[发明专利]一种基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法

权利要求书

1.一种基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设定初始模式数的取值为最小模式数，计算信号的功率谱密度峰度，并且根据所述功率谱密度峰度确定变分模式分解算法的惩罚参数；

步骤二、利用所述惩罚参数更新信号的模态，并且得到更新后的信号的模态对应的更新模式数；

步骤三、根据所述更新模式数得到更新的功率谱密度峰度，并且根据所述更新的功率谱密度峰度得到更新的惩罚参数；

循环进行步骤二至步骤三，迭代更新所述惩罚参数和所述信号的模态，直到变分模式分解算法收敛，得到第一分解算法模型；

步骤四、计算所述第一分解算法模型的分解信号产生的能量损失；

如果e＜μ1或模式数等于最大模式数时，得到第二分解算法模型；

其中，e表示分解信号产生的能量损失系数，μ1表示能量损失系数阈值；

步骤五、计算由所述第二分解算法模型分解得到的相邻的限带宽固有模态函数之间的最大相关数如果则确定最佳模式数的取值为当前模式数K′；

其中，μ2表示最大相关数阈值；

步骤六、通过最佳模式数对应的模式分解算法模型对管道泄漏信号进行模式分解，得到泄漏信号；根据管道上不同位置的传感器接收到所述泄漏信号的时间差确定管道泄漏位置。

2.根据权利要求1所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，在所述步骤四中还包括：

如果e＞μ1，则将所述第一分解算法模型对应的惩罚函数作为初始惩罚函数，再次循环进行步骤二至步骤三；直到e＜μ1或模式数等于所述最大模式数。

3.根据权利要求2所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，在所述步骤五中还包括：

如果设定模式数K＝K′-1作为初始模式数，再次确定变分模式分解算法的惩罚参数，并且循环进行步骤二至步骤三直到算法收敛后，计算分解得到的相邻的限带宽固有模态函数之间的最大相关数直到得到最佳模式数。

4.根据权利要求3所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，通过如下公式计算变分模式分解算法的惩罚参数；

式中，α_min和α_max分别表示惩罚参数的最小值和最大值，α_down是信号分量的最大惩罚参数，表示经过n次迭代计算得到的模式数为k时的惩罚参数；KP表示信号的功率谱密度峰度，表示经过n次迭代计算得到的模式数为k的信号的模态对应的功率谱密度峰度，Th₁和Th₂分别为的阈值。

5.根据权利要求3或4所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，采用如下公式计算信号的功率谱密度峰度：

其中，

式中，N为信号的长度一半，P为功率谱密度。

6.根据权利要求5所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，在所述步骤二中，更新信号的模态的公式为：

式中，表示原始信号的频域信号，表示第n+1次迭代中第i个模态的频域信号，表示朗格朗日乘子，表示第k个模态的中心频率。

7.根据权利要求6所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，分解信号产生的能量损失系数为：

式中，f为分解前的原始信号，∑u_k是重构的信号。

8.根据权利要求4所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，α_max＝15000，α_min＝100，α_down＝1000。

9.根据权利要求8所述的基于改进的变分模式分解算法的供水管道泄漏位置检测方法，其特征在于，Th₁＝75，Th₂＝135。