CN115183162A - 一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及*** - Google Patents

一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***，在以多条管道互相连通而组成的管道网络上，安装多个不同的调节阀，在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边，在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至计算器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率，实现了大规模排查管道的有益效果。

Description

一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***
技术领域
本发明属于数据处理领域，具体涉及一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***。
背景技术
海底管道是海洋油气运输与储存***的重要组成部分。在恶劣的海洋环境下，由于管道老化、自然腐蚀和第三方破坏等原因导致的泄漏事故时有发生。海底管道一旦发生泄漏，不仅造成直接经济损失，而且将严重污染海洋环境，带来生态灾难。因此，如何及时识别海底管道泄漏并对泄漏点准确定位，一直是海洋油气安全工程领域面临的重要课题。
有关管道泄漏检测及定位的方法已有很多，但适合应用于海底管道的并不多，并且单一的检测方法都具有缺点和弊端。目前海底管道泄漏检测***常用方法主要有负压波-流量平衡法、次声波法，其方法原理及优缺点如下：
负压波检测法：管道发生泄漏后，在泄漏位置由于流体流失局部出现瞬时压力下降，这种瞬时压力下降信息即负压波沿着流体介质同时向管道上游和下游进行传播，传播速度达到声速级别。在泄漏点两端布置传感器采集负压波信号，根据负压波信息的梯度特征和到达两个传感器的时间差，可以利用相关分析的方法确定泄漏源的位置。负压波检测法对明显的突发性泄漏的检测与定位具有比较好的效果，但受其原理所限，存在固有的误报和漏报不足。负压波法难以准确区分泄漏和工况扰动造成的压力波信号，特别是管线运行过程中，主要干扰来自两端泵站操作，管道起停泵、压力调节、流量调节等工况变化时引起的压力波动，易导致***误报率高；与此同时，由于对流量微小变化不敏感，在缓慢的泄漏和小流量泄漏情况下，也存在漏报率较高。
流量平衡法：根据质量守恒定律，如果管道没有发生泄漏，那么从入口进入管道的质量流量应该等于从出口流出的质量流量。当管道发生泄漏的时候，管道入口和出口就会形成流量差值。当管道平稳运行时，管道两端的流量保持稳定；当发生泄漏时，管道上游的流量上升，下游的流量下降，管道两端的流量差增大；管道上游、下游的压力下降是管道泄漏的重要特征。在管道两端布置流量传感器采集流量信息，根据出入口的流量差值就能判断管道是否发生泄漏。这种方法能检测较小的泄漏但不能准确定位。
次声波检测法：管道发生泄漏时会产生包含次声波信号在内的多种信号，由于次声波的波长较长，不易被水和空气吸收，衰减慢，它会沿着管道内的流体介质传播到很远的地方。次声波泄漏检测***的基本原理是在管道两端安装次声波传感器，检测泄漏产生的次声波，并采用专家数据库和小波分析法过滤环境噪声，提取泄漏次声，实现管道的泄漏检测报警，通过泄漏次声传播到两端的时间差实现泄漏点的定位。次声波泄漏检测***的灵敏度与管道发生泄漏时的泄漏量无直接关系，而与泄漏孔径和介质压力有关，即与管道发生泄漏时的声波声强有关。
以上监测方法都有其优缺点，负压波法对突发性泄漏和大泄漏量敏感，定位较准确，但易受工况扰动影响。目前，基于负压波与流量平衡法结合的检测方法能改善工况扰动下的误报问题，但仍存在对小泄漏定位不准确的问题。由于管道破裂泄漏时介质与管壁摩擦会持续产生次声波信号，次声波监测技术对于缓慢、微小泄漏的检测能力要高于负压波法，且通过***调试周期的数据积累，次声波监测***可收集到大部分管道操作工况变化引起的误报警特征信号，且次声波的信号特性表现为尖峰形状，所以对泄漏点的定位较为容易，但次声波法不能直观地观测到压力等管道运行参数，不能根据这些运行参数可判断管道运行情况，报警时，不能直观判断是何种原因报警。
发明内容
本发明的目的在于提出一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明提供了一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***，在以多条管道互相连通而组成的管道网络上，安装多个不同的调节阀，在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边，在各个节点通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中，在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至计算器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法，所述方法包括以下步骤：
S100，在以多条管道互相连通而组成的管道网络上，安装多个不同的调节阀;
S200，在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器；
S300，在管道***中，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边；
S400，在各个节点，通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中；
S500，在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至服务器中；
S600，在服务器中，根据各个节点的流量值、次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势；
S700，根据各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率。
进一步地，在S100中，所述管道用于流体的传输，所述调节阀用于调节所述管道中传输的流体的流量。
进一步地，在S200中，所述无线传感器使各节点处的流量计和声波传感器相互连接，所述声波传感器具有获取负压波的传播速度和次声波的传播速度、以及获取相连的节点之间的收到负压波的时间差和收到次声波的时间差的功能，各节点获取的数据相互连接于服务器。
进一步地，在S300中，在管道***中，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边的方法为：各个节点之间按照其间连接的管道的传输方向建立边，将各个节点连接为全连通图。
进一步地，在S400中，于当前时刻，分别在各个节点，通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中的方法为：通过声波传感器，获取节点处的次声波信号及负压波信号，其中，次声波信号为包括次声波的传播速度值和相连的节点之间的收到次声波的时间的差值的数据，负压波信号为包括负压波的传播速度值和相连的节点之间的收到负压波的时间的差值的数据。
进一步地，在S600中，在服务器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势的方法为：
记所有节点的数量为n，记所有节点组成的集合为Nset，其中节点的序号为i，i∈[1,n]，序号为i的节点为N(i)；
首先，获取各个节点之间的连接量组，连接量组为n维的向量，节点N(i)对应的连接量组为V(i)，连接量组中维度的序号与节点的序号一致对应，但为避免混淆，在V(i)的计算过程中，使用i1代为表示连接量组V(i)中维度的序号的数值，i1同样属于[1,n]，
获取节点N(i)对应的流量值、次声波信号及负压波信号的数值，将三者的数值取算术平均数，若上述三者的数值差异过大，需要先对各项数值分别进行归一化处理，记节点N(i)对应的流量值、次声波信号及负压波信号的数值的算术平均数为Lia(i)；
连接量组V(i)中序号数值为i1的维度的数值记为V(i,i1)，所述V(i,i1)的计算方法为：获取序号数值为i1的节点将其记作为节点N(i1)，获取所述节点N(i)与所述节点N(i1)之间的边的数量为edg(i,i1)，若所述节点N(i)与所述节点N(i1)是同一个节点则令edg(i,i1)数值为1，再计算连接量组V(i)中的跨维分度为D(i)，D(i)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，
进而计算V(i,i1)的数值为V(i,i1)= exp(edg(i,i1))/D(i)，exp为计算以自然常数e为底的指数函数，由此得到连接量组V(i)中维度序号为i1的数值即为V(i,i1)；
进而，分别计算Nset中各节点的连接量组，将各节点的连接量组按1至n的序号作为n行的向量进行排列，由此得到一个n行n列的矩阵并记该矩阵为Dmat，即Dmat中行的序号与Nset中各节点的序号i保持一致，Dmat中列的序号与连接量组V(i)中维度的序号i1保持一致，Dmat中序号为i的行即为节点N(i)对应的连接量组V(i)，Dmat中行序号为i列序号为i1的元素即为V(i,i1)；
由于，负压波法对突发性泄漏和大泄漏量敏感但易受工况扰动影响，而基于负压波与流量平衡法结合的检测方法虽能改善工况扰动下的误报问题但仍存在对小泄漏定位不准确的问题，于此，为了减少受工况扰动影响并针对小泄漏定位不准确的状况，计算连接量组有利于在保持对突发性泄漏和大泄漏量的敏感的同时，通过其中各维度数值的波动，使得其不易受工况扰动影响，在此基础上，计算流波势是为了进一步通过对矩阵Dmat中各数值的变化趋势，再对n*V(i,i1max)与V(i,i1)于各序号上进行对比，避免了次声波变化引起的误报警特征信号的干扰，达到对小泄漏定位提高准确性的有益效果；
计算节点N(i)的流波势L(i)的过程具体为：
S601，分别计算矩阵Dmat中的各列中的数值最大元素与数值最小元素的数值之差，并将其数值之差作为所在列的列值；
S602，进而选取出Dmat中列值最大的列，将该列值最大的列的列序号记作为i1max；
S603，获取所述节点N(i)的序号i，获取Dmat中列序号为i1max的列中的行序号为所述节点N(i)的序号i的元素作为V(i,i1max)；
S604，计算所述节点N(i)的流波势L(i)，流波势L(i)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
；
由此，分别计算得到Nset中各节点的流波势。
进一步地，在S700中，根据各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率的方法为：
根据各个节点的流波势，获取各个节点的流波势的众数，获取各个节点的流波势的中位数，计算各个节点的流波势的众数和中位数的平均值作为流波势阈值，记流波势阈值为η；
若存在一节点的流波势大于η，则该流波势大于η的节点存在管道缺陷的概率不为零，将该流波势大于η的节点的流波势的数值记为Er，令所述流波势大于η的节点的存在管道缺陷的概率为per，per的计算方法为per=(Er-η)/η，所述per即为所述流波势大于η的节点的存在管道缺陷的概率，若节点的存在管道缺陷的概率超过预设的阈值，则标记对应的管道为异常即发生了泄漏，为对应的管道进行维修。
本发明还提供了一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***，所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法中的步骤，所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的***可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中：
节点连接单元，用于在以多条管道互相连通而组成的管道网络上安装多个不同的调节阀，并在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器，再以各个调节阀分别作为各个节点，并以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边；
数据采集单元，用于在各个节点通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中；
数值获取单元，用于在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至服务器中；
流波势计算单元，用于在服务器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势；
管道缺陷判断单元，用于根据各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***，在以多条管道互相连通而组成的管道网络上，安装多个不同的调节阀，在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边，在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至计算器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率，实现了大规模排查管道的有益效果。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法的流程图；
图2所示为一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***的***结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
如图1所示为根据本发明的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***。
本发明提出一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法，所述方法具体包括以下步骤：
S100，在以多条管道互相连通而组成的管道网络上，安装多个不同的调节阀;
S200，在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器；
S300，在管道***中，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边；
S400，在各个节点，通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中；
S500，在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至服务器中；
S600，在服务器中，根据各个节点的流量值、次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势；
S700，根据各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率。
进一步地，在S100中，所述管道用于流体的传输，所述调节阀用于调节所述管道中传输的流体的流量。
进一步地，在S200中，所述无线传感器使各节点处的流量计和声波传感器相互连接，所述声波传感器具有获取负压波的传播速度和次声波的传播速度、以及获取相连的节点之间的收到负压波的时间差和收到次声波的时间差的功能，各节点获取的数据相互连接于服务器。
进一步地，在S300中，在管道***中，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边的方法为：各个节点之间按照其间连接的管道的传输方向建立边，将各个节点连接为全连通图。
进一步地，在S400中，于当前时刻，分别在各个节点，通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中的方法为：通过声波传感器，获取节点处的次声波信号及负压波信号，其中，次声波信号为包括次声波的传播速度值和相连的节点之间的收到次声波的时间的差值的数据，负压波信号为包括负压波的传播速度值和相连的节点之间的收到负压波的时间的差值的数据。
进一步地，在S600中，在服务器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势的方法为：
记所有节点的数量为n，记所有节点组成的集合为Nset，其中节点的序号为i，i∈[1,n]，序号为i的节点为N(i)；
首先，获取各个节点之间的连接量组，连接量组为n维的向量，节点N(i)对应的连接量组为V(i)，连接量组中维度的序号与节点的序号一致对应，但为避免混淆，在V(i)的计算过程中，使用i1代为表示连接量组V(i)中维度的序号的数值，i1同样属于[1,n]；
获取节点N(i)对应的流量值、次声波信号及负压波信号的数值，将三者的数值取算术平均数，若上述三者的数值差异过大，需要先对各个节点对应的流量值、次声波信号及负压波信号的数值分别进行归一化处理，可优选地通过最大-最小标准化将其中各项数值归一化映射到区间[0, 1]的值再取得算术平均值，然后，记节点N(i)对应的流量值、次声波信号及负压波信号的数值的算术平均数为Lia(i)；
连接量组V(i)中序号数值为i1的维度的数值记为V(i,i1)，所述V(i,i1)的计算方法为：获取序号数值为i1的节点将其记作为节点N(i1)，获取所述节点N(i)与所述节点N(i1)之间的边的数量为edg(i,i1)，若所述节点N(i)与所述节点N(i1)是同一个节点则令edg(i,i1)数值为1，再计算连接量组V(i)中的跨维分度为D(i)，D(i)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
，
进而计算V(i,i1)的数值为V(i,i1)= exp(edg(i,i1))/D(i)，exp为计算以自然常数e为底的指数函数，由此得到连接量组V(i)中维度序号为i1的数值即为V(i,i1)；
进而，分别计算Nset中各节点的连接量组，将各节点的连接量组按1至n的序号作为n行的向量进行排列，由此得到一个n行n列的矩阵并记该矩阵为Dmat，即Dmat中行的序号与Nset中各节点的序号i保持一致，Dmat中列的序号与连接量组V(i)中维度的序号i1保持一致，Dmat中序号为i的行即为节点N(i)对应的连接量组V(i)，Dmat中行序号为i列序号为i1的元素即为V(i,i1)；
计算节点N(i)的流波势L(i)的过程具体为：
S601，分别计算矩阵Dmat中的各列中的数值最大元素与数值最小元素的数值之差，并将其数值之差作为所在列的列值；
S602，进而选取出Dmat中列值最大的列，将该列值最大的列的列序号记作为i1max；
S603，获取所述节点N(i)的序号i，获取Dmat中列序号为i1max的列中的行序号为所述节点N(i)的序号i的元素作为V(i,i1max)；
S604，计算所述节点N(i)的流波势L(i)，流波势L(i)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
由此，分别计算得到Nset中各节点的流波势。
进一步地，在S700中，根据各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率的方法为：
根据各个节点的流波势，获取各个节点的流波势的众数，获取各个节点的流波势的中位数，计算各个节点的流波势的众数和中位数的平均值作为流波势阈值，记流波势阈值为η；
若存在一节点的流波势大于η，则该流波势大于η的节点存在管道缺陷的概率不为零，将该流波势大于η的节点的流波势的数值记为Er，令所述流波势大于η的节点的存在管道缺陷的概率为per，per的计算方法为per=(Er-η)/η，所述per即为所述流波势大于η的节点的存在管道缺陷的概率。
所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法实施例中的步骤，所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的***可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。
本发明的实施例提供的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***，如图2所示，该实施例的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法实施例中的步骤，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中：
节点连接单元，用于在以多条管道互相连通而组成的管道网络上安装多个不同的调节阀，并在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器，再以各个调节阀分别作为各个节点，并以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边；
数据采集单元，用于在各个节点通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中；
数值获取单元，用于在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至服务器中；
流波势计算单元，用于在服务器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势；
管道缺陷判断单元，用于根据各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率。
所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中。所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***的示例，并不构成对一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立元器件门电路或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***的各个分区域。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明提供了一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法及***，在以多条管道互相连通而组成的管道网络上，安装多个不同的调节阀，在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边，在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至计算器中，根据各个节点的流量值和次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率，实现了大规模排查管道的有益效果。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (6)

1.一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100，在以多条管道互相连通而组成的管道网络上，安装多个不同的调节阀;
S200，在各个调节阀上分别安装有流量计、声波传感器与无线传感器；
S300，在管道***中，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边；
S400，在各个节点，通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中；
S500，在各个节点获取当前时刻的流量值和次声波信号及负压波信号并传输至服务器中；
S600，在服务器中，根据各个节点的流量值、次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势；
其中，在S400中，于当前时刻，分别在各个节点，通过流量计获取节点处的流量值，通过声波传感器获取节点处管道的次声波信号及负压波信号，再以无线传感器将流量值和次声波信号及负压波信号传输至服务器中的方法为：通过声波传感器，获取节点处的次声波信号及负压波信号，其中，次声波信号为包括次声波的传播速度值和相连的节点之间的收到次声波的时间的差值的数据，负压波信号为包括负压波的传播速度值和相连的节点之间的收到负压波的时间的差值的数据；
在S600中，在服务器中，根据各个节点的流量值、次声波信号及负压波信号，计算得到各个节点的流波势的方法为：
记所有节点的数量为n，记所有节点组成的集合为Nset，其中节点的序号为i，i∈[1,n]，序号为i的节点为N(i)；
首先，获取各个节点之间的连接量组，连接量组为n维的向量，节点N(i)对应的连接量组为V(i)，连接量组中维度的序号与节点的序号一致对应，但为避免混淆，在V(i)的计算过程中，使用i1代为表示连接量组V(i)中维度的序号的数值，i1同样属于[1,n]；
获取节点N(i)对应的流量值、次声波信号及负压波信号的数值，将三者的数值取算术平均数，节点N(i)对应的流量值、次声波信号及负压波信号的数值的算术平均数记为Lia(i)；
连接量组V(i)中序号数值为i1的维度的数值记为V(i,i1)，所述V(i,i1)的计算方法为：获取序号数值为i1的节点将其记作为节点N(i1)，获取所述节点N(i)与所述节点N(i1)之间的边的数量为edg(i,i1)，若所述节点N(i)与所述节点N(i1)是同一个节点则令edg(i,i1)数值为1，再计算连接量组V(i)中的跨维分度为D(i)，D(i)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
进而计算V(i,i1)的数值为V(i,i1)= exp(edg(i,i1))/D(i)，exp为计算以自然常数e为底的指数函数，由此得到连接量组V(i)中维度序号为i1的数值即为V(i,i1)；
进而，分别计算Nset中各节点的连接量组，将各节点的连接量组按1至n的序号作为n行的向量进行排列，由此得到一个n行n列的矩阵并记该矩阵为Dmat，即Dmat中行的序号与Nset中各节点的序号i保持一致，Dmat中列的序号与连接量组V(i)中维度的序号i1保持一致，Dmat中序号为i的行即为节点N(i)对应的连接量组V(i)，Dmat中行序号为i列序号为i1的元素即为V(i,i1)；
计算节点N(i)的流波势L(i)的过程具体为：
S601，分别计算矩阵Dmat中的各列中的数值最大元素与数值最小元素的数值之差，并将其数值之差作为所在列的列值；
S602，进而选取出Dmat中列值最大的列，将该列值最大的列的列序号记作为i1max；
S603，获取所述节点N(i)的序号i，获取Dmat中列序号为i1max的列中的行序号为所述节点N(i)的序号i的元素作为V(i,i1max)；
S604，计算所述节点N(i)的流波势L(i)，流波势L(i)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
由此，分别计算得到Nset中各节点的流波势。
2.根据权利要求1所述的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法，其特征在于，在S100中，所述管道用于流体的传输，所述调节阀用于调节所述管道中传输的流体的流量。
3.根据权利要求1所述的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法，其特征在于，在S200中，所述无线传感器使各节点处的流量计和声波传感器相互连接，所述声波传感器具有获取负压波的传播速度和次声波的传播速度、以及获取相连的节点之间的收到负压波的时间差和收到次声波的时间差的功能，各节点获取的数据相互连接于服务器。
4.根据权利要求1所述的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法，其特征在于，在S300中，在管道***中，以各个调节阀分别作为各个节点，以各个调节阀间连接的管道作为各个节点间连接的边的方法为：各个节点之间按照其间连接的管道的传输方向建立边，将各个节点连接为全连通图。
5.根据权利要求1所述的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法，其特征在于，还包括S700，根据各个节点的流波势，判断各个节点是否存在管道缺陷的概率，具体为：
根据各个节点的流波势，获取各个节点的流波势的众数，获取各个节点的流波势的中位数，计算各个节点的流波势的众数和中位数的平均值作为流波势阈值，记流波势阈值为η；
若存在一节点的流波势大于η，则该流波势大于η的节点存在管道缺陷的概率不为零，将该流波势大于η的节点的流波势的数值记为Er，令所述流波势大于η的节点的存在管道缺陷的概率为per，per的计算方法为per=(Er-η)/η，所述per即为所述流波势大于η的节点的存在管道缺陷的概率。
6.一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***，其特征在于，所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测方法中的步骤，所述一种联合声波和流量平衡的管道缺陷检测***运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑或云端数据中心的计算设备中。
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