基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法技术

本发明专利技术提供了一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法，包括以下步骤：构建正压输气管道系统，采集微泄漏音波信号，对采集到的音波信号进行预处理，建立微泄漏音波信号的高斯分布模型，根据测试音波信号的欧式距离与建立的高斯分布距离判断是否发生微泄漏。该发明专利技术在有限数据的条件下，通过构建微泄漏音波信号高斯分布模型来识别微泄漏信号，不仅有助于正压气体输气管道的微泄漏识别，而且在未来的研究中有助于解决管道微泄漏的泄漏点定位问题，避免了大量的物理公式且更为实用。

The modeling method of micro leakage acoustic signal detection of gas pipeline based on

The present invention provides an acoustic signal detection based on gas pipeline leakage modeling method, which comprises the following steps: constructing positive pressure gas pipeline system, collecting micro leakage acoustic signal of acoustic signals collected are pre processed, the establishment of micro leakage acoustic signal Gauss distribution model, based on Euclidean distance test sonic signal with the establishment of the Gauss distribution distance to determine whether the occurrence of micro leakage. The invention in limited data condition, through the construction of micro leakage acoustic signal Gauss distribution model to identify the micro leakage signal, not only micro leakage detection to help Yu Zheng pressure gas pipeline, but also help to solve the pipeline leakage leakage localization problem in the future study, to avoid the massive physical formula and more practical.

【技术实现步骤摘要】
基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法
本专利技术涉及天然气管道安全检测
，具体涉及一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法。
技术介绍
正压输气管道是制造工厂最常见的组成部分，但经过一段时间的工作，管道易被腐蚀、氧化以及人为误操作等原因造成泄漏。早期阶段，管道会出现微小裂缝或者孔洞，随着时间推移，微小裂缝和孔洞演变成大裂缝，存在较大的安全隐患。目前，常用方法是在管道上安装压力和流量传感器，并加以定期巡逻。每种传感器都有特定的测量范围,导致微小泄漏不易被准确测量。已有研究给出了微泄漏的定义：漏流波动量F是低于1.2％Fnormal(Fnormal是标准的交通流)。音波信号已成功应用于多种领域的检测与识别，比如岩石结构裂缝，水下材料识别和环境分析，环境感知，智能汽车，以及鲸鱼的种类识别。同时，音波信号也被应用于管道状态检测。例如，埋充气管道，石油和天然气管道,水管等等。任何应用场景中音波信号的数据采集都是关键问题，需要特殊环境、特殊的管道系统等，有研究依赖于实际项目和工程系统收集音波信号，或者基于软件生成理论的音波信号，但都难以获得大数据量的音波信号。因此,用于理论研究的音波数据是有限的。
技术实现思路
本申请通过提供一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法，以解决有限的音波数据条件下输气管道微泄漏的识别的技术问题。为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法，包括如下步骤：S1：构建正压输气管道系统，采集微泄漏音波信号，其中，该正压输气管道系统由压缩机提供定压气体，将定压气体压入圆形管道，最后将定压气体压入另一个压缩机内，将第一麦克风放置于泄漏点，将第二麦克风放置于距泄漏点l米的管道处，所述第一麦克风和第二麦克风用于采集音波信号，该音波信号包括微泄漏音波信号和无泄漏音波信号；S2：对采集到的音波信号进行预处理：式中，Sni为第一麦克风采集的第i个微泄漏音波信号，bi为第i个无泄漏音波信号，Sli为第二麦克风采集的第i个微泄漏音波信号，N1是第一麦克风采集的微泄漏音波信号的个数，N2是第一麦克风采集到的无泄漏音波信号的个数，N3是第二麦克风采集的微泄漏音波信号的个数，N4是第二麦克风采集到的无泄漏音波信号的个数，0＜N1＜N2＜N3＜N4＜N，N为训练集的大小；S3：建立微泄漏音波信号的高斯分布模型，包括：第一麦克风采集到的微泄漏音波信号建立的第一高斯分布模型：第二麦克风采集到的微泄漏音波信号建立的第二高斯分布模型：式中，E(ΔSn)为ΔSn的均值，δ(ΔSn)为ΔSn的方差，E(ΔSl)为ΔSl的均值，δ(ΔSl)为ΔSl的方差，0＜M1＜M2＜M，M为训练集大小；S4：根据测试音波信号St的欧式距离与步骤S3建立的高斯分布距离判断是否发生微泄漏，即：S41：判断测试音波信号St是否属于第一高斯分布模型G(ΔSn)，如果是，则进入步骤S43，否则，进入步骤S44；S42：判断测试音波信号St是否属于第二高斯分布模型G(ΔSl)，如果是，则进入步骤S43，否则，进入步骤S44；S43：发生微泄漏事故，且泄漏点位于麦克风附近；S44：没有微泄漏事故。在步骤S1中，所述第一麦克风和第二麦克风采集音波信号的方法为：所述第一麦克风和第二麦克风同时启动t1秒后停止，停止t2秒后再次启动t1秒，并以此方式循环采集。进一步地，该正压输气管道系统中还包括空气控制阀用于控制输出气体的特征，保持稳定的气体压力。进一步地，正压输气管道系统中圆形管道的材料为钢和塑料的结合。为了确保安全性，该定压气体的压力不超过0.4MPa。与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：通过对实际管道系统中采集的有限的微泄漏声信号在频域信号特性的分析，构建微泄漏音波信号的高斯分布模型，不仅有助于正压气体输气管道的微泄漏识别，而且在未来的研究中有助于解决管道微泄漏的泄漏点定位问题，避免大量的物理公式且更为实用。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为正压输气管道系统结构框图；图3(1)为第一麦克风采集的微泄漏音波信号的方差曲线图；图3(2)为第一麦克风采集的微泄漏音波信号线性变换后的方差曲线图；图4为人类声音信号的高斯分布模型仿真图；图5(1)为无泄漏音波信号的高斯分布模型仿真图一；图5(2)为无泄漏音波信号的高斯分布模型仿真图二；图5(3)为无泄漏音波信号的高斯分布模型仿真图三；图6(1)为第一种音波信号的高斯分布模型仿真图；图6(2)为第二种音波信号的高斯分布模型仿真图；图6(3)为第三种音波信号的高斯分布模型仿真图；图7(1)为NModel高斯分布模型对人类声音信号的识别结果图；图7(2)为NModel高斯分布模型对微泄漏音波信号的识别结果图；图7(3)为NModel高斯分布模型对线性变换后微泄漏音波信号的识别结果图；图7(4)为NModel高斯分布模型对无泄漏音波信号的识别结果图；图8(1)为PModel高斯分布模型对人类声音信号的识别结果图；图8(2)为PModel高斯分布模型对微泄漏音波信号的识别结果图；图8(3)为PModel高斯分布模型对线性变换后微泄漏音波信号的识别结果图；图8(4)为PModel高斯分布模型对无泄漏音波信号的识别结果图；图9(1)为0.2MPa气体压力下对无泄漏音波信号的识别结果图一；图9(2)为0.2MPa气体压力下对无泄漏音波信号的识别结果图二；图9(3)为0.2MPa气体压力下对无泄漏音波信号的识别结果图三；图10(1)为0.2MPa气体压力下对微泄漏音波信号的识别结果图一；图10(2)为0.2MPa气体压力下对微泄漏音波信号的识别结果图二；图10(3)为0.2MPa气体压力下对微泄漏音波信号的识别结果图三。具体实施方式本申请实施例通过提供一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法，以解决有限的音波数据条件下输气管道微泄漏的识别的技术问题。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。实施例一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法，如图1所示，包括如下步骤：S1：构建正压输气管道系统，采集微泄漏音波信号，其中，该正压输气管道系统由压缩机提供定压气体，将定压气体压入圆形管道，最后将定压气体压入另一个压缩机内，将第一麦克风放置于泄漏点，将第二麦克风放置于距泄漏点l米的管道处，所述第一麦克风和第二麦克风用于采集音波信号，该音波信号包括微泄漏音波信号和无泄漏音波信号，该正压输气管道系统中还包括空气控制阀用于控制输出气体的特征，保持稳定的气体压力。正压输气管道系统中圆形管道的材料为钢和塑料的结合，在实验中，在塑料部分人为破坏形成泄漏点，该泄漏点足够小，以至于紧邻泄漏点的压力传感器值变化低于0.01％，为了确保安全性，该定压气体的压力不超过0.4MPa。图2所示为该正压输气管道系统的结构框图。在本实施例中，所述第一麦克风和第二麦克风同时启动5秒后停止，停止1秒后再次启动5秒，并以此方式循环采集音波信号，本次实验总共采集了136组无泄漏音波信号，188组第一麦克风采集的微泄漏音波信号和150组第二麦克风采集的微泄漏音波信号。其中，无泄漏音波信号的主要组成为压缩机运行产生的噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：构建正压输气管道系统，采集微泄漏音波信号，其中，该正压输气管道系统由压缩机提供定压气体，将定压气体压入圆形管道，最后将定压气体压入另一个压缩机内，将第一麦克风放置于泄漏点，将第二麦克风放置于距泄漏点l米的管道处，所述第一麦克风和第二麦克风用于采集音波信号，该音波信号包括微泄漏音波信号和无泄漏音波信号；S2：对采集到的音波信号进行预处理：

【技术特征摘要】
1.一种基于音波信号检测输气管道微泄漏的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：构建正压输气管道系统，采集微泄漏音波信号，其中，该正压输气管道系统由压缩机提供定压气体，将定压气体压入圆形管道，最后将定压气体压入另一个压缩机内，将第一麦克风放置于泄漏点，将第二麦克风放置于距泄漏点l米的管道处，所述第一麦克风和第二麦克风用于采集音波信号，该音波信号包括微泄漏音波信号和无泄漏音波信号；S2：对采集到的音波信号进行预处理：式中，Sni为第一麦克风采集的第i个微泄漏音波信号，bi为第i个无泄漏音波信号，Sli为第二麦克风采集的第i个微泄漏音波信号，N1是第一麦克风采集的微泄漏音波信号的个数，N2是第一麦克风采集到的无泄漏音波信号的个数，N3是第二麦克风采集的微泄漏音波信号的个数，N4是第二麦克风采集到的无泄漏音波信号的个数，0＜N1＜N2＜N3＜N4＜N，N为训练集的大小；S3：建立微泄漏音波信号的高斯分布模型，包括：第一麦克风采集到的微泄漏音波信号建立的第一高斯分布模型：第二麦克风采集到的微泄漏音波信号建立的第二高斯分布模...

【专利技术属性】
技术研发人员：利节，向毅，陈国荣，熊茜，刘松，高铮，杜晓霞，罗建伟，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50