一种量测噪声影响的计算方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种量测噪声影响的计算方法和系统，量测噪声影响的计算方法，包括以下步骤：建立待检测管道动态水力模拟的时域有限差分模型；在不考虑量测噪声影响的情况下测量待检测管道状态量，并获取待检测管道状态量的有噪声实测序列；根据时域有限差分模型和有噪声实测序列计算待检测管道状态量的估计序列；假设量测噪声为正态分布，采用工业估值法计算估计序列的量测噪声误差。本发明专利技术给出了一种使用差分格式计算天然气运行状态时，分析量测噪声对最后计算结果影响的估算方法，由量测噪声大小可直接得到最后计算结果的噪声大小，为仿真计算时选择合适的边界条件，以及对最后计算结果的处理(例如滤波)提供了理论依据。结果的处理(例如滤波)提供了理论依据。结果的处理(例如滤波)提供了理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种量测噪声影响的计算方法和系统


[0001]本专利技术属于管道泄漏检测方法领域，特别涉及一种量测噪声影响的计算方法和系统。

技术介绍

[0002]考虑到天然气的物理特性，管道运输成为国内外天然气输运的主要途径。管道的运输量大、输送效率高、连续性强、安全系数高，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。虽然管道运输相较其他输运方式更为安全，但由于管道设备的老化腐蚀、施工缺陷、滑坡地震、人为破坏外部干扰等原因，泄漏事故时有发生，轻则因天然气的流失造成经济损失和环境污染，超出停机和维修费用所涉及的成本，重则造成爆炸引起火灾导致人员伤亡，危害不容小觑。而随着天然气系统与电气系统耦合程度逐步加深，故障极易通过耦合传播到另一个系统，引发更严重的安全问题。由于天然气本身无色无味，难以在泄漏发生后及时察觉并阻止事故的进一步扩大，因此提高管道泄漏的检测速度/精度，意义重大。
[0003]现有技术中，采用建模的方式，首先建立模型，然后通过模型分析和计算末端质量流量和末端压强的估值序列，通过估值序列来与实测序列进行比较，从而确定管道是否存在泄漏，但是，管道参数与流体参数是在没有采取任何滤波降噪的操作时，所以存在量测噪声误差，因此亟需提供一种量测噪声影响的计算方法。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术目的之一在于：提供一种量测噪声影响的计算方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种量测噪声影响的计算方法，包括以下步骤：
[0007]建立待检测管道动态水力模拟的时域有限差分模型；
[0008]在不考虑量测噪声影响的情况下测量所述待检测管道状态量，并获取所述待检测管道状态量的有噪声实测序列；
[0009]根据所述时域有限差分模型和有噪声实测序列计算所述待检测管道状态量的估计序列；
[0010]假设量测噪声为正态分布，采用工业估值法计算估计序列的量测噪声误差。
[0011]优选地，所述的建立待检测管道动态水力模拟的时域有限差分模型步骤包括：
[0012]将所述待检测管道的物理参数在空间维度上离散化，得到分布参数模型；
[0013]将所述待检测管道的状态量进行时空离散，得到所述状态量的中心差分模型；
[0014]根据所述中心差分模型和所述分布参数模型建立所述待检测管道的时域有限差分模型。
[0015]优选地，所述的时域有限差分模型为：
[0016][0017][0018]其中：
[0019]L0＝1/A，A为管道横截面积；
[0020]R0＝λv/(2Ad)，v为管道内流体微元运行速度，λ为管道内流体摩擦阻力系数，d为管道内径；
[0021]C0＝A/c2，c为气体中的声速，T为管道内流体运行温度，Z为管道内流体的摩尔质量，R为理想气体常数；G0＝0；
[0022]m为流体微元的质量流量，p为流体微元的压强，Re为雷诺数，μ为流体粘度；
[0023]m、p、Re、v和λ的上标表示时间的离散点，下标表示空间的离散点，x为管道轴向空间，t为时间；
[0024]其中，k＝{0，1，2，3
…
N}，N表示总的计算时间的均分总段数，Δt表示每段的时间间隔，总的计算时间T，将其等分为N段，每段的时间间隔Δt＝T/N；
[0025]j＝{1，2，3
…
M}，M表示待检测管道的长度的均分总段数，Δx表示每段的长度，长度为l的管道，将其等分为M段，每段的长度Δx＝l/M。
[0026]优选地，根据所述时域有限差分模型和有噪声实测序列计算所述待检测管道状态量的估计序列，具体过程如下：
[0027]将所述待检测管道的首端压强实测序列P
in
和所述待检测管道的末端质量流量实测序列M
out
作为初始边界条件输入所述时域有限差分模型；
[0028]计算并输出末端压强估计序列P
out
‑
model
和首端质量流量估计序列M
in
‑
model
。
[0029]优选地，假设量测噪声为正态分布，采用工业估值法计算估计序列的量测噪声误差，具体过程如下：
[0030]S1假设量测噪声为正态分布，令量测噪声的标准差σ为量测量均值的0.033％，P
in
和M
out
量测噪声标准差分别为σ
P
和σ
M
，考虑量测噪声后首末端的量测值为：
[0031][0032][0033]其中，
[0034][0035][0036]采用工业估值法，得到σ
P
为102量级，σ
M
为10
‑2量级；
[0037]S2考虑量测噪声后，时域有限差分模型的迭代式中第一行和第二行计算结果的方差为：
[0038][0039][0040]S3用管道参数与流体参数还原系数表达式如下：
[0041][0042][0043][0044][0045]对以上系数表达式采用工业估值法处理后带入到时域有限差分模型的迭代式中，得到如下计算式：
[0046][0047]S4令j＝1和j＝M带入到步骤S3中的迭代式后，得到如下计算式：
[0048][0049][0050]S5根据步骤S4的迭代式以及步骤S2的方差公式，得到如下计算式：
[0051][0052][0053]将步骤S1中的σ
P
为102量级，σ
M
为10
‑2量级带入上述公式，得到，m2与p
2M+1
的标准差相较各自对应的传感器误差分别放大了104倍与缩小了104倍。
[0054]针对上述问题，本专利技术目的之二在于：提供一种量测噪声影响的计算系统。
[0055]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0056]一种量测噪声影响的计算系统，包括：
[0057]建模单元：用于建立待检测管道动态水力模拟的时域有限差分模型；
[0058]测量单元：用于在不考虑量测噪声影响的情况下测量所述待检测管道状态量，并获取所述待检测管道状态量的有噪声实测序列；
[0059]第一计算单元：用于根据所述时域有限差分模型和有噪声实测序列计算所述待检
测管道状态量的估计序列；
[0060]第二计算单元：用于假设量测噪声为正态分布，采用工业估值法计算估计序列的量测噪声误差。
[0061]优选地，所述的建模单元具体用于：
[0062]将所述待检测管道的物理参数在空间维度上离散化，得到分布参数模型；
[0063]将所述待检测管道的状态量进行时空离散，得到所述状态量的中心差分模型；
[0064]根据所述中心差分模型和所述分布参数模型建立所述待检测管道的时域有限差分模型。
[0065]优选地，所述的时域有限差分模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量测噪声影响的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：建立待检测管道动态水力模拟的时域有限差分模型；在不考虑量测噪声影响的情况下，测量所述待检测管道状态量，并获取所述待检测管道状态量的有噪声实测序列；根据所述时域有限差分模型和有噪声实测序列计算所述待检测管道状态量的估计序列；假设量测噪声为正态分布，采用工业估值法计算估计序列的量测噪声误差。2.根据权利要求1所述的一种量测噪声影响的计算方法，其特征在于，所述的建立待检测管道动态水力模拟的时域有限差分模型步骤包括：将所述待检测管道的物理参数在空间维度上离散化，得到分布参数模型；将所述待检测管道的状态量进行时空离散，得到所述状态量的中心差分模型；根据所述中心差分模型和所述分布参数模型建立所述待检测管道的时域有限差分模型。3.根据权利要求2所述的一种量测噪声影响的计算方法，其特征在于，所述的时域有限差分模型为：差分模型为：其中：L0＝1/A，A为管道横截面积；R0＝λv/(2Ad)，v为管道内流体微元运行速度，λ为管道内流体摩擦阻力系数，d为管道内径；C0＝A/c2，c为气体中的声速，T为管道内流体运行温度，Z为管道内流体的摩尔质量，R为理想气体常数；G0＝0；m为流体微元的质量流量，p为流体微元的压强，Re为雷诺数，μ为流体粘度；m、p、Re、v和λ的上标表示时间的离散点，下标表示空间的离散点，x为管道轴向空间，t为时间；其中，k＝{0，1，2，3
…
N}，N表示总的计算时间的均分总段数，Δt表示每段的时间间隔，总的计算时间T，将其等分为N段，每段的时间间隔Δt＝T/N；
j＝{1，2，3
…
M}，M表示待检测管道的长度的均分总段数，Δx表示每段的长度，长度为l的管道，将其等分为M段，每段的长度Δx＝l/M。4.根据权利要求3所述的一种量测噪声影响的计算方法，其特征在于，根据所述时域有限差分模型和有噪声实测序列计算所述待检测管道状态量的估计序列，具体过程如下：将所述待检测管道的首端压强实测序列P
in
和所述待检测管道的末端质量流量实测序列M
out
作为初始边界条件输入所述时域有限差分模型；计算并输出末端压强估计序列P
out
‑
model
和首端质量流量估计序列M
in
‑
model
。5.根据权利要求4所述的一种量测噪声影响的计算方法，其特征在于，假设量测噪声为正态分布，采用工业估值法计算估计序列的量测噪声误差，具体过程如下：S1假设量测噪声为正态分布，令量测噪声的标准差σ为量测量均值的0.033％，P
in
和M
out
的量测噪声标准差分别为σ
P
和σ
M
，考虑量测噪声后首末端的量测值为：为：其中，其中，采用工业估值法，得到σ
P
为102量级，σ
M
为10
‑2量级；S2考虑量测噪声后，时域有限差分模型的迭代式中第一行和第二行计算结果的方差为：为：S3用管道参数与流体参数还原系数表达式如下：S3用管道参数与流体参数还原系数表达式如下：S3用管道参数与流体参数还原系数表达式如下：S3用管道参数与流体参数还原系数表达式如下：对以上系数表达式采用工业估值法处理后带入到时域有限差分模型的迭代式中，得到如下计算式：S4令j＝1和j＝M带入到步骤S3中的迭代式后，得到如下计算式：
S5根据步骤S4的迭代式以及步骤S2的方差公式，得到如下计算式：S5根据步骤S4的迭代式以及步骤S2的方差公式，得到如下计算式：将步骤S1中的σ
P
为102量级，σ
M
为10
‑2量级带入上述公式，得到m2与p
2M+1
的标准差相较各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘昭光，王彬，孙宏斌，郭庆来，周芷怡，尹冠雄，
申请(专利权)人：北京清源智慧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：