[发明专利]一种基于频域瞬态波模型和MUSIC-Like算法的管道泄漏定位方法

说明书

本发明公开了一种基于频域瞬态波模型和MUSIC‑Like算法的管道泄漏定位方法，包括：步骤一、设置多个用于检测管道泄漏位置的振动频率，并且确定估计管道实际泄漏位置的向量G(x^L)；步骤二、基于MUSIC‑Like算法，确定管道泄漏定位优化的目标函数，并且根据所述目标函数计算得到最优权向量；其中，所述目标函数为：式中，w表示最优权向量，w^H表示w的共轭转置，G^H(x^L)表示向量G(x^L)的共轭转置，λ表示拉格朗日乘子，c表示任意常数，β表示控制参数，R_CM表示相关矩阵；步骤三、建立确定管道泄漏位置的空间功率谱函数P(x^L)，并且根据所述空间功率谱函数P(x^L)的峰值位置确定泄漏位置。

技术领域

本发明属于管道泄漏检测技术领域，特别涉及一种基于频域瞬态波模型和MUSIC-Like算法的管道泄漏定位方法。

背景技术

管道在工业中发挥了重要作用，为石油，水和天然气的运输提供便捷、经济的运输方式。研究发现，管道是最安全的运输方式，但这并不意味着这种运输就是无风险的，因此确保管道基础设施的完整性和可靠性已成为一项关键要求。在供水系统中，考虑的主要威胁是管道泄漏，发生的泄漏无论大小，它们可以产生相当大的影响，这些影响超过了包括停工和维护费用在内的成本，损害了公民安全，甚至造成环境损害。因此，迫切需要一种切实可行的方法来准确定位泄漏点，以减少水资源的浪费，最大限度地降低泄漏的不利影响。

关于泄漏检测和定位的研究已经进行了数十年，并且已经开发了多种可用的商业泄漏检测技术，从简单的物理检查到声学技术，如振动信号，负压波，声波等。过去十年中，基于瞬态分析的检测技术在泄漏检测和定位方面引起了极大的关注。基于瞬态的泄漏检测方法的工作原理如下：在充液管道中引入的液压波，并在特定位置处测量泄漏管道的瞬态压力响应，通过识别采集压力信号特征识别泄漏位置。

具体而言，管道或系统物理结构的任何变化(例如堵塞、泄漏、粗糙度过渡、收缩或膨胀)都会在入射瞬态信号上产生波反射，从而以某种方式改变系统的流量和压力响应。在特定位置处测量的流体管道中的压力响应信号会随着其在整个系统的传播和反射过程中与物理系统的相互作用而发生变化，因此，它包含有关系统属性和状态的有用信息。该原理构成了一系列基于瞬态的缺陷检测方法(TBDM)的基础。TBDMs可以分为四类。第一种方法是基于逆瞬态的方法(ITM)，它试图校准测量数据和模拟数据之间的目标函数；第二种方法是基于频率响应的方法(FRM)，它利用频率响应的变化来检测泄漏，因为泄漏的存在会使管道的频率响应总是在变化；第三，基于瞬态阻尼的方法(TDM)利用压力衰减特征来识别泄漏。最后，基于瞬态反射的方法(TRM)通过研究压力曲线的某些特殊特征定位泄漏。

如前文献所示，目前基于流体瞬态的缺陷检测方法的实现方案对于信噪比(SNR)较高或存在单泄漏的简单管道系统是可靠的，但是在现实生活中，管道环境包含许多噪声源，例如湍流，机械设备，动态流量控制，交通或许多其他活动。王洵等人提出了一种基于频谱的方法，可以基于一维搜索来定位泄漏。然而，这种方法并不能识别出两个紧密的泄漏。因此，期望有一种能够检测出在高水平噪声情况下的管道泄漏和定位紧密泄漏情况的基于瞬态的泄漏检测方法。

MUSIC-Like方法是一种信号处理方法，适用于嘈杂的环境和未知参数估计问题。它已成功用于许多阵列信号处理应用中：定位信号源；MUSIC-Like方法也已应用在恶劣水下环境中的声源定位问题；Borijindargoon将MUSIC-Like算法应用于电阻抗断层扫描中的源定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于频域瞬态波模型和MUSIC-Like算法的管道泄漏定位方法，其能够在高噪声环境下提供精确的泄漏定位估计；在多点泄漏情况下，能够识别并定位出距离小于最小探测半波长的两点泄漏。

本发明提供的技术方案为：