一种基于组合滤波和动态阈值的管道压力异常诊断方法

摘要

本发明涉及一种基于组合滤波和动态阈值的管道压力异常诊断方法，对实时获取液体对管道首端和末端的压力信号，利用低通滤波和离散小波滤波进行分解重构，得到组合滤波后的压力信号，对压力信号进行分段处理，计算各段组合滤波后的压力信号的动态阈值，利用动态阈值实时判断管道压力信号是否异常，对管道首端和末端压力异常信号运用Pearson相关系数法判断是否为同源引起的异常压力信号，对同源的异常压力信号利用连续小波变换得到两个小波系数的极大值点所对应的时刻，利用极大值点所对应的时刻之差进行异常点定位。本发明提高了管道异常诊断的灵敏度，降低了误判率，并在最短的时间内较为准确检测压力异常点并定位。

主权项

一种基于组合滤波和动态阈值的管道压力异常诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：实时获取液体对管道首端的压力信号和液体对管道末端的压力信号；步骤2：对获取的液体对管道首端的压力信号和液体对管道末端的压力信号运用组合滤波方法进行滤波，组合滤波方法即首先对获取的压力信号进行低通滤波，再利用离散小波滤波方法对低通滤波后的压力信号进行分解、重构，获得组合滤波后的压力信号；步骤3：将组合滤波后的压力信号进行分段处理，将每一段组合滤波后的压力信号平均分为前段压力信号和后段压力信号，计算前段压力信号的平均值与后段压力信号的平均值之差的绝对值δ；步骤4：将δ与压力异常系数S进行比较，若δ＞S，表示该段压力信号为非平稳状态压力记录信号，对非平稳状态压力记录信号出现次数进行累计，若非平稳状态压力记录信号出现次数达到设定的次数N，则表示该段压力信号为非平稳状态压力信号，执行步骤6，若非平稳状态压力记录信号出现次数未达到设定的次数或δ≤S，表示该段压力信号为平稳状态压力信号，执行步骤5；步骤5：实时计算组合滤波后的压力信号对应的信号波形纵坐标的最大值与纵坐标的最小值的差值，并将该差值作为各段平稳状态压力信号的动态阈值P，将管道首端各段平稳状态压力信号的动态阈值作为管道首端动态阈值，将管道末端各段平稳状态压力信号的动态阈值作为管道末端动态阈值，执行步骤7；步骤6：分别对各非平稳状态压力记录信号进行离散小波变换，得到低频压力信号，计算各非平稳状态压力记录信号与低频压力信号的差值信号，将该差值信号的最大值与最小值之差作为非平稳状态压力记录信号的动态阈值记录值E_μ，μ＝1，2…N，将非平稳状态压力记录信号的动态阈值记录值E_μ中的最大值作为非平稳状态压力信号的动态阈值P′，即P′＝MAX(E_μ)，将管道首端各段非平稳状态压力信号的动态阈值作为管道首端动态阈值，将管道末端各段非平稳状态压力信号的动态阈值作为管道末端动态阈值，执行步骤7；步骤7：对组合滤波后的压力信号进行管道压力异常诊断；步骤7.1：设组合滤波后液体对管道首端的压力信号序列为X＝{x(n‑k+1)，…，x(n‑1)，x(n)}，液体对管道末端的压力信号序列为Z＝{z(m‑k+1)，…，z(m‑1)，z(m)}，k为选取的压力信号序列长度，x(n)为n时刻管道首端组合滤波后压力信号的坐标值，m为n时刻的管道首端压力信号传递到管道末端的时刻，z(m)为实测n时刻的管道首端压力信号传递到末端的组合滤波后压力信号的坐标值，分别取X中n时刻之前的长度为i和长度为j的压力信号序列，分别取Z中m时刻之前的长度为i和长度为j的压力信号序列，分别计算X和Z中长度为i的压力信号序列的平均值和长度为j的压力信号序列的平均值之差的绝对值error₁和error₂，其中i≥4j，即：其中，是组合滤波后的管道首端压力信号X中n时刻前长度为i的压力信号序列的平均值，是组合滤波后的管道首端压力信号序列X中n时刻前长度为j的压力信号序列的平均值，同理计算出error₂；步骤7.2：若error₁＞管道首端动态阈值，且error₂＞管道末端动态阈值，表示当前组合滤波后的压力信号为压力异常信号，执行步骤7.3，否则，表示当前组合滤波后的压力信号为正常信号，返回步骤1；步骤7.3：设压力信号由管道首端传播到管道末端的理论时间差为Δt，若n‑m＞Δt，则表示该压力异常信号为有效压力异常信号，执行步骤7.4，否则，返回步骤1；步骤7.4：根据序列X＝{x(n‑k+1)，…，x(n‑1)，x(n)}、Z＝{z(m‑k+1)，…，z(m‑1)，z(m)}，利用Pearson相关系数法计算出该两个序列的相关系数ρ，判断ρ与设定的相关系数经验值C的大小，若ρ≥C，则此时管道首端的有效异常压力信号和管道末端的有效异常压力信号是由同一个压力源引起的异常压力信号，执行步骤8，否则，返回步骤1；步骤8：对同一压力源引起的压力异常信号进行定位：对同一个压力源引起的管道首端压力异常信号和管道末端压力异常信号进行连续小波变换，得到两个小波系数的极大值点所对应的时刻，利用两个小波系数的极大值点所对应的时刻之差计算出管道压力异常点到管道首端的距离。