输油气管道安全监测系统的信号处理

摘要

输油气管道安全监测系统能够对管道人为破坏及第三方施工误损进行有效预警，避免管道被破坏。在该监测系统中，收集“正确而真实”的声波信号数据是至关重要的。然而，由于不可避免的工业现场的电磁干扰、输气泵的振动以及各种随机噪声等因素的存在，采集到的声波信号附加有大量的噪声。如何去除采集声波信号数据中的噪声，提取真实有效的声波信号就成为输油气管道安全监测系统的一项关键技术。 小波变换是一种时间-频率分析方法，具有良好的时频局域化性质，尤其对于时变信号的分析具有独特的优越性，非常适合非平稳信号的去噪、检测和定位。本论文将小波变换方法运用于输油气管道安全监测系统的信号处理中，用小波变换模极大值去噪方法对系统声波信号进行去噪处理，滤除干扰噪声，提取有用的信息，提高了信号的信噪比；建立噪音资源库，编制相应的识别软件，有效提高了监测系统的灵敏度和准确度，解决了项目关键技术难题。结果表明： (1)小波变换去噪方法适合于输油气管道安全监测系统的信号处理，并且效果明显，应用良好； (2)监测系统软件界面友好，设计合理，通过现场软件测试与调试，达到所要求的误报率和漏报率； (3)通过近一年时间的现场运行和检测试验，系统对管道人为破坏及第三方施工误损等异常情况能够及时报警，提醒施工人员，达到项目所要求的误报率和漏报率；定位误差控制在500米之内，取得了令人满意的结果。 在本论文中，小波去噪在声波信号的去噪和真实信号提取方面都取得了令人满意的结果，解决了项目关键技术，必将产生巨大的经济效益和社会效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的目的、意义及来源

1.2信号处理方法的发展现状

1.3课题的主要研究内容

1.4课题研究的主要技术路线及创新点

1.4.1主要技术路线

1.4.2创新点

1.5论文安排

第二章信号处理方法研究

2.1滤波器组理论

2.2模式识别系统

2.3标准傅立叶变换

2.4短时傅立叶变换

2.5小波变换方法

2.6本章小结

第三章基于小波变换去噪方法的研究

3.1基于小波变换模极大值去噪法

3.1.1小波变换与Lipschitz指数的关系

3.1.2信号在小波变换下特性

3.1.3小波模极大值消噪算法

3.1.4模极大值去噪算法结果显示与分析

3.2基于小波系数区域相关性去噪方法

3.2.1小波域滤波

3.2.2区域相关的阈值滤波方法

3.2.3结果与结论

3.3小波系数阈值去噪方法

3.3.1含噪声信号的小波分析特性

3.3.2用小波分析对信号消噪

3.3.3小波消噪中阈值的选取

3.3.4基于小波系数阈值去噪处理

3.4小波去噪算法比较

3.5本章小结

第四章基于小波变换的信号处理应用研究

4.1管道状态信号采集

4.1.1检测系统模块

4.1.2信号采集模块

4.2基于小波变换方法的信号去噪

4.2.1理论基础

4.2.2实验方法—正交设计法

4.2.3试验方案及试验

4.2.4现场声波信号的采集

4.2.5基于小波变换模极大值方法去噪的实现与结果分析

4.3小波的奇异点检测求到时

4.3.1最优小波基的选取

4.3.2基于小波变换的模极大值的信号重构

4.4本章小结

第五章现场应用效果

5.1系统现场安装与调试

5.1.1现场安装

5.1.2系统软件的编制与调试

5.2应用效果

5.3本章小结

第六章结论与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间所发表的论文