[发明专利]基于小波和模式识别的流体输送管道泄漏检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域，特别涉及一种基于小波和模式识别的流体输送管道泄漏 检测方法及装置。

背景技术

随着国民经济的发展，管道由于其在流体运输中独特的优势，在输送成品油、原油等流 体方面正发挥着不可替代的重要作用。但是随着管道运输的发展，老化、腐蚀和受经济利益 驱动的人为偷盗等原因，导致管道泄漏事故频繁发生，造成了重大的经济损失、环境污染和 安全隐患。快速准确地检测出管道泄漏，对于保护自然环境和国家财产具有重大的意义。

负压波法是指当管道发生泄漏时，泄漏处由于物质损失造成压力突然下降，压降由泄漏 处向上、下游传播，称之为负压波。由于管壁的波导作用，负压波传播过程衰减较小，可以 传播相当远的距离。利用负压波通过上、下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速 度，可以确定泄漏位置。

长距离输送管道由多个泵站和连接泵站的管道组成，一段管道两端的泵站装有压力变送 器，能够测量管道内部的压力，测量精度也较高。压力变送器的测量结果能反映管道输送状 况变化。根据负压波理论，通过确定上下游压力变送器拐点的位置，就能判断是否发生泄漏， 并进行泄漏点的定位。

分析压力变送器输出信号目前主要的方法是小波变换法，其优点在于定位准确并且反应 灵敏度高，同时代价就是误报警的概率也比较高，容易造成人力物力浪费，并导致现场监控 人员对报警的反映减弱。

发明内容

针对现有流体输送管道泄漏检测技术存在的问题，本发明提供一种简单易用，能够有效 降低误报警率、检测精度高、适用性广泛的流体输送管道泄漏检测方法。

本发明装置包括压力变送器、ARM处理器、局域网及GPS全球定位校时系统，其中ARM 处理器中嵌入有泄漏检测模块和神经网络模块。流体输送管道两端的泵站由首站和末站组成， 分别安装有压力变送器，定时采集压力信号；通过模数转换器将数据传递给ARM处理器；GPS 对模数转换装置的数据进行定时校正；ARM处理器中的泄漏检测模块和神经网络模块对数据 进行处理；首末站通过高速局域网交换实时数据。

本发明方法包括如下步骤：

步骤1、采集管道两端的压力数据；

步骤2、将采集的压力数据传递给ARM处理器，利用泄漏检测模块确定泄漏点位置：采 用斜率法判断流体输送管道是否发生泄漏；利用小波算法，确定泄漏点位置；

步骤3、如果定位泄漏点不在管道两端，则利用神经网络模块对泄漏曲线进行再判断， 具体方法如下：

步骤3-1：将先出现拐点的曲线的拐点位置设置在需要判断总时间长度的1/5处，利用 小波变换对实时压力序列进行消噪，并将实时压力序列绘制成压力曲线，按坐标将压力曲线 分割成40*20的网格；

步骤3-2：对40*20的网格进行逐格判断，如果网格内存在数据点，则标记该网格为1， 否则标记为-1，得到表示该压力曲线的矩阵；

步骤3-3：确定泄漏发生时的曲线、正常情况的曲线和工况调整的曲线，利用步骤3-1 和步骤3-2进行处理得到矩阵，将这些向量作为特征向量赋给网络，得到网络权值，这些向 量作为目标向量，形成目标向量数据库；

步骤3-4、将疑似泄漏曲线，对首端和末端两条压力曲线按照步骤3-1至步骤3-3的方 法进行处理，将处理得到的向量赋予网络运行，根据网络收敛的结果，确定网络属于正常、 泄漏和工况调整中的哪种情况；

步骤4、上位机显示处理结果，如为泄漏，则产生报警。

其中，步骤2中所述的斜率法判断流体输送管道是否发生泄漏按如下公式进行：

步骤2-1；选取压力序列最后两分钟数据求取平均值avg，取压力序列最后一分钟的最大 值max和最小值min，得：

slope max＝(max-avg)/L                          (1)

slope min＝(avg-min)/L                          (2)

斜率的平均趋势为：

slopeavg＝(slope max+slope min)/2               (3)

定义出现泄漏时判据为：

slope＝(a-avg)/L＜-2(slope max-slopeavg)        (4)