[发明专利]一种基于城市管道泄漏的监测数据降噪方法

说明书

本发明公开了数据降噪领域的一种基于城市管道泄漏的监测数据降噪方法，包括：采集泄露管道次声波的泄露原始数据X_i(t)；建立频域信号X_F,i(s)的幅值频谱图和有效频率窗口；将频域信号X_F,i(s)分为M段单元信号x_m，利用差分能量模型去除受噪声影响的单元信号x_m，并重新结合形成稳定信号x_c,i；对稳定信号x_c,i进行Prony分解，计算出极值和留数；根据有效频率窗口对极值和留数进行筛选后，重构真实信号得到消噪完成后的完整信号x(t)；本发明不仅可以防止将泄漏信号中的结构固有信息损失，同时减少了矩阵的条件数，使得计算方便快捷且稳定性更好。

技术领域

本发明属于数据降噪领域，具体涉及一种基于城市管道泄漏的监测数据降噪方法。

背景技术

随着我国城市化进程的快速推进，管道输送在城市生产生活中的地位日益重要。然而，由于受到自身老化、施工过程不规范和外界环境等因素的影响，管道泄漏事故时有发生，不仅造成巨大人身伤亡和财产损失，而且对给城市公共安全和生态环境带来重大威胁。如果能够及时发现泄漏，并准确定位泄漏源位置，对保障城市安全和居民生活都有重要意义。

次声波因其特有的传播距离长、衰减慢等优势，被人们用于城市管道泄漏检测中，但由于次声波泄漏信号中往往夹带大量高背景噪声信号，导致信号干扰，造成泄漏定位不准确，因此各种信号去噪方法应运而生。但是由于使用现有方法当噪声能量变化较大时，会导致噪声抑制率较小且信号失真率较大，以至于信号消噪效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于城市管道泄漏的监测数据降噪方法及系统，有效解决在噪声能量变化较大的情况下，造成去噪效果不佳的情况。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明一方面提供了一种基于城市管道泄漏的监测数据降噪方法，包括：

采集泄露管道次声波的泄露原始数据X_i(t)；

将泄露原始数据X_i(t)中截取等长度的时域信号x_n,i(t)，并利用傅里叶变换计算得频域信号X_F,i(s)，建立频域信号X_F,i(s)的幅值频谱图；以幅值频谱图的峰值对应频率f_t为基准构建有效频率窗口；

将频域信号X_F,i(s)分为M段单元信号x_m，利用差分能量模型去除受噪声影响的单元信号x_m，并重新结合形成稳定信号x_c,i；

对稳定信号x_c,i进行Prony分解，计算出极值和留数；根据有效频率窗口对极值和留数进行筛选后，重构真实信号得到消噪完成后的完整信号x(t)。

优选的，将泄露原始数据X_i(t)中截取等长度的时域信号x_n,i(t)，并利用傅里叶变换计算得频域信号X_F,i(s)，方法包括：

将泄露原始数据X_i(t)中截取等长度的时域信号x_n,i(t)，按照一定时间间隔对各时域信号x_n,i(t)进行采样获得采样信号x_n,i(a)；对采样信号x_n,i(a)进行傅里叶变换计算得频域信号X_F,i(s)，计算公式为：

公式中，为旋转因子，j为虚部；A为采样信号x_n,i(a)的信号长度。

优选的，建立频域信号X_F,i(s)的幅值频谱图，方法包括：