本發(fā)明涉及管道檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種管道泄漏檢測(cè)的方法及裝置。

背景技術(shù)：

基于壓電聲波傳感器的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)具有靈敏度高、定位精確等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)有的石油、化工、天然氣等管道運(yùn)輸監(jiān)測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用，有效降低了管道泄漏造成的環(huán)境污染以及安全事故。

目前，對(duì)管道泄漏聲波信號(hào)的檢測(cè)普遍采用時(shí)頻域特征提取結(jié)合模式識(shí)別的泄漏診斷方法，特征提取多采用小波包能量分析、EMD分解、LMD分解、頻譜分析等時(shí)頻域結(jié)合的特征提取方法，但泄漏信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳播會(huì)造成首末站檢測(cè)到的泄漏信號(hào)在波形、幅值和信號(hào)的頻域能量分布發(fā)生較大差異；此外，目前的泄漏信號(hào)檢測(cè)方法普遍需要不同數(shù)量的泄漏樣本信號(hào)，給工程實(shí)施及泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確性造成了不少困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)管道泄漏檢測(cè)難度大的問題，提供一種能夠根據(jù)需求設(shè)定管道泄漏檢測(cè)靈敏度，達(dá)到匹配需求對(duì)管道泄漏進(jìn)行有效檢測(cè)的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的的一種管道泄漏檢測(cè)的方法，包括：

獲取所檢測(cè)的管道兩端的各N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)；N為大于或者等于100的正整數(shù)；

對(duì)每個(gè)所述N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)進(jìn)行去噪處理，得到所述N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的正負(fù)聲波信號(hào)；

基于高斯性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)方法，根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)對(duì)所述正負(fù)聲波信號(hào)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到所述聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；

對(duì)所述正負(fù)聲波信號(hào)按照時(shí)域過零點(diǎn)進(jìn)行區(qū)間劃分，得到多個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)；

將每個(gè)所述區(qū)間采樣信號(hào)作為一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，根據(jù)所述背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算每個(gè)所述區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比；

判定所述信噪比大于信噪比閾值的區(qū)間采樣信號(hào)為異常信號(hào)；

當(dāng)管道兩端的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)都得到異常信號(hào)時(shí)，需根據(jù)得到的異常信號(hào)作進(jìn)一步的泄漏定位。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括以下步驟：

對(duì)所檢測(cè)的管道進(jìn)行管道泄漏定位，如果定位位置在管道兩端之間則發(fā)出管道泄漏報(bào)警。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述獲取的管道兩端的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)為安裝在所檢測(cè)的管道兩端的聲波檢測(cè)儀在同一時(shí)刻得到的檢測(cè)信號(hào)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，分別根據(jù)所檢測(cè)的管道兩端各自預(yù)設(shè)數(shù)量幀的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的多個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)信噪比大小情況，及預(yù)設(shè)的管道泄漏檢測(cè)靈敏度設(shè)定信噪比閾值。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述獲取所檢測(cè)的管道兩端的各N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)，包括以下步驟：

每間隔預(yù)設(shè)周期分別獲取管道兩端的N/2點(diǎn)采樣信號(hào)；

將當(dāng)前時(shí)刻的N/2點(diǎn)采樣信號(hào)與前一時(shí)刻的N/2點(diǎn)采樣信號(hào)按時(shí)間順序構(gòu)成N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)周期為NT/2，其中，T為聲波信號(hào)的采樣周期。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述基于高斯性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)方法，根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)對(duì)所述正負(fù)聲波信號(hào)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到所述聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，包括以下步驟：

計(jì)算所述正負(fù)信號(hào)的信號(hào)均值mean₀；

根據(jù)所述信號(hào)均值計(jì)算所述正負(fù)信號(hào)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差σ₀；

根據(jù)所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)M得到迭代步距step＝σ₀/M；

在h分別為1，2，……，M時(shí)，從所述正負(fù)信號(hào)中篩選出滿足公式mean₀-h×step≤x_h(i)≤mean₀+h×step的M個(gè)正負(fù)信號(hào)序列，且正負(fù)信號(hào)序列的長(zhǎng)度記為V_h；

分別計(jì)算每個(gè)正負(fù)信號(hào)序列的序列均值、序列標(biāo)準(zhǔn)差及序列峭度；

確定序列峭度最接近預(yù)設(shè)峭度值的正負(fù)信號(hào)對(duì)應(yīng)的序列標(biāo)準(zhǔn)差為所述背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)峭度值為3。

基于同一發(fā)明構(gòu)思的一種管道泄漏檢測(cè)的裝置，包括

信號(hào)獲取模塊，用于獲取所檢測(cè)的管道兩端的各N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)；N為大于等于100的正整數(shù)；

去噪處理模塊，用于對(duì)每個(gè)所述N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)進(jìn)行去噪處理，得到所述N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的正負(fù)聲波信號(hào)；

噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算模塊，用于基于高斯性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)方法，根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)對(duì)所述正負(fù)聲波信號(hào)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到所述聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；

區(qū)間劃分模塊，用于對(duì)所述正負(fù)聲波信號(hào)按照時(shí)域過零點(diǎn)進(jìn)行區(qū)間劃分，得到多個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)；

區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比計(jì)算模塊，用于將每個(gè)所述區(qū)間采樣信號(hào)作為一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，根據(jù)所述背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算每個(gè)所述區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比；

第一判斷模塊，用于判定所述信噪比大于信噪比閾值的區(qū)間采樣信號(hào)為異常信號(hào)；

第二判斷模塊，用于當(dāng)管道兩端的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)都得到異常信號(hào)時(shí)，判定所檢測(cè)的管道需利用得到的異常信號(hào)作泄漏定位計(jì)算。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算模塊包括：

均值計(jì)算子模塊，用于計(jì)算所述正負(fù)信號(hào)的信號(hào)均值mean₀；

信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述信號(hào)均值計(jì)算所述正負(fù)信號(hào)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差σ₀；

迭代步距計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)M得到迭代步距step＝σ₀/M；

序列篩選子模塊，用于在h分別為1，2，……，M時(shí)，從所述正負(fù)信號(hào)中篩選出滿足公式mean₀-h×step≤x_h(i)≤mean₀+h×step的M個(gè)正負(fù)信號(hào)序列，且正負(fù)信號(hào)序列的長(zhǎng)度記為V_h；

峭度計(jì)算子模塊，用于分別計(jì)算每個(gè)正負(fù)信號(hào)序列的序列均值、序列標(biāo)準(zhǔn)差及序列峭度；

最終計(jì)算子模塊，用于確定序列峭度最接近3的正負(fù)信號(hào)對(duì)應(yīng)的序列標(biāo)準(zhǔn)差為所述背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差。

本發(fā)明提供的管道泄漏檢測(cè)的方法，利用基于管道平穩(wěn)輸送過程中管道內(nèi)時(shí)域聲波信號(hào)的準(zhǔn)高斯性特征，對(duì)管道運(yùn)行情況進(jìn)行判斷。在處理過程中，利用過零點(diǎn)對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行區(qū)間劃分，信號(hào)處理過程中不依賴幅值的絕對(duì)大小，通過高斯性檢驗(yàn)找出背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)期望的泄漏檢測(cè)靈敏度(信噪比閾值)找出異常信號(hào)，并得到該異常區(qū)間采樣信號(hào)在一幀完整數(shù)據(jù)中的起始、結(jié)束位置，可有效減少管道泄漏診斷中因泄漏信號(hào)特征提取不準(zhǔn)等造成的漏報(bào)、誤報(bào)現(xiàn)象。且其把管道泄漏和站上操作引起的聲波信號(hào)都?xì)w類為異常信號(hào)。從聲波信號(hào)的準(zhǔn)高斯性角度出發(fā)，利用3σ準(zhǔn)則，將信號(hào)中背景噪聲與異常信號(hào)區(qū)分開來。通過調(diào)節(jié)信噪比閾值，控制泄漏檢測(cè)的靈敏度，準(zhǔn)確提取滿足靈敏度要求的異常信號(hào)，為后續(xù)的泄漏聲波檢測(cè)和精確定位提供技術(shù)支持。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例的管道泄漏檢測(cè)的方法的流程圖；

圖2(a)為一具體實(shí)例中管道首站正負(fù)信號(hào)序列示意圖；

圖2(b)為一具體實(shí)例中管道末站正負(fù)信號(hào)序列示意圖；

圖3(a)為一具體實(shí)例中管道首站區(qū)間采樣信號(hào)信噪比示意圖；

圖3(b)為一具體實(shí)例中管道末站區(qū)間采樣信號(hào)信噪比示意圖；

圖4(a)為信噪比閾值為9dB時(shí)管道首站N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)中異常信號(hào)提取示意圖；

圖4(b)為信噪比為9dB時(shí)管道末站N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)中異常信號(hào)提取示意圖；

圖5(a)為信噪比閾值為10dB時(shí)管道首站N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)中異常信號(hào)提取示意圖；

圖5(b)為信噪比為10dB時(shí)管道末站N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)中異常信號(hào)提取示意圖；

圖6為一實(shí)施例的管道泄漏檢測(cè)的裝置的構(gòu)成示意圖；

圖7為一實(shí)施例的管道泄漏檢測(cè)的裝置中噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算模塊構(gòu)成示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的管道泄漏檢測(cè)的方法及裝置的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，其中一個(gè)實(shí)施例的管道泄漏檢測(cè)的方法，包括以下步驟：

S100，獲取所檢測(cè)的管道兩端的各N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)。

需要說明的是，本發(fā)明的管道泄漏檢測(cè)的方法是用于對(duì)進(jìn)行介質(zhì)輸送的管道狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析。且主要是對(duì)輸送管道是否發(fā)生泄漏進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)分析基于管道本身的聲波信號(hào)。因此，在進(jìn)行檢測(cè)分析前，事先在要檢測(cè)管道上安裝進(jìn)行聲波檢測(cè)的相關(guān)儀器。如安裝聲波泄漏監(jiān)測(cè)儀作為聲波檢測(cè)儀。且在本實(shí)施例中，在所要檢測(cè)的管道兩端各安裝一個(gè)聲波檢測(cè)儀進(jìn)行管道聲波信號(hào)檢測(cè)。而本實(shí)施例的方法可通過計(jì)算機(jī)等外部終端運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。安裝在管道上的聲波檢測(cè)儀與外部計(jì)算分析終端(計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備)通信連接，將信號(hào)傳出到外部分析終端。分析終端根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)管道的狀態(tài)、是否發(fā)生泄漏進(jìn)行檢測(cè)?？煞Q管道一端為首站，相對(duì)的，稱管道另一端為末站。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例的方法中，采用對(duì)聲波離散點(diǎn)序列進(jìn)行分析的方式對(duì)管道狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。具體的，本實(shí)施例中從每端的聲波檢測(cè)儀中獲取N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)，以便后續(xù)對(duì)N點(diǎn)序列進(jìn)行分析。

其中，無論是獲取的首站的聲波信號(hào)還是末站的聲波信號(hào)，其N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)是時(shí)間上連續(xù)的N點(diǎn)信號(hào)，且所獲取的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)中包含這個(gè)所檢測(cè)管道的聲波信息。

對(duì)于首站和和末站的聲波信號(hào)，首站信號(hào)獲取時(shí)間與末站信號(hào)獲取時(shí)間通過GPS同步，即通過GPS授時(shí)保證首末站的信號(hào)采樣同步進(jìn)行，這對(duì)于泄漏檢測(cè)和精確定位至關(guān)重要。

對(duì)于采樣點(diǎn)數(shù)，可根據(jù)外部智能設(shè)備的處理效率，采樣頻率，以及管道的總長(zhǎng)度相結(jié)合進(jìn)行設(shè)定。如外部智能設(shè)備處理速度允許的情況下，可在保證聲波采樣信號(hào)覆蓋整個(gè)管路的狀況下，增大采樣頻率。為了后續(xù)能夠根據(jù)采樣的聲波信號(hào)對(duì)管道泄漏情況進(jìn)行分析，N至少為大于或者等于100的正整數(shù)。一般為千計(jì)數(shù)量級(jí)，如3000點(diǎn)數(shù)列構(gòu)成聲波采樣信號(hào)，或者6000點(diǎn)構(gòu)成聲波采樣信號(hào)等。

S200，對(duì)每個(gè)N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)進(jìn)行去噪處理，得到N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的正負(fù)聲波信號(hào)。

本步驟中，主要是去除所獲取的原始聲波信號(hào)中的準(zhǔn)直流信號(hào)。且分別對(duì)所述管道一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)(聲波檢測(cè)儀)的一幀N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)進(jìn)行去噪，去掉準(zhǔn)直流信號(hào)，得到管道對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的一幀N點(diǎn)正負(fù)信號(hào)。后續(xù)對(duì)正負(fù)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理，因?yàn)槿コ酥绷鞣至康臒o用信號(hào)，有利于識(shí)別提取泄漏引起的瞬態(tài)突變信號(hào)。

S300，基于高斯性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)方法，根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)對(duì)正負(fù)聲波信號(hào)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差。

本實(shí)施例中，從聲波信號(hào)的準(zhǔn)高斯性角度出發(fā)，計(jì)算背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，其可利用3σ準(zhǔn)則計(jì)算出背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，從而將信號(hào)中背景噪聲與異常信號(hào)區(qū)分開來。

S400，對(duì)正負(fù)聲波信號(hào)按照時(shí)域過零點(diǎn)進(jìn)行區(qū)間劃分，得到多個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)。其中，對(duì)正負(fù)聲波信號(hào)按照時(shí)域過零點(diǎn)進(jìn)行區(qū)間劃分是指將正負(fù)聲波信號(hào)在零點(diǎn)同一側(cè)連續(xù)的多個(gè)信號(hào)點(diǎn)劃分為一個(gè)區(qū)間，即一個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)中的信號(hào)同為正值或者同為負(fù)值，在零點(diǎn)的同一側(cè)。

S500，將每個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)作為一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，根據(jù)背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算每個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比。

步驟S300中已經(jīng)計(jì)算出背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，本步驟中，將步驟S400中劃分出的多個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)分別作為一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)并計(jì)算每個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的信噪比。

S600，判定信噪比大于信噪比閾值的區(qū)間采樣信號(hào)為異常信號(hào)。

其中，所述異常信號(hào)是相對(duì)管道平穩(wěn)輸送過程中的正常聲波信號(hào)來說。即在管道平穩(wěn)輸送且沒有發(fā)生泄漏時(shí)的聲波信號(hào)定義為正常信號(hào)，而管道發(fā)生泄漏，或者存在泵的輸送特性變化，或者存在閥門調(diào)節(jié)時(shí)，定義檢測(cè)到的管道聲波信號(hào)中包含異常信號(hào)，異常信號(hào)可能具體對(duì)應(yīng)某個(gè)或某幾個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)。而所述信噪比閾值可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)要求管道泄漏具有較高的檢測(cè)靈敏度時(shí)，則可設(shè)定較低的信噪比閾值，而不需要太高的管道泄漏檢測(cè)靈敏度時(shí)，則可設(shè)定較高的信噪比閾值。

S700，當(dāng)管道兩端的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)都檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，需根據(jù)得到的異常信號(hào)作進(jìn)一步的泄漏定位，如果定位結(jié)果在管道首末站之間則作出泄漏報(bào)警。

需要說明的是，本實(shí)施例的管道泄漏檢測(cè)采用管道兩端的聲波檢測(cè)儀進(jìn)行管道聲波檢測(cè)，并進(jìn)一步根據(jù)檢測(cè)到的聲波信號(hào)對(duì)管道狀態(tài)進(jìn)行判斷。其采用兩端信號(hào)同時(shí)判斷的方式進(jìn)行管道泄漏的檢測(cè)。只有當(dāng)兩端檢測(cè)到的信號(hào)都存在異常信號(hào)時(shí)，才進(jìn)一步根據(jù)得到的異常信號(hào)作泄漏定位，由定位結(jié)果進(jìn)一步對(duì)管道是否發(fā)生泄漏進(jìn)行判斷。采用管道兩端同時(shí)設(shè)置聲波檢測(cè)儀，有利于保證泄漏檢測(cè)、報(bào)警的準(zhǔn)確性和可靠性，并給出泄漏點(diǎn)位置。

本實(shí)施例的管道泄漏檢測(cè)的方法，將管道泄漏和站上操作引起的聲波信號(hào)都?xì)w類為異常信號(hào)。從聲波信號(hào)的準(zhǔn)高斯性角度出發(fā)，利用3σ準(zhǔn)則，將信號(hào)中背景噪聲與異常信號(hào)區(qū)分開來。而且通過調(diào)節(jié)信噪比閾值，可對(duì)管道泄漏檢測(cè)靈敏度進(jìn)行控制，準(zhǔn)確提取滿足靈敏度要求的異常信號(hào)，為后續(xù)的泄漏聲波檢測(cè)和精確定位提供技術(shù)支持。

其中，所述信噪比閾值可通過期望的或者預(yù)設(shè)的管道泄漏檢測(cè)靈敏度進(jìn)行設(shè)定。更具體地，對(duì)于同時(shí)獲取的管道兩端的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)，可分別根據(jù)泄漏檢測(cè)儀各自安裝的站點(diǎn)(首站或末站)一段時(shí)間內(nèi)的多幀(預(yù)設(shè)數(shù)量)N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的多個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)信噪比大小情況及預(yù)設(shè)的管道泄漏檢測(cè)靈敏度設(shè)定信噪比閾值。如，區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比都較大時(shí)可設(shè)置較大的信噪比閾值，相對(duì)應(yīng)的，區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比都較小時(shí)，可設(shè)置較小的信噪比閾值。而需要較高的檢測(cè)靈敏度時(shí)設(shè)置較低的信噪比閾值，需要較低的檢測(cè)靈敏度時(shí)，可設(shè)置較高的信噪比閾值。較佳的，選擇的信噪比閾值能夠較靈敏地檢測(cè)出異常信號(hào)同時(shí)又產(chǎn)生較少誤報(bào)。其中，在進(jìn)行信噪比閾值計(jì)算時(shí)，所使用的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)的數(shù)量(幀數(shù))，即預(yù)設(shè)數(shù)量，的大小可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定，如可選擇5幀，或者10幀等。作為一種可實(shí)施方式，也可以設(shè)定使用一定的連續(xù)時(shí)間段所采集的多幀N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)所對(duì)應(yīng)的區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比大小作為信噪比閾值的參考數(shù)據(jù)。

而對(duì)于首站和末站的N點(diǎn)聲波信號(hào)，在其中一個(gè)實(shí)施例中，每間隔預(yù)設(shè)周期分別獲取管道兩端的N/2點(diǎn)采樣信號(hào)。分別對(duì)管道上聲波檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的聲波信號(hào)進(jìn)行連續(xù)周期采樣。設(shè)定管道泄漏診斷的周期為NT/2，每隔NT/2讀取從所述管道上一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采集的N/2點(diǎn)數(shù)據(jù)。并將當(dāng)前時(shí)刻的N/2點(diǎn)采樣信號(hào)與前一時(shí)刻的N/2點(diǎn)采樣信號(hào)按時(shí)間順序構(gòu)成當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)(首站或者末站)的一幀N點(diǎn)數(shù)據(jù)，也即N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)。其中，所述N為數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，所述T為信號(hào)采樣周期。所述一幀N點(diǎn)數(shù)據(jù)中，前N/2點(diǎn)數(shù)據(jù)為最近的歷史數(shù)據(jù)，后N/2點(diǎn)數(shù)據(jù)為最新采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用這種方式或者N點(diǎn)采樣信號(hào)可以有效保證異常信號(hào)(包括泄漏信號(hào)和異常信號(hào))波形的完整性。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟S300，基于高斯性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)方法，根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)對(duì)正負(fù)聲波信號(hào)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，包括以下步驟：

S310，計(jì)算正負(fù)信號(hào)的信號(hào)均值

S320，根據(jù)信號(hào)均值計(jì)算正負(fù)信號(hào)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差

S330，根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)M得到迭代步距step＝σ₀/M。

S340，在h分別為1，2，……，M時(shí)，從正負(fù)信號(hào)中篩選出滿足公式mean₀-h×step≤x_h(i)≤mean₀+h×step的M個(gè)正負(fù)信號(hào)序列。且正負(fù)信號(hào)序列的長(zhǎng)度記為V_h。

S350，分別計(jì)算每個(gè)正負(fù)信號(hào)序列的序列均值mean(h)、序列標(biāo)準(zhǔn)差σ(h)及序列峭度Kur(h)。

其中，序列的平均值序列標(biāo)準(zhǔn)差序列峭度

S360，確定序列峭度最接近預(yù)設(shè)峭度值的正負(fù)信號(hào)對(duì)應(yīng)的序列標(biāo)準(zhǔn)差為背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差。其中，所述預(yù)設(shè)峭度值可根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)置，如設(shè)置所述預(yù)設(shè)峭度值為3為最佳。

本實(shí)施例中，M次迭代計(jì)算共得到M個(gè)峭度值，在其中找出峭度值最接近3的序列X_h，其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差即為背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差σ。

進(jìn)一步的，對(duì)于步驟S500，把每個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)都看作一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，利用式計(jì)算基于背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差的區(qū)間采樣信號(hào)信噪比序列SNR(j)，其中，j＝1,…,NC，為正負(fù)區(qū)間序號(hào)；Peak(j)為第j個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)的峰值；σ為背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟S400中對(duì)正負(fù)聲波信號(hào)進(jìn)行區(qū)間劃分之后，記錄各個(gè)區(qū)間的起始位置SSt(j)、結(jié)束位置SEnd(j)、區(qū)間采樣信號(hào)個(gè)數(shù)NC、區(qū)間采樣信號(hào)峰值Peak(j)及峰值位置PeakPos(j)。步驟S600中，判斷得到異常信號(hào)后，記錄異常信號(hào)的起始位置和結(jié)束位置。其利用基于管道平穩(wěn)輸送過程中管道內(nèi)時(shí)域聲波信號(hào)的準(zhǔn)高斯性特征，對(duì)管道運(yùn)行情況進(jìn)行判斷。并在處理過程中，利用過零點(diǎn)對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行區(qū)間劃分，信號(hào)處理過程中不依賴幅值的絕對(duì)大小，通過高斯性檢驗(yàn)找出背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)期望的泄漏檢測(cè)靈敏度(信噪比閾值)找出異常信號(hào)，并得到該異常區(qū)間采樣信號(hào)在一幀完整數(shù)據(jù)中的起始、結(jié)束位置，可有效減少管道泄漏診斷中因泄漏信號(hào)特征提取不準(zhǔn)造成的漏報(bào)、誤報(bào)現(xiàn)象。

下面以一個(gè)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的管道的泄漏檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說明。本發(fā)明實(shí)施例可用任何編程語言實(shí)現(xiàn)，并在相應(yīng)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

假設(shè)已經(jīng)獲取管道上首末站安裝的聲波泄漏監(jiān)測(cè)儀采集的聲波信號(hào)各一幀N＝6000點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)，采樣周期T為20ms。通過以下步驟對(duì)所述管道上首末站聲波信號(hào)進(jìn)行處理，從中提取出異常信號(hào)。

首先，濾波去掉采集到的聲波信號(hào)中的準(zhǔn)直流信號(hào)，得到管道上首末站的各一幀正負(fù)信號(hào)，如圖2(a)和圖2(b)所示。

然后，分別對(duì)采集到的聲波信號(hào)進(jìn)行區(qū)間劃分得到首站聲波信號(hào)為NC＝349個(gè)區(qū)間，末站聲波信號(hào)為NC＝395個(gè)區(qū)間,并分別得到各個(gè)區(qū)間的起始位置、結(jié)束位置、區(qū)間采樣信號(hào)峰值及其位置。求出首站聲波信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差σ₀＝0.1876，末站聲波信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差σ₀＝0.1458。進(jìn)一步按照M＝100對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差σ₀進(jìn)行M等分得到步距step＝σ₀/M，提取滿足條件：mean₀-h*step≤x_h(i)≤mean₀+h*step的數(shù)據(jù)組成新序列X_h，其中h＝1,…,M，新序列長(zhǎng)度分別為V_h(h＝1,2…M)，通過迭代計(jì)算得到M個(gè)峭度值，找出其中峭度值最接近3的區(qū)間采樣信號(hào)作為背景噪聲，首站背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為σ＝0.1295，末站背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為σ＝0.1345。根據(jù)背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差σ和區(qū)間采樣信號(hào)的峰值Peak(j)，根據(jù)下面公式求得區(qū)間采樣信號(hào)信噪比序列：依次查找信噪比序列中大于閾值的異常信號(hào)位置，并設(shè)置標(biāo)志為1，否則設(shè)置標(biāo)志為0。

如圖3(a)和圖3(b)所示，利用背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差和區(qū)間采樣信號(hào)的峰值計(jì)算得到原始信號(hào)的信噪比序列，對(duì)應(yīng)圖中的實(shí)線。如果設(shè)置期望的泄漏檢測(cè)靈敏度(信噪比閾值)為10dB，對(duì)應(yīng)圖中的虛線部分，由圖3可知，該閾值下首末站可以準(zhǔn)確找出一對(duì)異常信號(hào)(異常的區(qū)間采樣信號(hào))。

調(diào)節(jié)靈敏度系數(shù)(信噪比閾值)分別為9dB和10dB，得到結(jié)果為對(duì)應(yīng)圖4(a)、圖4(b)和圖5(a)、圖5(b)所示的異常信號(hào)，在圖5(a)中，準(zhǔn)確找出了首站信噪比大于信噪比閾值10dB的異常信號(hào)在第192區(qū)間，對(duì)應(yīng)原始信號(hào)序列中位置為[3224,3264]；圖5(b)中末站數(shù)據(jù)采用同樣方法找出異常信號(hào)在216區(qū)間內(nèi)，對(duì)應(yīng)原始信號(hào)中位置為[3054,3093]。由圖4a和圖4b結(jié)合圖3可知，當(dāng)信噪比閾值小于10dB時(shí)，異常信號(hào)提取較多；當(dāng)信噪比閾值大于10dB時(shí)，異常信號(hào)提取不完整甚至檢測(cè)不到異常信號(hào)?？梢娡ㄟ^調(diào)節(jié)信噪比閾值，可以調(diào)節(jié)異常信號(hào)的檢測(cè)靈敏度系數(shù)。

基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種管道泄漏檢測(cè)的裝置，本裝置解決問題的原理與前述的管道泄漏檢測(cè)的方法相同。且本裝置各模塊的功能可通過前述的方法的步驟實(shí)現(xiàn)。重復(fù)之處不再贅述。

如圖6所示，其中一個(gè)實(shí)施例的管道泄漏檢測(cè)的裝置，包括信號(hào)獲取模塊100、去噪處理模塊200、噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算模塊300、區(qū)間劃分模塊400、區(qū)間信號(hào)信噪比計(jì)算模塊500、第一判斷模塊600及第二判斷模塊700。其中，所述信號(hào)獲取模塊100，用于獲取所檢測(cè)的管道兩端的各N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)，且N為大于等于100的正整數(shù)；所述去噪處理模塊200，用于對(duì)每個(gè)N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)進(jìn)行去噪處理，得到N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的正負(fù)聲波信號(hào)；所述噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算模塊300，用于基于高斯性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)方法，根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)對(duì)正負(fù)聲波信號(hào)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到聲波采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；所述區(qū)間劃分模塊400，用于對(duì)正負(fù)聲波信號(hào)按照時(shí)域過零點(diǎn)進(jìn)行區(qū)間劃分，得到多個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)；所述區(qū)間信號(hào)信噪比計(jì)算模塊500，用于將每個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)作為一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，根據(jù)背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算每個(gè)區(qū)間采樣信號(hào)的信噪比；所述第一判斷模塊600，用于判定信噪比大于信噪比閾值的區(qū)間采樣信號(hào)為異常信號(hào)；所述第二判斷模塊700，用于當(dāng)管道兩端的N點(diǎn)聲波采樣信號(hào)都檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，判定是否需要進(jìn)一步做泄漏定位和報(bào)警。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖7所示，所述噪聲標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算模塊300包括均值計(jì)算子模塊310、信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算子模塊320、迭代步距計(jì)算子模塊330、序列篩選子模塊340、峭度計(jì)算子模塊350及最終計(jì)算子模塊360。其中，所述均值計(jì)算子模塊310，用于計(jì)算正負(fù)信號(hào)的信號(hào)均值mean₀；所述信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算子模塊320，用于根據(jù)信號(hào)均值計(jì)算正負(fù)信號(hào)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差σ₀；所述迭代步距計(jì)算子模塊330，用于根據(jù)預(yù)設(shè)迭代次數(shù)M得到迭代步距step＝σ₀/M；所述序列篩選子模塊340，用于在h分別為1，2，……，M時(shí)，從正負(fù)信號(hào)中篩選出滿足公式mean₀-h×step≤x_h(i)≤mean₀+h×step的M個(gè)正負(fù)信號(hào)序列，且正負(fù)信號(hào)序列的長(zhǎng)度分別為V_h(h＝1,2…M)；所述峭度計(jì)算子模塊350，用于分別計(jì)算每個(gè)正負(fù)信號(hào)序列的序列均值、序列標(biāo)準(zhǔn)差及序列峭度；所述最終計(jì)算子模塊360，用于確定序列峭度最接近3的正負(fù)信號(hào)對(duì)應(yīng)的序列標(biāo)準(zhǔn)差為背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。