小波和盲源分离融合技术在管道泄漏检测中的应用研究

摘要

为了使管道的安全运行得到保障，将由泄漏事故所造成的损失减少到最低，需要对管道泄漏检测技术进行研究。管道泄漏检测是多领域、跨学科的研究课题，涉及到多个学科。本论文基于小波消噪和盲源分离融合技术对泄漏信号进行了深入研究。
　　 首先介绍了当前管道运输的发展状况，分析了管道运输中存在的问题。并针对国内外出现的一些管道泄漏检测技术进行了比较，提出了此项技术的研究现状与发展前景。
　　 分别研究了小波去噪和盲源分离技术，将小波去噪和盲源分离技术相融合，采用此方法对有噪声数据进行处理。对原有的小波阈值消噪方法进行了改进，并对改进后的方法进行了仿真，结果证明改进后的小波去噪方法可以有效地去除噪声，采用该方法对盲源分离进行预处理。提出了基于最大信噪比的盲源分离算法，该方法以盲分离效果越好时信噪比越大这一特点，建立信噪比目标函数，把求优过程转化为广义特征求解，用求出的广义特征值构成特征向量矩阵即分离矩阵。该算法是全局最优的盲分离算法，弥补了以往算法过于复杂的缺陷。通过计算机仿真结果表明，这种改进算法具有较低的计算复杂度，可以及时有效地分离出所需的源信号。
　　 结合长距离输油管道原油温度沿管程变化的特性，给出了长距离输油管道中负压波波速随距离变化的函数表达式。针对加热输送原油管道沿程负压波传播速度的变化，给出了泄漏位置搜索区间，应用搜索方法与数值积分方法求解泄漏点位置；基于长距离输油管道泄漏点定位的数学模型，提出了一种新的泄漏点定位公式，在保证定位精度的前提下，提高了定位算法的运算效率和管道泄漏检测系统的实时性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.1.1论文研究的背景

1.1.2论文研究的意义

1.2管道运输的发展状况及存在的问题

1.3管道泄漏检测与定位技术国内外研究现状

1.4常用管道泄漏检测方法

1.4.1管道泄漏检测定位系统的性能指标

1.4.2管道泄漏检测及定位方法

1.5论文研究的主要内容

1.5.1论文的主要内容

1.5.2论文结构

第二章小波分析在管道泄漏检测中的应用研究

2.1小波分析概述

2.1.1小波变换的概念

2.1.2多尺度分析

2.2小波奇异性理论

2.2.1信号奇异性的数学描述

2.2.2小波变换的模极大值与信号奇异性的关系

2.3小波变换模极值在多尺度上表征信号突变点的MATLAB仿真

2.4小波分析对信号的去噪处理

2.4.1小波去噪的基本思想

2.4.2小波去噪的步骤

2.4.3小波去噪的常用方法及其基本原理

2.4.4小波系数的阈值选取

2.5小波去噪的MATLAB仿真实验

2.6本章小结

第三章盲源分离的基本问题研究

3.1盲源分离概述

3.2盲源分离历史及发展现状

3.3盲源分离模型

3.3.1瞬时线性混合模型

3.3.2瞬时非线性混合模型

3.3.3卷积混合模型

3.4实现盲源分离的基本假设

3.5信号的白化预处理

3.6盲源分离的几种常用目标函数

3.7盲源分离的典型算法

3.7.1基于非高斯性极大化的盲源分离算法

3.7.2基于信息论的盲源分离算法

3.8盲源分离效果的评价指标

3.9本章小结

第四章输油管道有噪声数据的盲源分离

4.1小波消噪的盲源分离方法

4.2改进的小波阈值去噪

4.3实验仿真

4.4基于最大信噪比的盲源分离算法

4.4.1信噪比目标函数的建立

4.4.2分离算法的推导

4.4.3盲分离算法的可分离性

4.4.4基于最大信噪比盲源分离算法的流程

4.5算法仿真

4.6本章小结

第五章输油管道泄漏信号的定位研究

5.1负压波法泄漏检测与定位原理

5.2影响泄漏准确定位的关键问题

5.2.1负压力波波速的确定

5.2.2管道沿程热力分析及温降计算

5.2.3实例计算及分析

5.2.4负压波波速随原油管程的变化关系

5.3系统时间差随定位精度的影响

5.3.1首、末端计算机系统的时间差

5.3.2管道两端压力传感器的响应时间差

5.4负压波波速的改进

5.5泄漏定位的数值方法

5.6长距离输油管道泄漏定位公式

5.7实例计算

5.8复杂工况干扰对泄漏检测的影响及排除方法

5.8.1双传感器判断法

5.8.2压力流量联合判断法

5.8.3其他方法

5.9本章小结

第六章结论与总结

6.1结论

6.2创新点

6.3工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间所发表的论文