基于小波分析的输油管道泄漏检测

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1、第vt卷第x期信息与控制∂²¯qvto²qxussu年ts月±©²µ°¤·¬²±¤±§≤²±·µ²¯¦·qoussu文章编号}tssu2swttkussulsx2wxy2sx基于小波分析的输油管道泄漏检测王海生叶昊王桂增k清华大学自动化系北京tsss{wl摘要}文章首先简要介绍了小波变换的原理和特点o及其在输油管道泄漏检测中的应用q其后o文章介绍了一项基于小波变换的输油管道泄漏检测技术o并以实验结果说明了该项技术的应用效果qΞ关键词}小波变换~泄漏~检测~定位中图分类号}×°tv文献标识码}ΟΙΛΠΙΠΕΛΙΝΕΛΕΑΚΑΓΕΔΕΤΕΧΤΙΟΝΒΑΣΕΔΟΝΩΑςΕΛΕΤΑΛΓΟΡΙΤΗΜ•¤

2、¬2¶«¨±ª≠∞¤²•∏¬2½¨±ªkΔεπαρτμεντοφΑυτοματιονoΤσινγηυαΥνιϖερσιτψoΒειϕινγtsss{wlΑβστραχτ}׫¬¶³¤³¨µ¥µ¬¨©¯¼¬±·µ²§∏¦¨¶·«¨³µ²³¨µ·¬¨¶²©º¤√¨¯¨··µ¤±¶©²µ°¤±§¬·¶¤³³¯¬¦¤·¬²±·²§¨·¨¦2·¬²±¤±§¯²¦¤·¬²±²©²¬¯³¬³¨¯¬±¨¶q׫¨±·«¨³¤³¨µ¬±·µ²§∏¦¨¶¤±²¬¯³¬³¨¯¬±¨¯¨¤®¤ª¨§¨·¨¦·¬²±·¨¦«±²¯²ª¼¥¤¶¨§²±º¤√¨¯¨··µ¤±¶©²µ°¤±§§¬¶¦∏¶¶¨¶·«¨¨©©¨

3、¦·¬√¬·¼²©·«¨¤¯ª²µ¬·«°º¬·«·«¨µ¨¶∏¯·²©·¨¶·¶qΚεψωορδσ}º¤√¨¯¨··µ¤±¶©²µ°o¯¨¤®¤ª¨o§¨·¨¦·¬²±o¯²¦¤·¬²±1引言kΙντροδυχτιονl方法o包括流量平衡法!基于模型的检测方法及基于信号处理的方法等q其中o基于信号处理的方法无需用长输管线输送流体是一种既方便又经济的运建立管线的数学模型q流量平衡法和基于数学模型输方法o被用于各种液体!气体和固体粉末的输送q的方法均需要测量流量信号o而国内大部分管道两随着管道输送工程的发展o管道的泄漏等故障越来端并未安装高精度流量计o所以o基于信号处理的方越引起人们的关注q管道

4、一旦发生泄漏事故o除了因法更适合于国内输油管线的泄漏检测q流体流失带来经济损失o流体的外泄还会造成环境当管道发生泄漏时o泄漏点附近产生压力突降q污染o甚至引起火灾q这一压力变化以负压波的形式向管道两端传播q为及时检测输油管道的泄漏o人们采取了多种图t负压波的传播ƒ¬ªqt׫¨¶³µ¨¤§¬±ª²©³µ¨¶¶∏µ¨º¤√¨¶图t中oΞtoΞu分别是泄漏点到上!下游泵站的变换在时域和频域中具有可调节的分辨率o适用于距离≈touov oϖ是压力波在管道中的传播速度oΛ为管长q分析信号的奇异点及奇异性的大小q本文介绍通过分析管道两端的压力信号可判断泄漏的发生o利用小波变换进行输油管线泄漏检测的基本原

5、理o并根据两端压力突降点出现的时间差进行泄漏的定并结合现场试验的一些具体问题介绍了泄漏检测和位q这项技术的难点o在于从压力信号中准确的找到定位算法的工程实现q压力突降点o并较好的排除包括噪声和各种工况造≈w 2小波变换的基本原理kΤηεπρινχιπλεσοφ成的干扰qωαϖελεττρανσφορμl小波分析是近年来迅速发展起来的一门适用于时变信号分析的数学工具q与傅利叶变换相比o小波2q1定义Ξ收稿日期}usstpttpuux期王海生等}基于小波分析的输油管道泄漏检测wxzuktl函数φkτloφkτlΙΛkΡlo的小波变换定义为}平滑函数的一阶导数7kτl为母小波进行小波变]换tτpΣo

6、其小波变换在各个尺度下系数的模的极大值对ΩΤαφkτlφkΣl7kl§ΣαΘp]α应于信号突变点的位置q尺度越小o极大值点与突变uφΙΛkΡlktl点的位置对应越好o但受噪声影响明显o容易产生伪其中o7αkτlt7kτl被称为小波函数q极值点q尺度越大o受噪声影响越小o但定位容易产αα生偏差q图u以阶跃信号和斜坡信号的小波变换为2q2小波变换在随机信号处理中的应用例o说明了不同尺度下小波变换的时间2尺度特性q基于以上定义o小波变换可看作为把信号φkτl图中采用的小波函数是一阶高斯小波q通过冲击响应为7αkτl的滤波器q文献≈w 指出o以图u一阶高斯小波的典型信号响应ƒ¬ªqu׫¨·¼³¬¦¤

7、¯µ¨¶³²±¶¨²©ª¤∏¶¨º¤√¨¯¨·如图o对于阶跃信号o各个尺度的小波都有明显图v为从某泵站采集的压力信号o采样时间sq的峰值o但小尺度下的尖峰更窄o更能准确的定位突u¶q图k¤l为稳定工作状态下采集到的压力信号o图变位置~对于较缓的斜坡信号o小尺度的小波变换峰k¥l为局部放大的压力信号波形q从图中可以看出值明显小于大尺度的小波变换峰值q这说明o小尺度存在非常明显的周期性干扰信号q的小波