【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道监测，具体涉及一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型。
技术介绍
1、近5年来，我国燃气管网泄漏事故原因中，第三方施工破坏平均比例高达82％，是近20年来地下燃气管网破坏的主要原因。为了减少第三方施工活动行为对城市地下燃气管网的破坏，本专利技术基于地下空间管道施工监测技术方案，面向前端感知设备提出了一种城市埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型。地下空间管道施工监测技术方案是指将声发射传感器固定到管道上，传感器安装位置可以是燃气阀门井、燃气调压柜等管网附属设施中，当管道受到施工影响后会产生振动，传感器接收到振动信号后，对数据信号进行经过adc采样、信号放大和滤波处理后，进入边缘计算模块，通过模型计算确定信号类型，对于施工信号，对该段数据进行保存，并将通过5g模块和外置天线将预警信息传送至云端服务器，对于疑似施工信号，对该段数据进行保存，并将通过5g模块和外置天线将预警信息传送至云端服务器做进一步识别判断，对于非施工信号，设备不会做出任何动作。此外，当设备监测到预警信息后，会减少休眠时间，延长监测工作时间，加强对施工破坏行为的监测频率。
2、现有的信号识别预警方法技术路线大致有两大类：一类是基于svm、神经网络、决策树、图像识别等机器学习与深度学习算法的分类模型，另一类是基于设定多个监测指标阈值与规则的分类模型。这些预警技术方案多被应用于不同感知原理的第三方施工监测技术中，如分布式光纤声波感知技术、光纤振动探测技术、基于加速度传感器的土体振动监测技术、视频监控技术、gps定位等技术。然而，这些监测
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，从多个频段对施工信号特征进行筛选和提取，并对特征因子阈值和总阈值进行优化遴选，从而提高对第三方施工破坏行为识别能力，解决现有方式对异常施工信号的预判不足导致误报、漏报的技术问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，包括：
4、信号获取模块，声发射传感器感知到第三方施工信号，并通过数据传输装置将采集的施工信号传送到信号处理模块中；
5、信号处理模块，用于对信号获取模块上传的施工信号进行处理，信号处理包括加窗运算、带通滤波和特征提取；
6、比对模块，定时评估背景噪声水平，与噪声水平比对，计算得到特征因子α，然后对α进行阈值和总阈值判断，从而确定信号类型；
7、计算模块，通过计算特征因子阈值和总阈值，确定获取的施工信号类型；
8、预警模块，获取计算模块确定的施工信号类型，向对应的单位发出预警信息。
9、作为本专利技术进一步的方案：所述加窗运算将原始信号根据需要进行截断，保持具有统一的数据结构特征，具体为采用矩形窗对信号进行阶段处理，矩形窗口大小分为两种，窄窗为0.2s，宽窗为1s，相邻两个矩形窗重叠区域为50％。
10、作为本专利技术进一步的方案：所述带通滤波采用chebyshevⅱ型带通滤波器对信号进行滤波处理，滤波频段根据施工信号频率分布特征，分为低频带通滤波信号，频率范围：1hz-1.5khz；中频带通滤波信号，频率范围：0.75khz-2.25khz；高频带通滤波信号，频率范围：1.5khz-3khz。
11、作为本专利技术进一步的方案：所述特征提取用于从时域和频域分别提取和筛选与信号类型相关性较高的特征值，对带通滤波处理后的三个频段信号进行特征提取，且每个信号的特征提取范围为加窗运算后的信号。
12、作为本专利技术进一步的方案：所述特征提取的具体特征为：
13、低频段：波峰值a11、波峰因子a12、中心频率a13、信噪比a14；
14、中频段：波峰因子a21、功率带宽a22、中心频率a23、信噪比a24；
15、高频段：功率带宽a31、中心频率a32。
16、作为本专利技术进一步的方案：所述定时评估背景噪声水平，与噪声水平比对，计算得到特征因子α，然后是对α进行阈值和总阈值判断，从而确定信号类型具体方法为：
17、信号获取模块定时在早高峰7：00-10：00、午高峰11：00-14：00、晚高峰17：-19：00、凌晨00：00四个时段对背景噪声信号进行获取，通过特征提取方式对此时间段内获取的背景噪声信号进行特征提取，获得对应时间段内的特征数据具体为：
18、低频段：波峰值a11、波峰因子a12、中心频率a13、信噪比a14；
19、中频段：波峰因子a21、功率带宽a22、中心频率a23、信噪比a24；
20、高频段：功率带宽a31、中心频率a32；
21、将a11/a11＝α11，a21/a21＝α21，……，依此类推，可以得到一个新的特征向量t＝{α11，α12，……，α31，α32}，若特征向量t中的每个特征因子αij≈1时表明没有施工活动。
22、作为本专利技术进一步的方案：所述特征因子阈值和总阈值的计算方法具体为：
23、首先确定每一个特征因子的权重ωij，ωij可以由每个特征值的相关性系数归一化结果来获得，具体公式如下：
24、
25、在上式(1)中，ωij表示频段i中第j个特征因子权重，i＝1，2，3分别表示低、中、高频；coefij表示频段i中第j个特征的相关性系数；ni表示频段i中的特征个数；特征因子αij取值范围为1≤αij≤βij，设定αij在该范围内认为是施工信号，超出该范围则认为不是施工信号，因此，用来表示满足特征因子阈值βij的状态，公式如下：
26、
27、在上式(2)中，下标k表示需要计算的信号数量；利用与ωij的乘积作为该特征因子的有效性，并对所有特征求和得到tk，当tk小于总阈值θ时认为是施工信号，否则为其他信号，具体公式如下：
28、
29、在上式(3)中，pk表示判定结果，1表示施工信号，0表示非施工信号；
30、在确定计算公式后，通过代入若干采集的施工信号与噪声样本，计算得到特征因子阈值和总阈值的取值。
31、作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述加窗运算将原始信号根据需要进行截断，保持具有统一的数据结构特征，具体为采用矩形窗对信号进行阶段处理，矩形窗口大小分为两种，窄窗为0.2s，宽窗为1s，相邻两个矩形窗重叠区域为50％。
3.根据权利要求1所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述带通滤波采用ChebyshevⅡ型带通滤波器对信号进行滤波处理，滤波频段根据施工信号频率分布特征，分为低频带通滤波信号，频率范围：1Hz-1.5kHz；中频带通滤波信号，频率范围：0.75kHz-2.25kHz；高频带通滤波信号，频率范围：1.5kHz-3kHz。
4.根据权利要求3所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述特征提取用于从时域和频域分别提取和筛选与信号类型相关性较高的特征值，对带通滤波处理后的三个频段信号进行特征提取，且每个信号的特征提取范围为加窗运算后的信号。
5.根据权利要求4
6.根据权利要求5所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述定时评估背景噪声水平，与噪声水平比对，计算得到特征因子α，然后是对α进行阈值和总阈值判断，从而确定信号类型具体方法为：
7.根据权利要求6所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述特征因子阈值和总阈值的计算方法具体为：
8.根据权利要求7所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，在对特征因子阈值和总阈值的计算过程中，运用最优化算法对总阈值θ和特征因子阈值βij进行优化，其优化目标函数如下所示：
9.根据权利要求7所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，在确定为施工信号之后，当1s时间内连续5-20次被判定为施工信号时，即频率位5-20Hz，可认为是道路破碎施工信号。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述预警模块向对应的单位发出预警信息之前，将信号原始数据和判定结果发送至云端服务器进一步确认，待确认无误后进行预警信息的发送。
...【技术特征摘要】
1.一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述加窗运算将原始信号根据需要进行截断，保持具有统一的数据结构特征，具体为采用矩形窗对信号进行阶段处理，矩形窗口大小分为两种，窄窗为0.2s，宽窗为1s，相邻两个矩形窗重叠区域为50％。
3.根据权利要求1所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述带通滤波采用chebyshevⅱ型带通滤波器对信号进行滤波处理，滤波频段根据施工信号频率分布特征，分为低频带通滤波信号，频率范围：1hz-1.5khz；中频带通滤波信号，频率范围：0.75khz-2.25khz；高频带通滤波信号，频率范围：1.5khz-3khz。
4.根据权利要求3所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，其特征在于，所述特征提取用于从时域和频域分别提取和筛选与信号类型相关性较高的特征值，对带通滤波处理后的三个频段信号进行特征提取，且每个信号的特征提取范围为加窗运算后的信号。
5.根据权利要求4所述的一种埋地燃气管道第三方施工破坏边缘预警模型，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李垣志，侯龙飞，吴鹏，付明，陈建国，王振，钱新明，袁梦琦，张姝雨，端木维可，李润婉，马文辉，
申请(专利权)人：合肥泽众城市智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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