[发明专利]一种下水管道故障检测方法

权利要求书

1.一种下水管道故障检测方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

S1、安装下水管道故障检测装置；

S2、选择已知的管道无故障段进行检测，计算机控制声卡产生的信号X(t)经功率放大器、发射端、扬声器通过水听器接收，计算机从接收端获得正常管道的信号Y₁(t)；

S3、在上述已知的管道无故障段人为的放置超过管道横截面积1/3的大堵塞物，计算机控制声卡产生的信号X(t)经功率放大器、发射端、扬声器通过水听器接收，计算机从接收端获得堵塞管道的信号Y₂(t)；

S4、在上述已知的管道无故障段人为的放置低于管道横截面积1/3的小堵塞物，计算机控制声卡产生的信号X(t)经功率放大器、发射端、扬声器通过水听器接收，计算机从接收端获得堵塞管道的信号Y₃(t)；

S5、在上述已知的管道无故障段人为的放置3个堵塞物模拟重复堵塞工况，计算机控制声卡产生的信号X(t)经功率放大器、发射端、扬声器通过水听器接收，计算机从接收端获得堵塞管道的信号Y₄(t)；

S6、选择已知的管道泄漏段进行检测，计算机控制声卡产生的信号X(t)经功率放大器、发射端、扬声器通过水听器接收，计算机从接收端获得堵塞管道的信号Y₅(t)；

S7、获取下水管道五种工况下的声响应信号G(t)，计算方法为其中水听器采集到的管道声信号为Y(t)，声卡发射的正弦信号为X(t)；根据响应信号计算方法，分别得到正常管道的响应信号大堵塞管道响应信号小堵塞管道响应信号重复堵塞管道响应信号泄漏管道响应信号

S8、分别对正常管道、大堵塞管道、小堵塞管道、重复堵塞管道、泄漏管道五种工况下的声响应信号进行信号分帧，分解后将分别得到n个信号帧分量；

S9、分别计算正常管道、大堵塞管道、小堵塞管道、重复堵塞管道、泄漏管道所有信号帧的能量熵指标、样本熵指标、分形盒维数指标，其中能量熵指标得到的特征集合为A，样本熵指标得到的特征集合为B，分形盒维数指标得到的特征集合为C；

S10、将步骤S9中得到的能量熵特征集合A使用距离可分性判据，得到类内离散矩阵S_W1和类间离散矩阵S_B1，计算能量熵特征集合A中各个信号帧的区分度指标λ，各个信号帧的区分度指标为矩阵的特征值λ_A1,λ_A2,λ_A3,λ_A4...,λ_An(n为信号帧的个数)；样本熵特征集合B和分形盒维数特征集合C同理，得到样本熵特征集合B的区分度指标λ_B1,λ_B2,λ_B3,λ_B4...,λ_Bn和分形盒维数特征集合C的的区分度指标λ_C1,λ_C2,λ_C3,λ_C4...,λ_Cn；

S11、对步骤S10中的得到的能量熵特征集合A的区分度指标小于0.2的剔除，得到新的能量熵特征集合A'；样本熵特征集合B与分形盒维数特征集合C同理，得到新的样本熵特征集合B'和新的分形盒维数特征集合C'；将新的特征集合重新组合为组合特征集合D'；

S12、采用组合特征集合D'训练随机森林分类器，得到故障识别模型；

S13、针对管道的其他段采用步骤S7～步骤S11的方法获取组合特征集合，采用步骤S12中训练好的随机森林分类器对管道的其他段进行故障的识别。

2.根据权利要求1所述的下水管道故障检测方法，其特征在于：所述下水管道故障检测装置包括两根伸缩杆、声卡、功率放大器、扬声器、筛网、水听器、滤波器和计算机，

所述两根伸缩杆从两个不同的下水井盖伸入至井底，扬声器和水听器固定在收缩杆Ⅰ的下端，收缩杆Ⅰ的地面接收端通过滤波器连接计算机，收缩杆Ⅰ的地面发射端通过功率放大器、声卡连接计算机；收缩杆Ⅱ底端放置筛网方便声信号聚集；计算机控制声卡产生的信号经功率放大器放大，放大后的信号经过通过收缩杆Ⅰ的发射端，由内置导线的收缩杆Ⅰ，经由扬声器发送到下水管道中；水听器接收管道内的声信号通过内置导线的收缩杆Ⅰ经由接收端传至滤波器进行滤波，将滤波后的信号输入到计算机中进行数据处理。

3.根据权利要求1所述的下水管道故障检测方法，其特征在于：所述扬声器、水听器为一上一下放置。