[發(fā)明專利]一種物理模型與數(shù)據(jù)融合驅(qū)動(dòng)的管道腐蝕深度預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110506133.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN113094934B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹愛軍;何彥霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F113/14
• 代理公司: 重慶航圖知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50247
• 代理人: 胡小龍

1.一種物理模型與數(shù)據(jù)融合驅(qū)動(dòng)的管道腐蝕深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)利用腐蝕探針或腐蝕掛片獲取腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，獲取管道腐蝕的累積腐蝕深度數(shù)據(jù)；以腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和累計(jì)腐蝕深度數(shù)據(jù)構(gòu)建管道的累計(jì)腐蝕深度訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

2)將管道累計(jì)腐蝕深度的物理模型融合至高斯過程回歸模型的核函數(shù)，構(gòu)建新的核函數(shù)，得到先驗(yàn)分布與測(cè)試輸出的聯(lián)合高斯分布；

3)以累計(jì)腐蝕深度訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練高斯過程回歸模型，采用共軛梯度迭代法求解負(fù)對(duì)數(shù)似然函數(shù)，得到最優(yōu)超參數(shù)集合；

4)將最優(yōu)超參數(shù)集合代入高斯過程回歸模型的先驗(yàn)分布，得到后驗(yàn)概率分布，并獲得預(yù)測(cè)輸出的均值函數(shù)與方差函數(shù)；

5)將測(cè)試數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練后的高斯過程回歸模型，得到管道累計(jì)腐蝕深度的預(yù)測(cè)值；

所述步驟2)中，管道累計(jì)腐蝕深度的物理模型為：

d＝pt^m

其中，p表示管道投運(yùn)初期的腐蝕損失常數(shù)；m為表征管道腐蝕防護(hù)性能的常數(shù)；d表示累計(jì)腐蝕深度；t表示管道腐蝕暴露時(shí)間；

由此得到管道腐蝕深度的增量表達(dá)式為：

d^ln+Δd^ln＝A+mT+mΔT

其中，d^ln＝lnd，表示對(duì)數(shù)累計(jì)腐蝕深度；Δd^ln為對(duì)數(shù)累計(jì)腐蝕深度增量；A＝lnp；T＝lnt表示對(duì)數(shù)管道腐蝕暴露時(shí)間；ΔT表示對(duì)數(shù)管道腐蝕暴露時(shí)間增量；

對(duì)數(shù)腐蝕深度增量與對(duì)數(shù)腐蝕暴露時(shí)間增量之間呈線性關(guān)系，設(shè)管道對(duì)數(shù)腐蝕深度增量符合高斯分布，融合管道腐蝕深度的增量表達(dá)式與線性核函數(shù)，得到融合管道腐蝕深度物理模型的核函數(shù)：

k_linear(d¹ⁿ+Δd¹ⁿ，d¹ⁿ)＝k_linear(d¹ⁿ，d¹ⁿ)+k_linear(d¹ⁿ，Δd¹ⁿ)

其中，k_linear(x，y)表示線性核函數(shù)，用以描述樣本特征向量x與y之間的關(guān)系；表示權(quán)值向量分量；x_i表示第i維度x樣本的輸入值；y_i表示第i維度y樣本的輸入值；k_linear(d¹ⁿ+Δd¹ⁿ，d¹ⁿ)表示融合管道腐蝕深度物理模型后的線性核函數(shù)；k_linear(d¹ⁿ，d¹ⁿ)為線性核函數(shù)，描述對(duì)數(shù)累計(jì)腐蝕深度樣本間的關(guān)系；k_linear(d¹ⁿ，Δd¹ⁿ)為線性核函數(shù)，描述對(duì)數(shù)累計(jì)腐蝕深度與對(duì)數(shù)累計(jì)腐蝕深度增量間的關(guān)系；

再次將所述融合管道腐蝕深度物理模型的核函數(shù)與徑向基核融合，構(gòu)建得到的高斯過程回歸模型的新的核函數(shù)為：

k＝k_linear×k_rbf+k_linear

其中，k表示用于累計(jì)腐蝕深度預(yù)測(cè)的核函數(shù)；k_linear表示上述融合腐蝕物理過程的線性核函數(shù)；k_rbf表示徑向基核函數(shù)，定義為：

其中，x、y表示兩個(gè)樣本特征向量；σ²及l(fā)為超參數(shù)，分別表示樣本方差以及特征長(zhǎng)度尺度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述物理模型與數(shù)據(jù)融合驅(qū)動(dòng)的管道腐蝕深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟1)中，對(duì)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理方法為：

11)采用箱型圖方法確定正常數(shù)據(jù)區(qū)間，將該正常數(shù)據(jù)區(qū)間之外的腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)視為缺失項(xiàng)；

12)對(duì)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的缺失項(xiàng)進(jìn)行插補(bǔ)，所述插補(bǔ)方法采用最鄰近算法、均值插補(bǔ)方法、回歸插補(bǔ)方法、多重插補(bǔ)方法或極大似然插補(bǔ)方法。