卡尔曼滤波和序贯概率比检验在管道泄漏监测中的应用

摘要

管道泄漏检测技术是保障管道安全生产的重要手段.近年来,随着现代控制理论和信号处理技术的发展,基于软件的泄漏检测方法以其较高的性价比、灵活的运用方式获得了广泛的应用,尤其在国内,其成为对管道泄漏进行连续监测的主要手段.进入21世纪,管道安全生产中又提出了提高定位精度、检测小泄漏信号、降低误报警率等新的要求.本文在此基础上对泄漏检测及其定位技术进行了深入研究. 本文基于负压波法检测管道泄漏的基本原理,提出了利用卡尔曼滤波算法对压力信号波形进行处理获得压力波形特征点的方法.给出了输油管道压力信号的卡尔曼滤波模型,并分析了模型参数对滤波效果的影响.该方法对于检测小泄漏压力信号的拐点也具有一定的作用. 本文针对小泄漏信号的检测,提出了序贯概率比检验的统计决策方法.根据长输管道泄漏检测的实时性要求,提出了用卡尔曼滤波作用生成的归一化新息序列作为序贯概率比检验的输入序列,以满足序贯概率比检验的要求.分析了序贯概率比检验用于管道泄漏检测时的泄漏判断和定位的方法.另外还分析了均值的变化量对检验参数的影响.该方法对小泄漏事故很有成效,而且由于与卡尔曼滤波的配合使用,其定位精度也较高,而且大大降低了管道检测系统的误报警率. 最后,本文在分析了虚拟仪器基本理论的基础上,设计了卡尔曼滤波和序贯概率比检验算法的LabVIEW程序模块,设计的模块可以直接嵌入到现有的管道泄漏实时监测系统中,与小波分析等方法共同作用,提高监测系统的可靠性.

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第一章绪论

1.1现代控制理论和信号处理技术在管道泄漏检测中的应用

1.2管道泄漏检测的要求

1.3本文的研究意义及主要研究内容

第二章卡尔曼滤波在管道泄漏检测中的应用研究

2.1负压波检测法基本原理及其关键技术

2.2卡尔曼滤波理论

2.2.1卡尔曼滤波算法

2.2.2标量卡尔曼滤波算法

2.2.3建立模型

2.3卡尔曼滤波提取压力波形拐点

2.3.1参数设置

2.3.2卡尔曼滤波对压力信号波形的作用

2.3.3小泄漏信号的卡尔曼滤波

2.4.小结

第三章序贯概率比检验(SPRT)在管道泄漏检测中的应用研究

3.1序贯概率比检验概述

3.1.1假设检验的思想

3.1.2概率比检验

3.1.3序贯概率比检验

3.2信号的预处理

3.2.1信号的正态性检验

3.2.2信号的平稳性检验

3.3管道泄漏的序贯概率比检验方法

3.4泄漏的判断和定位

3.4.1泄漏的判断

3.4.2泄漏的定位

3.5实验数据分析

3.6小结

第四章虚拟仪器技术在管道泄漏检测中的应用

4.1虚拟仪器

4.1.1虚拟仪器概念

4.1.2虚拟仪器特点

4.1.3虚拟仪器的软件基础

4.2基于LabVIEW的卡尔曼滤波和序贯概率比检验算法的实现

4.2.1长输管道实时泄漏监测系统的软件设计

4.2.2卡尔曼滤波和序贯概率比检验算法的实现

4.3小结

第五章全文总结

参考文献

攻读硕士学位论文期间发表论文和科研情况说明

致谢