本實(shí)用新型涉及信號(hào)與信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種滲漏預(yù)警設(shè)備。

背景技術(shù)：

滲漏預(yù)警設(shè)備是主要應(yīng)用于供水管網(wǎng)，一般放置在井內(nèi)管道上，通過(guò)震電傳感器拾取管道噪聲，通過(guò)分析噪聲的強(qiáng)度和頻譜分布特征，判斷滲漏是否發(fā)生，并及時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送至監(jiān)控中心或主要負(fù)責(zé)人手機(jī)。

當(dāng)管道滲漏時(shí)，流體介質(zhì)高速穿過(guò)滲漏空隙，由于震動(dòng)、摩擦、減速、膨脹、撞擊等，流體產(chǎn)生雷諾應(yīng)力或剪切力，形成滲漏噪聲。滲漏聲波以非頻散的平面波和頻散的高階聲模態(tài)形式在管道流體中傳播，受流體和管道衰減特性影響，隨著傳播距離增大，噪聲強(qiáng)度迅速減弱。利用管道滲漏時(shí)產(chǎn)生噪聲這一特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制出多種管網(wǎng)滲漏檢測(cè)/監(jiān)測(cè)設(shè)備(例如：聽(tīng)漏儀、相關(guān)儀、滲漏預(yù)警等),噪聲檢測(cè)方法也是給水管網(wǎng)當(dāng)前主要使用方法。

由于滲漏噪聲極其微弱，易受環(huán)境噪聲干擾，如何正確識(shí)別滲漏噪聲，需要對(duì)滲漏噪聲和環(huán)境噪聲各自的特點(diǎn)進(jìn)行分析。理論和實(shí)際測(cè)試證明：管道環(huán)境噪聲屬于高斯白噪聲，頻譜功率分布符合高斯分布；相對(duì)環(huán)境噪聲，在滲漏噪聲傳播途徑中任一點(diǎn)，滲漏噪聲具有較穩(wěn)定的噪聲強(qiáng)度和頻譜分布特征。其中噪聲強(qiáng)度特征判別方法也是當(dāng)前國(guó)外主流滲漏預(yù)警產(chǎn)品(例如：英國(guó)豪邁)普遍采用的方法。

采用噪聲強(qiáng)度特征判別方法，一般選擇在夜間2:00～4:00期間采集噪聲數(shù)據(jù)，主要目的是為了降低環(huán)境噪聲干擾，降低誤報(bào)和漏報(bào)概率。采集時(shí)，按照固定間隔T秒(一般5～10秒，不同廠家略有不同)采集噪聲數(shù)據(jù)并計(jì)算噪聲強(qiáng)度，采集總次數(shù)N次(一般N>＝1000次)，為了便于分析，將N次采集到的噪聲強(qiáng)度離散序列定義為F(t)，同時(shí)定義強(qiáng)度范圍閾值Vth(一般設(shè)置5db左右，不同廠家略有不同)和切除值Vcut(一般設(shè)置20db左右，不同廠家略有不同)，滲漏判定方法：

1、當(dāng)MIN(F(t)>＝Vcut且MAX(F(t))-MIN(F(t))<＝Vth時(shí)，有滲漏發(fā)生；

2、當(dāng)MIN(F(t)<Vcut或MAX(F(t))-MIN(F(t))>Vth時(shí)，無(wú)滲漏發(fā)生；

其中MAX()取序列最大值，MIN()取序列最小值。這種方法主要依據(jù)滲漏噪聲強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定，而環(huán)境噪聲隨機(jī)性較強(qiáng)的特征判定滲漏是否發(fā)生。

雖然滲漏強(qiáng)度特征判別算法具有算法簡(jiǎn)單、硬件成本低等優(yōu)點(diǎn)，但抗干擾性能差，只能在夜間使用，存在誤報(bào)率和漏報(bào)率普遍偏高等不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種新型滲漏預(yù)警系統(tǒng)，以解決當(dāng)前滲漏預(yù)警裝置抗干擾性能差，只能在夜間使用，不能24小時(shí)監(jiān)測(cè)，存在誤報(bào)率和漏報(bào)率普遍偏高等技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下：

一種新型滲漏預(yù)警系統(tǒng)，包括：

1)供電單元，為設(shè)備提供電力保障；

2)采集單元，用于拾取管道微弱的滲漏噪聲樣本；

3)高增益放大單元，用于對(duì)采集到的微弱管道噪聲高增益放大，并送至處理器內(nèi)置ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

4)處理器單元：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理分析及預(yù)警輸出；該單元包括如下幾個(gè)子單元：

a)ADC子單元：對(duì)噪聲信息采樣轉(zhuǎn)換，獲取離散采樣數(shù)據(jù)；

b)FFT變換子單元：對(duì)采集噪聲樣本進(jìn)行FFT變換，獲得噪聲頻域信息，并計(jì)算幅度譜；

c)自適應(yīng)消噪子單元：定義一次完整采集過(guò)程，即采集間隔+采集時(shí)長(zhǎng)，為一個(gè)采集周期，將連續(xù)m個(gè)采集周期定義為一個(gè)消噪周期，為每個(gè)頻點(diǎn)定義一個(gè)學(xué)習(xí)變量，學(xué)習(xí)變量用于指明當(dāng)前頻點(diǎn)調(diào)整系數(shù)的位置,對(duì)每次采集數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT變換，并獲得輸入幅度譜，定義學(xué)習(xí)幅度譜，在每個(gè)采集周期對(duì)輸入幅度譜與學(xué)習(xí)幅度譜逐個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行比較，以保留相對(duì)穩(wěn)定的滲漏噪聲信息；包括：

比較單元，用于對(duì)輸入幅度譜和學(xué)習(xí)幅度譜比較，獲得頻譜變化狀態(tài)；

學(xué)習(xí)單元，用于對(duì)所述學(xué)習(xí)變量進(jìn)行學(xué)習(xí)，跟蹤頻譜變化狀態(tài)；

調(diào)整單元，用于對(duì)所述學(xué)習(xí)幅度譜進(jìn)行調(diào)整，獲取消噪后幅度譜；

d)頻譜相關(guān)分析子單元：消噪后數(shù)據(jù)通過(guò)頻譜相關(guān)分析算法進(jìn)行頻譜相關(guān)運(yùn)算，獲得噪聲相關(guān)系數(shù)值；包括：

接收單元，用于接收所述的幅度譜；

運(yùn)算單元：用于對(duì)接收到的幅度譜和前一消噪周期幅度譜進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得相關(guān)系數(shù)值；

存儲(chǔ)單元：用于存儲(chǔ)接收到的幅度譜；

e)預(yù)警分析子單元：對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，確認(rèn)滲漏是否發(fā)生；包括：

接收單元，用于接收相關(guān)度值；

統(tǒng)計(jì)單元：用于對(duì)接收到的相關(guān)度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；

判斷單元：用于根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果判斷滲漏是否發(fā)生；

5)GPRS傳輸單元：當(dāng)告警發(fā)生時(shí)，傳輸告警信息到服務(wù)器或指定手機(jī)。

本實(shí)用新型采用自適應(yīng)頻譜消噪裝置消除環(huán)境噪聲的影響；采用頻譜相關(guān)算法裝置綜合評(píng)估噪聲強(qiáng)度和頻譜分布特征，所以本實(shí)用新型具有較好的抗干擾性能、極低的誤報(bào)和漏報(bào)率、適合24小時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)，滿(mǎn)足滲漏預(yù)警實(shí)時(shí)性要求等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型算法流程示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的采集周期、消噪周期等時(shí)序示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的頻譜相關(guān)時(shí)序示意圖；

圖4是本實(shí)用新型自適應(yīng)頻譜消噪算法示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例自適應(yīng)頻譜消噪算法流程圖；

圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例頻譜相關(guān)算法流程圖；

圖7是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例預(yù)警分析算法流程圖。

圖8是發(fā)明的電路組成原理框圖。

圖9是本實(shí)用新型的的算法處理流程示意圖；

圖10是本實(shí)用新型的中斷處理流程圖；

圖11是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例自適應(yīng)頻譜消噪算法流程圖；

圖12是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例頻譜相關(guān)算法流程圖；

圖13是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例預(yù)警分析算法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限制本實(shí)用新型。

受水流體和管道衰減特性影響，滲漏噪聲在傳播過(guò)程中高頻衰減速度要遠(yuǎn)高于低頻衰減速度，因此可采集滲漏噪聲頻率主要分布在50～2Khz范圍內(nèi)，根據(jù)采樣定理，采樣頻率應(yīng)高于4Khz，實(shí)際應(yīng)用中一般取8Khz采樣頻率。

根據(jù)滲漏噪聲特點(diǎn)：具有相對(duì)穩(wěn)定的噪聲強(qiáng)度和頻譜分布特征。本算法綜合依據(jù)噪聲強(qiáng)度和頻譜分布特征，從頻域?qū)υ肼晹?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，算法處理流程如圖1所示；

每次采集噪聲數(shù)據(jù)首先經(jīng)FFT(快速傅里葉)變換，獲得噪聲頻域信息；后經(jīng)“自適應(yīng)頻譜消噪”算法消除環(huán)境噪聲影響，保留相對(duì)穩(wěn)定的滲漏噪聲信息；消噪后數(shù)據(jù)由“頻譜相關(guān)分析”算法在依照消噪周期進(jìn)行頻譜相關(guān)性運(yùn)算，獲得噪聲時(shí)間上相關(guān)性程度；相關(guān)結(jié)果由“預(yù)警分析”模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確認(rèn)是否滲漏發(fā)生。

為了便于說(shuō)明算法工作過(guò)程，定義連續(xù)兩次采集間隔為T(mén)S,定義單次采集時(shí)長(zhǎng)為T(mén)L，定義一次完整采集過(guò)程(采集間隔+采集時(shí)長(zhǎng))為一個(gè)采集周期TP，則TP＝TS+TL。將連續(xù)m個(gè)采集周期定義為一個(gè)消噪周期TF，如圖2(本實(shí)用新型的采集周期、消噪周期等時(shí)序示意圖，注：圖中m＝5)所示:

每個(gè)采集周期TP采集一次噪聲數(shù)據(jù)，采集時(shí)長(zhǎng)TL，采集數(shù)據(jù)首先經(jīng)FFT運(yùn)算，獲得輸入幅度譜，然后由“自適應(yīng)頻譜消噪”算法處理以消除環(huán)境干擾噪聲；每經(jīng)過(guò)一個(gè)消噪周期TF，將當(dāng)前消噪后幅度譜和前一消噪周期幅度譜執(zhí)行“頻譜相關(guān)分析”運(yùn)算，獲得噪聲相關(guān)系數(shù)r(i)。如圖3(本實(shí)用新型的頻譜相關(guān)時(shí)序示意圖，注：圖中m＝5)所示。

計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)r(i)由“預(yù)警分析”模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，判斷滲漏是否發(fā)生。(注：實(shí)際測(cè)試表明：當(dāng)TS≥5秒；TL≥1秒；m≥5時(shí)，性能表現(xiàn)最佳。)

為了更好的說(shuō)明本實(shí)用新型，以下對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)闡述：

自適應(yīng)頻譜消噪部分：

理論和實(shí)踐證明:管道環(huán)境噪聲屬于高斯白噪聲，頻譜功率分布符合高斯分布；而滲漏噪聲具有較穩(wěn)定的噪聲強(qiáng)度和較穩(wěn)定的頻譜分布。針對(duì)上述環(huán)境噪聲和滲漏噪聲的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)如圖4(自適應(yīng)頻譜消噪算法示意圖)所示自適應(yīng)消噪模型。

為了說(shuō)明自適應(yīng)消噪的工作原理，首先定義調(diào)整系數(shù)數(shù)組G[n]，其中n＝2*m+1，令G[n]＝{-1/2，-1/4，.....-1/2m,0，1/2m,.....1/4，1/2}；如果設(shè)m＝5，即5個(gè)采集周期定義為一個(gè)濾波周期，則調(diào)整系數(shù)數(shù)組G(n)＝{-1/2，-1/4，-1/8，-1/16，-1/32，0，1/32，1/16，1/8，1/4，1/2}。為每個(gè)頻點(diǎn)定義一個(gè)學(xué)習(xí)變量g，且0≤g<n，學(xué)習(xí)變量g用于指明當(dāng)前頻點(diǎn)調(diào)整系數(shù)的位置,對(duì)應(yīng)于G[n]數(shù)組的下標(biāo)，初始采集時(shí)，學(xué)習(xí)變量g設(shè)置為m。對(duì)每次采集數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT變換，并獲得輸入幅度譜為Vi；定義學(xué)習(xí)幅度譜Vb,學(xué)習(xí)幅度譜Vb用于跟蹤學(xué)習(xí)輸入噪聲變化，依照環(huán)境噪聲時(shí)間隨機(jī)性強(qiáng)的特征，消除環(huán)境噪聲影響，最終得到消噪后的噪聲幅度譜。

工作時(shí)，采集數(shù)據(jù)經(jīng)FFT(快速傅里葉)變換并計(jì)算獲得輸入幅度譜Vi，將輸入幅度譜Vi與學(xué)習(xí)幅度譜Vb逐個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行比較，并按照下述方式運(yùn)算：

首先逐頻點(diǎn)調(diào)整學(xué)習(xí)變量:

然后，逐頻點(diǎn)調(diào)整學(xué)習(xí)幅度譜:Vb(n)＝Vb(n)*(1+G[g(n)])；

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例自適應(yīng)頻譜消噪算法流程圖，首先對(duì)采集數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT變換，并計(jì)算獲得輸入幅度譜Vi；然后逐頻點(diǎn)比較輸入幅度譜Vi和學(xué)習(xí)幅度譜Vb，獲得頻譜變化狀態(tài)；根據(jù)獲得的頻譜變化狀態(tài)，調(diào)整學(xué)習(xí)變量g及學(xué)習(xí)幅度譜Vb；當(dāng)完成一個(gè)消噪周期，將學(xué)習(xí)幅度譜Vb傳遞給下一級(jí)進(jìn)行處理。

頻譜相關(guān)分析部分：

頻譜相關(guān)分析中我們選擇簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)算法，又稱(chēng)皮爾遜相關(guān)系數(shù)或“皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)”，它描述了兩個(gè)定距變量間聯(lián)系的緊密程度，是一種線性相關(guān)系數(shù)。皮爾森相關(guān)系數(shù)是用來(lái)反映兩個(gè)變量線性相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量，相關(guān)系數(shù)用r表示。

在一個(gè)完整的消噪周期后，經(jīng)過(guò)自適應(yīng)頻譜消噪的幅度譜數(shù)據(jù)，同前一個(gè)消噪周期的幅度譜數(shù)據(jù)，依照皮爾遜相關(guān)系數(shù)公式展開(kāi)分析，獲取不同時(shí)間滲漏噪聲的關(guān)聯(lián)程度。運(yùn)算公式：

此種方法，將幅度譜數(shù)據(jù)直接作為相關(guān)分析的輸入數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，相關(guān)結(jié)果綜合體現(xiàn)了滲漏噪聲強(qiáng)度和頻譜分布特征。相對(duì)于單純依賴(lài)噪聲強(qiáng)度方法，具有更好的準(zhǔn)確性和客觀性，有利于降低滲漏誤報(bào)概率。

獲得的頻譜相關(guān)系數(shù)r，取值范圍為[-1,1]，r>0表示正相關(guān)，r<0表示負(fù)相關(guān)，|r|表示了變量之間相關(guān)程度的高低。特殊地，r＝1稱(chēng)為完全正相關(guān)，r＝-1稱(chēng)為完全負(fù)相關(guān)，r＝0稱(chēng)為不相關(guān)。理論和實(shí)踐證實(shí)，當(dāng)|r|大于等于0.8時(shí)，既認(rèn)為兩個(gè)變量有很強(qiáng)的線性相關(guān)性。

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例頻譜相關(guān)算法流程圖，首先對(duì)當(dāng)前學(xué)習(xí)幅度譜Vb和前一消噪周期的幅度譜VPREV做相關(guān)分析，獲得相關(guān)系數(shù)r值；之后將Vb保存到VPREV中；最后將計(jì)算的相關(guān)系數(shù)r值傳遞給預(yù)警分析進(jìn)行處理。

預(yù)警分析原理：

經(jīng)頻譜相關(guān)分析，獲得的相關(guān)系數(shù)r值，由預(yù)警分析算法完成一定時(shí)間的信號(hào)相關(guān)度統(tǒng)計(jì)與預(yù)警處理，根據(jù)當(dāng)前滲漏預(yù)警的實(shí)際應(yīng)用和實(shí)際測(cè)試表明：當(dāng)連續(xù)時(shí)間≥60分鐘所有獲得的r值≥0.8時(shí)，管道滲漏發(fā)生；當(dāng)不滿(mǎn)足上述條件時(shí)，管道無(wú)滲漏。采用這種預(yù)警判斷方式相對(duì)于傳統(tǒng)僅夜間采集與預(yù)警方式，可以做到24小時(shí)監(jiān)測(cè)，擁有更好的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性。

圖7是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例預(yù)警分析算法流程圖，對(duì)相關(guān)分析得到的相關(guān)系數(shù)r值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如果r≥0.8，則連續(xù)相關(guān)次數(shù)變量TC＝TC+1；否則TC＝0；判斷連續(xù)相關(guān)次數(shù)變量TC是否超過(guò)預(yù)警次數(shù)(例如60次，預(yù)警次數(shù)＝預(yù)警時(shí)間/TF)，如果超過(guò)預(yù)警次數(shù)，則預(yù)警輸出。

硬件部分

隨著滲漏預(yù)警設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用和普及，在保證功能和性能完善的前提下，更對(duì)設(shè)備功耗和成本提出較高要求，綜合權(quán)衡設(shè)備預(yù)警設(shè)備的各個(gè)制約因素，提出如圖8所示設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

供電單元：綜合評(píng)估設(shè)備功耗和設(shè)備體積，采用兩節(jié)ER14505電池并聯(lián)供電。

采集單元：采用供水行業(yè)最常用的壓電陶瓷工藝傳感器，壓電陶瓷具有極其敏感的特性，可以將極微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器等。壓電陶瓷對(duì)外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲(chóng)拍打翅膀?qū)諝獾臄_動(dòng)，用它來(lái)制作壓電地震儀，能精確地測(cè)出地震強(qiáng)度，指示出地震的方位和距離。

高增益放大單元：采用三級(jí)低噪、低功耗高增益運(yùn)放，運(yùn)放選用LT1492CS8，本放大電路可提供>80db的放大增益。

MSP430處理器：綜合評(píng)估性?xún)r(jià)比及內(nèi)部資源，本設(shè)備使用MSP430F5418A型號(hào)。MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集(RISC)的混合信號(hào)處理器(Mixed Signal Processor)。具有如下優(yōu)勢(shì)：

處理能力強(qiáng)：MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。

運(yùn)算速度快：MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法(如FFT等)。

超低功耗：MSP430單片機(jī)的超低功耗性能已是業(yè)界不爭(zhēng)的事實(shí)。MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用1.8-3.6V。共有五種低功耗模式(LPM0～LPM4)。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá)2.5μA，在RAM保持模式下，最低可達(dá)0.1μA。

片內(nèi)資源豐富:MSP430系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門(mén)狗(WDT)、模擬比較器、定時(shí)器、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10/12位ADC、16位Σ-ΔADC、DMA、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。10/12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中，12位高換速率的ADC完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求，也有利于功耗和成本控制。

GPRS無(wú)線單元(General Packet Radio Service):是通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是GSM移動(dòng)電話用戶(hù)可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。由于GPRS推廣較早、覆蓋率最廣、信號(hào)穩(wěn)定、使用成本低等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮滲漏預(yù)警設(shè)備通信數(shù)據(jù)量極小，一個(gè)月低于5Mbyte，因此GPRS通信方式無(wú)疑是最好的選擇。

軟件部分：

軟件采用新型滲漏預(yù)警算法對(duì)管道滲漏進(jìn)行評(píng)估分析，新算法綜合依據(jù)噪聲強(qiáng)度和頻譜分布特征，從頻域?qū)υ肼晹?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，算法處理流程如圖9(示例本實(shí)用新型的算法處理流程示意圖)示意：

采集噪聲數(shù)據(jù)首先經(jīng)FFT(快速傅里葉)變換，獲得噪聲頻域信息；后經(jīng)“自適應(yīng)頻譜消噪”算法消除環(huán)境噪聲影響，保留相對(duì)穩(wěn)定的滲漏噪聲信息；消噪后數(shù)據(jù)由“頻譜相關(guān)分析”算法依照消噪周期進(jìn)行頻譜相關(guān)性運(yùn)算，獲得噪聲時(shí)間上相關(guān)性程度；相關(guān)結(jié)果由“預(yù)警分析”模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷，確認(rèn)是否滲漏發(fā)生。

因?yàn)椴杉瘽B漏噪聲頻率主要分布在50～2Khz范圍內(nèi)，根據(jù)采樣定理，采樣頻率應(yīng)高于4Khz，本設(shè)計(jì)中選取8Khz采樣頻率?？紤]設(shè)備實(shí)際功耗和運(yùn)算量，每次采集100ms數(shù)據(jù)，即800個(gè)有效數(shù)據(jù)樣本，經(jīng)FFT變換后獲得400點(diǎn)頻譜(FFT的對(duì)稱(chēng)性)，頻譜分辨率10Hz。為了壓縮運(yùn)算量，并考慮滲漏噪聲主要分布在50～2Khz范圍，所有只取前200點(diǎn)頻譜參與后級(jí)運(yùn)算。

綜合評(píng)估實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和設(shè)備功耗及設(shè)備性能，取60秒為一個(gè)采集周期，即TP＝60秒；5個(gè)采集周期為一個(gè)消噪周期，即TF＝TP*m＝300秒，m＝5；連續(xù)20次相關(guān)分析結(jié)果r值≥0.8，確認(rèn)滲漏發(fā)生，即預(yù)警時(shí)間＝20*TF＝6000秒＝100分鐘。

為了簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)、縮短處理時(shí)間、提高處理效率、降低設(shè)備功耗，所有采集及運(yùn)算工作將在RTC定時(shí)中斷中完成，RTC定時(shí)間隔1分鐘，即TP＝60秒.配置RTC定時(shí)中斷，定時(shí)間隔1分鐘，設(shè)備僅在RTC中斷時(shí)喚醒CPU，當(dāng)中斷退出時(shí)，重新進(jìn)入低功耗模式。中斷總處理流程如圖10(示例本實(shí)用新型的中斷處理流程圖)所示：為了更清晰的說(shuō)明算法處理流程，對(duì)關(guān)鍵性算法和處理步驟，將逐一展開(kāi)分析。

自適應(yīng)頻譜消噪實(shí)現(xiàn)：

自適應(yīng)頻譜消噪在RTC定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)，首先啟動(dòng)ADC12并配置DMA通道，8K采集速率連續(xù)采集100ms數(shù)據(jù)；等待采集完成后，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，并計(jì)算幅度譜；逐頻點(diǎn)比較輸入幅度譜和學(xué)習(xí)幅度譜，獲得頻譜變化狀態(tài)；根據(jù)頻譜變化狀態(tài)，調(diào)整學(xué)習(xí)變量g；逐頻點(diǎn)調(diào)整頻點(diǎn)幅度；進(jìn)入下級(jí)“頻譜相關(guān)分析”處理程序。流程圖如圖11(根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例自適應(yīng)頻譜消噪算法流程圖)所示。

頻譜相關(guān)分析實(shí)現(xiàn)：

首先對(duì)當(dāng)前學(xué)習(xí)幅度譜Vb和前一消噪周期的幅度譜VPREV做相關(guān)分析，獲得相關(guān)系數(shù)r值；之后保存Vb到VPREV；相關(guān)系數(shù)r值傳遞給預(yù)警分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理；相關(guān)分析完成；流程圖如圖12(根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例頻譜相關(guān)算法流程圖)所示。此種方法，將幅度譜數(shù)據(jù)直接作為相關(guān)分析的輸入數(shù)據(jù)展開(kāi)相關(guān)系數(shù)分析，相關(guān)結(jié)果綜合體現(xiàn)了滲漏噪聲強(qiáng)度和頻譜分布特征。相對(duì)于單純依賴(lài)噪聲強(qiáng)度方法，具有更好的準(zhǔn)確性和客觀性，有利于降低滲漏誤報(bào)概率。

預(yù)警分析實(shí)現(xiàn)：

統(tǒng)計(jì)“相關(guān)分析”得到的相關(guān)系數(shù)r值，如果r≥0.8，則連續(xù)相關(guān)次數(shù)變量TC＝TC+1；否則TC＝0；判斷連續(xù)相關(guān)次數(shù)變量TC是否超過(guò)相關(guān)次數(shù)20次(100分鐘)，如果超過(guò)相關(guān)次數(shù)，則預(yù)警輸出；預(yù)警信息通過(guò)GPRS遠(yuǎn)傳至服務(wù)器或指定手機(jī)；至此預(yù)警分析完成；流程圖如圖13(根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的示例預(yù)警分析算法流程圖)所示。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。

此外，本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本實(shí)用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開(kāi)的內(nèi)容。

表1：