[发明专利]一种基于VMD和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理方法及系统

权利要求书

1.一种基于VMD和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采集油气管道信号，构建数据集；

步骤2、对数据集中的油气管道信号进行变分模态分解，获得多个本征模态分量；其中，在变分模态分解中利用弗雷歇距离判断变分模态分解后模态重构信号与原始信号的相似度，进而确定最佳模态个数；

步骤3、将多个本征模态分量输入到预训练的分类器中进行工况识别，识别出油气管道的不同工况。

2.根据权利要求1所述的一种基于VMD和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理方法，其特征在于，步骤2的具体步骤包括：

步骤21：设置变分模态分解初始化参数；

步骤22：对油气管道原始信号进行变分模态分解，得到K个模态分量；

步骤23：将K个模态分量求和重构，获得重构信号；

步骤24：计算重构信号与原始信号的弗雷歇距离；

步骤25：判断模态个数K是否大于模态分量最大个数，若大于则执行步骤28，否则使模态个数K加1并更新；

步骤26：根据模态个数为K时变分模态分解得到的模态中心频率更新模态个数为K+1时对应的模态中心频率初始化位置；

步骤27：迭代循环执行步骤22-步骤26；

步骤28：计算最小的弗雷歇距离所对应的模态个数K'，利用模态个数K'和对应的模态中心频率初始化位置对油气管道信号进行变分模态分解。

3.根据权利要求2所述的一种基于VMD和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理方法，其特征在于，步骤24中重构信号表示为Y(t)，原始信号表示为X(t)，X(t)和Y(t)为空间S的两条连续曲线，则重构信号与原始信号的弗雷歇距离表示为FD(X,Y)：

FD(X,Y)＝inf_α,βmax_i∈[0,1]{d(X(α(t)),Y(β(t)))}

其中，d是S上的度量函数；α，β为单位区间的两个重参数化函数，即α:＝[0,1]→S,β:＝[0,1]→S；X(α(t)),Y(β(t)分别表示曲线X(t)和曲线Y(t)的采样点。

4.根据权利要求2所述的一种基于VMD和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理方法，其特征在于，步骤21中所述变分模态分解初始化参数包括模态分量初始个数，模态分量最大个数，惩戒参数，模态分量初始个数所对应的第一个分量的中心频率初始化位置。

5.一种基于VMD和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，其配置成采集油气管道信号，构建数据集；

数据预处理模块，其配置成对数据集中的油气管道信号进行变分模态分解，获得多个本征模态分量；其中，在变分模态分解中利用弗雷歇距离判断变分模态分解后模态重构信号与原始信号的相似度，进而确定最佳模态个数；

工况识别模块，其配置成将多个本征模态分量输入到预训练的分类器中进行工况识别，识别出油气管道的不同工况。

6.根据权利要求5所述的一种基于VMD和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理系统，其特征在于，所述数据预处理模块中对数据集中的油气管道信号进行变分模态分解的具体步骤包括：

步骤21：设置变分模态分解初始化参数；

步骤22：对油气管道原始信号进行变分模态分解，得到K个模态分量；

步骤23：将K个模态分量求和重构，获得重构信号；

步骤24：计算重构信号与原始信号的弗雷歇距离；

步骤25：判断模态个数K是否大于模态分量最大个数，若大于则执行步骤28，否则使模态个数K加1并更新；

步骤26：根据模态个数为K时变分模态分解得到的模态中心频率更新模态个数为K+1时对应的模态中心频率初始化位置；

步骤27：迭代循环执行步骤22-步骤26；

步骤28：计算最小的弗雷歇距离所对应的模态个数K'，利用模态个数K'和对应的模态中心频率初始化位置对油气管道信号进行变分模态分解。