[发明专利]一种管道泄漏检测与泄漏位置定位装置、方法及模拟试验装置、方法

权利要求书

1.一种管道泄漏检测与泄漏位置定位装置，其特征在于，包括：

多个管道压力传感器，用于测量管道各个节点、进口和出口的压力，获得压力测量值；

多个管道流量测量器，用于测量管道各个节点、进口和出口的流量，获得流量测量值；

数据处理器，用于接收所述多个管道压力传感器和所述多个管道流量测量器的测量值原始信号；对接收的原始信号进行基于压缩感知的压缩与还原信号处理，获得处理后的信号；其中，进行基于压缩感知的压缩与还原信号处理，用于实现在采样频率较低时能够获取待测管道的信息；

基于压缩感知的压缩与还原信号处理包括：(1)测得待测管道的首端压力信号和流量信号H_tn、Q_tn以及末端压力信号和流量信号H_out、Q_out；(2)待测管道首末端压力信号及流量信号的稀疏；(3)待测管道首末端压力信号及流量信号的观测；(4)待测管道首末端压力信号及流量信号的重构；

步骤(2)中，表达式为：

X＝ψθ，

Y＝φψθ，

其中，信号X是N维的待测管道的首末端流量和压力值，θ＝[θ₁，θ₂，...，θ_N]^T∈R^N，是X稀疏表示；Ψ＝[ψ₁，ψ₂，...，ψ_N]^T∈R^N×N为稀疏阵，φ＝[φ₁，φ₂，...，φ_N]^T∈R^M×N为测量矩阵；信号X经过矩阵θ、Ψ、和φ变换后得到M维的观测矩阵Y，实现压缩，Y为压缩后的信号，M＜＜N；

步骤(4)中，使用正交匹配追踪算法对压缩后的信号进行重构，包括：1)寻最优原子，在字典中选择一个或多个与上次迭代残值内积最大的原子加入支撑集；2)通过计算该原子系数，逐步近似原始信号，并迭代更新残值，实现重构；

粒子滤波器，用于接收所述数据处理器处理后的信号；根据接收的信号分析计算判断出疑似泄漏点。

2.根据权利要求1所述的一种管道泄漏检测与泄漏位置定位装置，其特征在于，还包括：

无线数据传输卡，用于将所述多个管道压力传感器和所述多个管道流量测量器的测量值通过无线形式传输给数据处理器。

3.根据权利要求1所述的一种管道泄漏检测与泄漏位置定位装置，其特征在于，数据处理器包括：

信号传入模块，用于接收所述多个管道压力传感器和所述多个管道流量测量器的测量值原始信号；

信号压缩器，用于对接收的测量值原始信号进行压缩处理，获得压缩后的信号；

转存器，用于存储压缩后的信号；

信号还原器，用于将转存器输出的信号还原成原始信号；

存储器，用于存储未被使用的信号；

传出模块，用于输出被使用的信号。

4.根据权利要求1所述的一种管道泄漏检测与泄漏位置定位装置，其特征在于，粒子滤波器中，根据接收的信号分析计算判断出疑似泄漏点具体包括：

当待测管道的首端流量值Q_in和末端流量值Q_out满足Q_in-Q_outI_w时，待测管道被分为i个计算节点，I_w是预先设置的阈值；

对除去管道首末端的每一个计算节点附加泄漏，获取i-2个不同的粒子滤波估计状态K∈[2,i-1]，K∈N⁺，K表示粒子滤波估计中预先设置的节点位置；为时刻j下待测管道i个节点的压力及流量的估计值；

当待测管道沿线有s个传感器压力值观测值时，

中与测量值y′位置对应的粒子滤波节点压力估计值记为，

每经过步长t_s后，计算与y′中t_s个数据之间的均方误差MSE，

当与y′的均方误差MSE最小时，认为附加在K处时的粒子滤波估计正确，K为泄漏点。