信息融合技术在管道泄漏检测与定位中的应用.pdf

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1、第7期石小琳等．信息融合技术在管道泄漏检测与定位中的应用789信息融合技术在管道泄漏检测与定位中的应用石小琳孙志毅何秋生孙旭辉(太原科技大学电子信息工程学院，太原030024)摘要针对传统的单一管道泄漏检测方法，提出基于多传感器信息融合技术的输油管道泄漏检测与定位方法。首先利用小波分析法对压力、流量进行去噪，并检测波形的奇异点；利用相关分析法采对小泄漏量进行检测，通过首末端压力的互相关函数得到时间延迟，进行泄漏点定位；根据Dempster-Shafer证据推理法把得到的数据作为证据，利用D-S法则合成检测数据，以便对泄漏点进行精确定位。关键词

2、小波去噪奇异点相关分析法Dempster-Shafer决策层融合中图分类号仰13文献标识码A文章编号1000-3932(2011)07聊凹JD4长输油管道的使用越来越广泛，但是由于年久老化、不可避免的腐蚀、人为破坏以及自然灾害等原因，管道泄漏事故常有发生，造成资源浪费环境污染，给国家经济和人民生命财产带来巨大损失与威胁。为减少经济损失、减轻环境污染及对人类造成的危害，需要及时对泄漏进行检测和定位。目前已出现了多种泄漏检测和定位的方法。传统的检测方法仅仅采用压力或者流量一个参数进行检测，所以在精度和可靠性等方面都有很大的局限性。笔者将信息融合技

3、术应用于检测系统，同时对压力和流量信号进行测量，充分利用压力在精度和流量在可靠性上的优点，将两者进行融合，大大提高了检测的精度和可靠性。1负压波法泄漏定位原理当流体输送管道因为机械、人为破坏及材料传感器组控制中心压力流量失效等原因发生泄漏时，由于管道内流体压力很高(对于原油长输管道，干线压力可达几个兆帕)，而管道外一般为大气压力，管内输送的流体在内外压差的作用下迅速流失，泄漏部位产生物质损失，这会引起发生泄漏场所的流体密度减小，进而引起管道内此处流体的压力降低。由于流体的连续性，管道中的流体速度不会立即发生改变，流体在泄漏点和与其相邻的两边的

4、区域之间的压力产生差异，这种差异导致泄漏点上、下游区域内的高压流体流向泄漏点处的低压区域，从而又引起与泄漏点相邻区域流体的密度减小和压力降低。这种现象从泄漏点处沿管道依次向上、下游方向扩散，在水力学上称为负压波。输油管道泄漏检测系统结构如图1所示。传感器组压力流量控制中心图1中的物理量满足‘¨：缸：三一生解得：菇=屿盟图1泄漏检测系统结构(1)(2)式中菇——泄漏点距上游站测压点的距离，m；Z——上、下游站间距，m；移——负压波的传播速度，tn／$；缸——E游站压力突变时间与下游站压力突变时间差，s。输油管道泄漏检测与定位原理如图2所示。收稿

5、日期：2011JD4J06(修改稿)化工自动化及仪表第38卷nH∞／J·I⋯～⋯⋯距首段的时刻差L==_小信出口压力一芰兰：：。刍小波求奇异点-％会溅掣息波融入口流量一去合噪出口流量II小波求奇异点鬯全里曼妻妻曼璺．匪旨豆荟j3塑塑堂中心出口流量一所在采样时刻差u=2：=一图2系统原理2小波分析法实际工程应用中，所采集的物理信号都夹杂着高频的噪声信号，噪声和干扰信号的幅度甚至可以将泄漏引发的有用信号淹没。在泄漏检测系统中，数据处理对整个系统起着决定性作用，影响着对泄漏事件的判别准确性和泄漏点定位的精度。因此利用小波变换将处理信号变换到不同尺度

6、上，应用门限阈值等形式对小波系数进行处理，然后重构即可达到除噪的目的[2]。除此之外，小波变换可以检测泄漏的奇异点，通过对两端的压力、流量信号分别进行小波变换，可以找到各自奇异点所在的采样时刻，由两个时刻的差值求出负压力波传到两端的时间差，进而进行泄漏点定位。2．1小波去噪传统的去噪方法主要包括线性滤波方法和非线性滤波方法，如中值滤波和wiener滤波等。传统去噪方法的不足在于使信号变换后的熵增高，无法刻画信号的非平稳特性并且无法得到信号的相关性。小波阈值去噪是一种实现简单、效果较好的小波去噪方法。对小波分解后的各层系数中模大于和小于某阈值的

7、系数分别处理，然后对处理完的小波系数再进行反变换，重构出经过去噪后的信号"J。以入口压力为例，去噪后的压力信号如图3所示。日厶岂R出Ⅱ一

8、处理的同时，对噪声也进行了平滑处理，故极值相对稳定，但由于平滑的作用其定位又相对较差。因此，在用小波变换模极大值判别其突变点位置时，需要多尺度综合分析方才有较好结果