基于瞬时能量分布的城市燃气管道泄漏诊断方法研究

天然气、煤气管道是城市能源供给的生命线，其一旦发生泄漏，极易产生中毒、火灾甚至爆炸等灾难性事故，因此研究城市燃气管道泄漏诊断方法具有重要的现实意义。针对城市燃气管道特征复杂、压力低、干扰源多等因素造成泄漏特征信号复杂难以识别的难点，研究基于音波时频特性的管道泄漏诊断方法，提出利用希尔伯特-黄变换对音波信号进行瞬时能量分布特征抽取，计算相对贡献率率，解决特征信号的提取难题；针对音波信号中泄漏拐点被淹没，提出瞬时能量分布相干和时频ZAM映射方法求解泄漏点，改变传统诊断方法中依靠拐点定位的理论；针对泄漏信号微弱且信噪比低，利用小波熵对音波信号进行降噪处理；针对城市坏境复杂、干扰因素多，提出根据瞬时能量分布的相对贡献率建立基于多元支持向量机的泄漏诊断模型，解决干扰剔除的难题，从理论和实验两方面开展城市燃气管道泄漏诊断方法研究，切实为城市安全保障服务。

城市燃气管道是城市重要基础设施，其一旦发生泄漏，极易产生中毒、火灾甚至爆炸等灾难性事故，因此，研究城市燃气管道泄漏诊断方法具有重要的理论意义和现实意义。由于城市燃气管道的特殊性和复杂性，现有的油气管道泄漏诊断方法和系统难以适用于城市环境下燃气管道。为此，本项目研究主要针对城市地下燃气管道泄漏诊断开展了一系列研究工作，针对城市燃气管道特征复杂、压力低、干扰源多等因素造成泄漏特征信号复杂难以识别的难点，研究了基于音波时频特性分析的管道泄漏诊断方法，提出利用希尔伯特-黄变换对音波信号进行瞬时能量分布特征抽取，获取非平稳信号尤其有突变信号时的瞬时能量分布特征，并计算相对贡献率，通过频带能量相对贡献率来确定源特征信息，解决了特征信号的提取难题；针对音波特征信号微弱且信噪比低的特点，采用了小波熵方法对音波信号降噪处理，实现了音波微弱信号的有效降噪；针对音波信号中泄漏特征拐点不明显导致定位误差大的问题，采用时频分析中的ZAM映射方法求解同源信号的时间差，改进传统诊断方法中通过采用寻找首末端奇异点（拐点）和时域相关求解时间差的算法，实验结果表明通过时频相关改进后的定位精度比传统方法有加大提高；针对城市坏境复杂、干扰因素多，将瞬时能量分布的相对贡献率作为输入参量，建立了多元支持向量机的泄漏诊断模型，实验测试表明，该模型能在小样本情况下完成模型的训练和测试工作，并且可以实现干扰信号的有效识别，提高了泄漏检测的准确率。