[發明專利]基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法

在審

• 申請號: 201710075285.9
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106845437A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王新穎;宋興帥;陳海群
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06Q50/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1，根據待測管道的不同泄漏狀態提取自變量和因變量構建樣本數據庫；

步驟2，對該樣本數據庫進行預處理，構造訓練集；

步驟3，運用改進的網格搜索法從訓練集中尋找最優參數組合；

步驟4，利用最優參數組合構建基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位模型；

步驟5，根據城市燃氣管道泄漏定位模型，對待測管道進行泄漏定位。

2.如權利要求1所述的基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：步驟1中，待測管道不同泄漏狀態時的檢測變量為自變量，對應泄漏點的定位值為因變量，檢測變量包括物理儀表采集到的物理信號和聲發射傳感器采集到的聲發射信號，則樣本數據庫的構造過程為：樣本數據庫由不同泄漏位置提取到的自變量和因變量構成，其中，自變量為對應泄漏點處利用物理儀表采集到的出口壓力、出口流量兩個物理信號以及聲發射傳感器采集到的聲發射信號，因變量為泄漏點的定位值，所述定位值以管道進口端為零點至泄漏點處的距離；采用小波分析法對樣本數據庫的聲發射信號進行特征參數提取，根據特征參數的一般選取規則分別獲得幅度、絕對能量和振鈴計數三個特征參數，由出口壓力、出口流量、幅度、絕對能量和振鈴計數五個參數組成自變量，將對應泄漏點處的定位值作為因變量，在待測管道上采集多組出口壓力、出口流量、幅度、絕對能量、振鈴計數和定位值的數據組成樣本數據庫。

3.如權利要求2所述的基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：物理信號包括出口壓力和出口流量，所述出口壓力和出口流量分別由安裝在待測管道末端的壓力變送器和流量變送器采集得到；聲發射信號由數據采集單元中的聲發射傳感器采集得到，所述聲發射傳感器安裝于待測管道末端。

4.如權利要求3所述的基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：所述數據采集單元包括工業計算機、聲發射卡、聲發射前置放大器、聲發射傳感器以及對應的處理軟件。

5.如權利要求3所述的基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：所述步驟2中，對該樣本數據庫進行預處理是對樣本數據庫中的數據進行區間為[-1,1]的歸一化處理，將預處理后的樣本數據庫分為訓練集和測試集，訓練集用于構建泄漏定位模型，測試集用于驗證模型的精度。

6.如權利要求5所述的基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：預處理具體包括采用小波分析法對樣本數據庫的聲發射信號進行特征參數的提取，根據特征參數的一般選取規則分別獲得幅度、絕對能量和振鈴計數三個特征參數，由出口壓力、出口流量、幅度、絕對能量和振鈴計數五個參數組成自變量，在待測管道上采集多組出口壓力、出口流量、幅度、絕對能量和振鈴計數的數據組成訓練集。

7.如權利要求5所述的基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：在步驟3中，所述的改進的網格搜索法就是把搜索步長和搜索范圍加以改變來搜索最優參數，最優參數組合是指利用支持向量機建模時的懲罰系數C和核函數參數g的值設定，不同值構成的模型精度不同，因此需要采用改進的網格搜索法進行最優參數組合搜索，從而確定最優值，具體包括以下步驟：

步驟3.1，從預處理后的樣本數據庫中取出幾組作為測試集，剩余的均作為訓練集，對訓練集歸一化；

步驟3.2，設定好懲罰系數C和核函數參數g的取值范圍；

步驟3.3，先采用大步距對訓練集做一個粗搜，挑出預測準確度最高的那一組參數組合，即局部最優參數組合，；

步驟3.4，在局部最優參數組合附近確立一個小區間，對這組參數用傳統方法的小步距作二次尋優，確定最終的參數組合，即最優參數組合。

8.如權利要求7所述的基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位方法，其特征在于：在步驟4中，所述的構建基于支持向量機回歸的城市燃氣管道泄漏定位模型的具體原理是指基于改進的網格搜索法的支持向量機回歸原理；所述支持向量機回歸采用的是ε-SVR對管道泄漏進行訓練和定位的基本思想，具體指在線性不可分的輸入變量情況下，首先選取合適的非線性映射Ф將其映射到一個高維特征空間，然后在這個高維特征空間當中采用線性回歸函數來進行評估，最后獲得在原空間的非線性回歸效果，假設x_i∈R^d為管道泄漏時的檢測變量，y_i為管道泄漏點的定位值，基于支持向量機回歸的泄漏定位模型即尋找x_i，y_i之間的關聯：f：Rⁿ→R，y_i＝f(x_i)。