[发明专利]基于光纤传感数据挖掘的输气管道泄漏检测识别方法

说明书

本发明公开了一种基光纤传感数据挖掘的输气管道泄漏检测识别方法，利用分布式光纤声波/振动传感器拾取沿管道传播的泄漏声波/振动信号，对各空间点采集的泄漏声波/振动信号进行Mel倒谱和AR模型特征提取与特征选择，通过改进的特征规则挖掘方法和正反样本挖掘，建立所选择特征属性与泄漏事件类型的关联规则，以此对输气管道泄漏事件进行实时在线智能检测、识别与分类，解决复杂噪声环境下输气管道在线泄漏检测问题。本发明不仅能检测识别单纯的管道泄漏信号，而且能够将混有不同干扰源的泄漏信号检测并识别出来。

技术领域

基于光纤传感数据挖掘的输气管道泄漏检测识别方法，用于输气管道泄漏检测，涉及管道安全、光纤声波/振动信号处理及数据挖掘技术领域。

背景技术

天然气输送管道在生产制作过程中存在一些小缺陷，在长时间的输送荷载以及输送介质的高温、腐蚀环境作用下，管道腐蚀会加快、加重，最终导致管道破损泄漏事故发生，造成巨大的直接经济损失，同时诱发一系列次生灾害，如火灾和环境污染等，对人民生命安全构成威胁。因此，天然气管道输送过程中的安全问题，特别是天然气管道在线实时泄漏检测，一直是安全生产需要考虑的重中之重。

目前输气管道的泄漏监测方法有许多种，根据所监测的管内气体流动参数不同，可分为质量/体积平衡法、应用统计法、负压波法、瞬态模型法、分布式光纤法等。其中基于分布式光纤传感的输气管道泄漏检测方法因其具有灵敏度好、定位精度高、检测时间短、适应能力强、系统寿命长等优点而受到广泛关注和应用。当输气管道的某一点破裂产生泄漏时，将打破输气管道中正常压力平衡，管道系统内流体弹性能释放，引起瞬间振荡而产生声波。该泄漏声波由气体泄漏的激动能量产生，为持续发射的信号，频率可达几百kHz，主要沿管壁进行传播。利用沿管道安装的光纤可以监听并采集这种声波信号，通过对声波信号进行特征提取及识别，判断管道是否发生泄漏。

但是基于分布式光纤声波/振动传感的输气管道泄漏检测方法，通常由于泄漏信号弱、淹没在复杂的环境噪声中，而且不同管段埋设环境不同，环境噪声复杂多变，造成实际泄漏检测困难。此外，管道参数如管材、管径和管内压力不同，对泄漏声/振动信号频谱等特征影响较大。因此，在实际应用中，输气管道泄漏的检测与识别仍是一个复杂的应用难题。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有分布式光纤声波/振动传感的输气管道泄漏检测方法，因泄漏信号弱，淹没在了复杂多变的环境噪声中，造成泄漏检测困难的问题；提供了一种基于分布式光纤声波/振动传感及数据挖掘的输气管道泄漏检测识别方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于光纤传感数据挖掘的输气管道泄漏检测识别方法，其特征在于，如下步骤：

步骤1、沿管道铺设的探测光缆，感知和采集各空间点上的声波/振动信号；

步骤2、基于构建好的典型事件数据库构建关联规则分类器；

步骤3、对构建好的关联规则分类器对声波/振动信号进行在线识别和分类，若出现新的未知事件，更新典型事件数据库。

进一步，所述步骤2的具体步骤如下：

步骤2.1、基于输气管道实际发生的典型事件类型，分别构建不同类型事件的样本数据库；

步骤2.2、对样本数据库中的每条数据记录，进行信号特征提取和特征选择；

步骤2.3、对提取和选择后得到的优化特征矩阵及不同类型事件标签进行二值化处理，并将二值化处理后的结果进行拼接，得到二值化训练集；

步骤2.4、基于二值化特征训练集进行关联分析并构建关联规则分类器。

进一步，所述步骤2.1的具体步骤如下：

步骤2.11、对某空间点内采集的时间序列进行分帧处理，将每一帧时间信号作为一条数据记录放在样本数据库中；