[发明专利]基于序贯概率比检测的管道安全预警系统的振动事件检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于序贯概率比检测的管道安全预警系统的振动事件检测方法，属于光纤振动测量与随机信号处理学科的交叉领域。

背景技术

(1)管道安全预警

我国正处在快速发展之中，城市化步伐正逐步加快，各种开发建设项目随处可见，对埋于地下的管道安全造成威胁，长期以来，国家和各地下管道权属企业在管道防开挖，防偷盗，防破坏等方面投入了大量人力，物力，财力，但影响管道安全的事件仍时有发生。由机械施工及自然灾害所造成的管道事故占事故总数的70％以上，其中90％以上的重大事故是因为机械施工造成的，如：水管被挖破，油气管道被打穿是经常发生的事情，给生产生活带来损失。油、气管道破裂会导致大面积泄露，发生火灾，甚至引起爆炸。这将直接造成经济损失，甚至引起环境污染。因此管道安全预警系统成为该领域的重点研究之一。

目前应用的探测报警器材及系统主要有以下几种：电子脉冲式围栏、微波墙式报警器、主动红外报警器、泄露电缆式周界探测报警系统、驻极体振动电缆报警系统和光纤传感器周界报警系统。与电传感器相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势：光纤传感器体积小、重量轻、具有非常好的可靠性和稳定性；光纤传感器能够抵抗电磁干扰、抗腐蚀，完全不受雷电影响，能在恶劣的化学环境、野外环境及强电磁干扰等场所下工作；光纤传感器无辐射、无易燃易爆材料、防水、环保。光纤传感器是无源系统、能源依赖性低，可大大节省供电设备与线路的成本，适合油气管道、机场、基地、仓库、油库等长距离、大范围的安全预警，特别是对于我国已经铺设的国内、外长距离油气管道，都有同沟铺设的通信光缆可以直接利用或复用。由于光线铺设方便，成本低，并且利用光纤振动测量可以在威胁事件发生初期预警泄露事故并定位事发地点。因此利用光纤测量振动成为管道预警系统研究的主要方法。然而如何对光纤检测信号进行合理有效的分析，建立什么样的事件模型才更为有效，成为研究中的一大热点和难点。

(2)已有的光纤振动测量信号处理方法

光纤振动信号处理还存在明显不足，高虚警率使长距离复杂振动检测识别面临严峻挑战，急需在此基础上开展长距离光纤并发振动辨识方法研究。图1给出了现有的光纤振动信号处理流程，研究工作集中在识别和特征提取领域，先后将小波理论、多尺度混沌分析、经验模态分解、人工神经元网络和知识矢量积方法应用到光纤振动测量信号处理中，现有的方法一般直接把单帧检测的结果作为报警信号。

现有的研究存在的主要问题是没有建立合适的模型、特别是没有建立合适的系统不确定性模型，且单级报警不能兼顾虚警和检测两方面的性能，从而使得已经投入生产的长距离预警系统效率较低甚至被搁置不用，光纤预警系统中的信号处理环节已成为系统和产业发展的最主要瓶颈，本发明提出采用概率模型来实现振动事件的检测，降低虚警率，提高检测概率，本发明采用疑似事件和确定事件两级事件检测机制，明显改善系统性能。

发明内容

本发明提出了一种基于序贯概率比检测的管道安全预警系统的振动事件检测方法，其特征在于包括其特征在于包括：建立事件的位置、能量和频率三维分布模型；建立判断事件发生的序贯的概率比检测模型；应用序贯的概率比检测方法，采用多级检测机制，实现对于振动事件活动状态的低虚警率、高检测率检测。

本发明提供一种随机分布建模和随机分析方法，能够实现基于光纤振动测量的管道预警系统的事件检测方法。

本发明采用随机概率模型代替现有的确定性模型，准确表示了光纤预警振动事件检测的不确定性，提高报警精度。

根据本发明的一个方面，提供一种管道安全预警系统的振动事件检测方法，其特征包括：

建立事件的三维特征模型。

建立序贯的概率比检测模型。

建立多级检测机制，实现对于振动事件活动状态的低虚警率、高检测率检测。

说明书附图

图1传统光纤振动测量信号处理

图2本发明的光纤振动测量信号处理

图3基于三维统计特征模型的序贯概率似然比振源检测流程；

图4序贯概率比检测方法的原理示意图；

图5系统接收数据的有效位置的时间分布(管道施工)；

图6系统接收数据的能量分布(管道施工)；

图7系统接收数据的中心频率分布(管道施工)；

图8系统检测结果(管道施工)。

具体实施方式