(lián)合矢量Π = Oi1Q2... QJt作為此對數(shù)壓力曲線的特征矢量；通過提取的壓力曲線特征，對識別引擎進行現(xiàn)場或離線的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，以正確識別管道的滲漏或泄露情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法進行機場坪航空燃油管網(wǎng)泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于包括溫度傳感器，壓力傳感器，測漏儀，和上位機；其中，溫度傳感器用于測量管線所在環(huán)境的溫度，以用于修正環(huán)境溫度對管道壓力的影響，并將該溫度值信號通過有線或無線方式傳送給測漏儀；壓力傳感器，用于實時檢測管道中的壓力變化情況，將壓力信號及溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過有線或無線方式傳送給測漏儀，壓力傳感器，其安裝于輸送管道上，與聲波發(fā)生源接觸，用于感測聲波在空氣中傳播時形成壓縮和稀疏交替變化的聲壓，獲取精度較高的壓力信號；測漏儀，其上運行機坪管網(wǎng)泄漏檢測系統(tǒng)；上位機，其是系統(tǒng)的監(jiān)控終端。
全文摘要
一種壓力管道的壓力曲線特征提取方法，其特征在于對于壓力管道，在相對較短的ΔT時間內(nèi)，壓力序列{Pn|n＝1，…，n}可用函數(shù)P＝α.tβ+ε表征，α、β、ε均為擬合參數(shù)，對所獲得的ΔT時間段的壓力數(shù)據(jù)進行對數(shù)域變換，即log(P)＝alog(t)+b，其中a，b為基于壓力對數(shù)曲線的系統(tǒng)擬合參數(shù)；將所述對數(shù)壓力曲線的時間段ΔT，分成更小的時間間隔Δt，設(shè)有M個樣點，以Qi為該M個樣點的代表點，Qi和Δt時間間隔內(nèi)的這M個樣點用中值濾波器給出Qi＝M個樣點排序后，取中值，取連續(xù)的L個Δt時間間隔，按上述步驟得到L個壓力對數(shù)值{Qi|i＝1，...，L}，將此L個數(shù)值聯(lián)合起來，構(gòu)成一個壓力對數(shù)聯(lián)合矢量Π＝(Q1Q2...QL)T作為此對數(shù)壓力曲線的特征矢量；通過提取的壓力曲線特征，對識別引擎進行現(xiàn)場或離線的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，以正確識別管道的滲漏或泄露情況。
文檔編號F17D5/02GK102174992SQ201110026849
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者仇付鵬, 秦宇, 羅宇, 羅群, 陳君, 黃新華, 黃騰飛 申請人:仇付鵬, 秦宇, 羅宇, 羅群, 陳君, 黃新華, 黃騰飛