[發明專利]一種基于DT-CWT和S4VM的管道堵塞故障識別方法

有效

• 申請號: 201810812279.1
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN109063762B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 馮早;李洋;吳建德;王曉東;范玉剛;黃國勇;鄒金慧
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于DT?CWT和S4VM的管道堵塞故障識別方法，屬于故障檢測技術領域，本發明首先檢測管道獲得管道的聲壓信號數據，然后采用雙樹復小波變換算法對獲得的聲學信號數據進行分解重構，得到各頻段的分量，從各頻段的分量中選擇有效頻段分量，并對有效頻段分量進行聲壓級變換，然后提取變換后有效頻段分量的脈沖因子和平均聲能量密度，將脈沖因子和平均聲能量密度作為用于分類的特征向量并將特征向量輸入S4VM分類器中進行訓練得到訓練器模型，利用訓練器模型識別管道不同程度的堵塞并排除三通件的干擾，本方法克服了現有的管道檢測信號難以有效處理的問題，對管道損傷小，成本低，安裝方便，實用性強。

技術領域

本發明涉及一種基于DT-CWT和S4VM的管道堵塞故障識別方法，屬于故障檢測技術領域。

背景技術

2015年我國供水管道總長度約71萬公里，且每年呈上升趨勢，但我國與發達國家相比，管道平均漏損率高，其中堵塞造成的管內的油泥、銹垢會固化，造成原管徑變小；淤泥會在管道內沉淀，容易產生硫化氫等易燃易爆氣體，造成環境污染并易引起爆管。如果不及時清除管道內的異物，會造成管道堵塞，輕則危害用水安全，重則造成泄漏、爆管，對資源、環境及我國經濟造成巨大損失與危害。所以，及時檢測管道堵塞，控制管道堵塞量變產生的危害危險，對節約水資源、保障城市用水、推動我國經濟持續健康發展有重要意義。

目前埋地排水管道的檢測主要集中在事后檢測，方法上存在開挖損傷，依賴人工操作，設備昂貴等主要問題。基于聲學的檢測方法具有低成本、安裝方便等特點。導波檢測屬于聲學無損檢測領域最新方法之一，可以用來對管道堵塞和泄漏檢測與定位，這種方法采用機械應力波沿著管道延伸方向傳播，傳播距離長并且衰減小，有時單一的位置檢測可達數百米，僅需要對傳感器安裝位置的管道外表面進行處理，能檢測難以近距離檢測的管道部位。管道發生堵塞時，導致管道橫截面積變小，導波在媒質發生變化時，聲學特性會發生相應的變化，導波在傳播過程中，也會受到管道常規部件例如三通件的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于DT-CWT和S4VM的管道堵塞故障識別方法，DT-CWT即為雙樹復小波變換，S4VM為安全半監督支持向量機，本發明方法克服了現有的管道檢測信號難以有效處理的問題，本發明用導波對管道堵塞和泄漏檢測獲得管道內的回波，獲得的回波信號是非線性、非平穩信號，從堵塞聲信號機理出發，分析堵塞聲信號特征，并利用雙樹復小波變換和聲壓級相結合的特征提取方法對信號預處理，根據聲波在管道中的傳播機理，提取聲能量密度和脈沖因子為特征，利用安全半監督支持向量機即S4VM對不同堵塞情況和三通件進行了多分類標注。

本發明的技術方案是：首先檢測管道獲得管道的聲壓信號數據，然后采用雙樹復小波變換算法對獲得的聲學信號數據進行分解重構，得到各頻段的分量，從各頻段的分量中選擇有效頻段分量，并對有效頻段分量進行聲壓級變換，然后提取變換后有效頻段分量的脈沖因子和平均聲能量密度，將脈沖因子和平均聲能量密度作為用于分類的特征向量并將特征向量輸入S4VM分類器中進行訓練得到訓練器模型，利用訓練器模型識別管道不同程度的堵塞并排除三通件的干擾。

本發明的具體步驟如下：

(1)首先在管道內放置聲學儀器，管道外設有數據采集和信號處理設備，管道的尾端半封閉，聲音在管道的傳播過程中，遇到管道尾端發生反射、折射、散射，產生大量攜帶管道結構缺陷信息反射回波，數據采集和信號處理設備采集反射的回波，獲得管道的聲壓信號數據；

(2)數據采集和信號處理設備對信號數據進行處理，采用雙樹復小波變換算法對聲壓信號數據進行分解、重構，得到各頻段的分量，將各頻段的分量分別用時域圖表示，觀察時域圖，將含噪信號大的時域圖表示的頻段分量去掉，將其他頻段的分量作為有效頻段分量，并對有效頻段分量進行聲壓級變換，得到各有效頻段分量的聲壓級信號；

(3)提取步驟(2)各有效頻段分量的聲壓級信號的脈沖因子和平均聲能量密度，其中各有效頻段分量的平均聲能量密度的公式提取如下：