[发明专利]一种管道泄漏监测网络的层级式多源数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及管道泄漏检测技术领域，特别是基于无线传感器网络的管道泄漏监测网络中， 一种基于小波神经网络和证据理论的多源检测数据融合方法。

背景技术

城市天然气供给体系是现代城市的“生命线”之一，其主要输配方式为管道传输。伴随 着天然气管网越来越复杂、管线越来越长，重大的安全隐患问题愈加突出。由于管道劣化、 老化、自然灾害和人为破坏等因素，管道泄漏以及由此引发的爆炸事故频频发生，严重威胁 着城市天然气供给体系的安全。常见的管道泄漏原因有：泵站的开关所带来的应力、压力控 制阀的误操作、处于腐蚀环境下管道的老化、埋管土壤潮湿及温度变化、通过公路时受压过 大等。管道泄漏不仅会影响管输的正常运行，导致资源的损失，而且给人们的生命财产造成 巨大威胁，成为公共安全的重大隐患，及时准确的识别出管道泄漏具有重要意义。

鉴于天然气管道泄漏带来的严重危害，国内外研究者发展了一些泄漏诊断方法，如：声 发射法、负压波法、压力点分析法、质量平衡法、检测元件法、波阵面诊断法以、实时瞬变 模型法和计算机建模法，等等，这些检测方法各有优缺点。基于上述泄漏检测原理或方法， 英、美、德、瑞士等国相继研制出具有不同功能、满足不同应用场合的相关检漏仪及在线监 控系统；单台仪器方面，如AQUASCAN、SoundSens和Questar超声探测器，等等。在 线监控系统方面，最著名的是SCADA系统，用来对各站点运行状况进行实时监测和管理， 其它泄漏检测系统还有ATMOS PIPE、LeakNet和LICMONITOR系统，等等。

尽管在管道泄漏检测方面取得了一定的研究成果，但还存在如下一些问题：1)基于单台 泄漏检测仪器的人工定期巡检方式，效率低、实时性差，迫切需要网络化、自动化监测；2) 已有的监控系统多用于长输管线检测，难以适用于强背景噪声、复杂工况下的城市天然气管 道泄漏检测。

针对传统检测方法存在的不足，2005年，麻省理工学院、Intel、NETL(美国能源技术 国家实验室)和帝国理工大学等单位，联合率先提出了基于无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)的城市地下管网安全监测新思路。其核心思想在于：由众多具有感知、计 算和无线通信能力的检测节点自组织成覆盖城市管网的监控网络，利用网络节点上的压力、 声和流量等多类传感器采集管道的状态信息，以更全面的诊断出管道安全状况。该监测网络 具有部署灵活、价格低廉、组网迅速和实时性强等优点，有较好的应用前景。随后，相关基 础问题研究受到了学者的关注和政府部门的资助。例如，针对管道网络特点，开展了管道泄 漏监测网络中服务质量的相关研究，提出了一种线性无线网络结构的组网通信协议，保证了 检测网络通信的健壮性、安全性；2008年，美国马里兰大学的研究者，研制出用于管道泄 漏检测的柔性WSN节点；2007年4月，美国西南研究院从美国能源与管道研究国际委员 会获得了“天然气管道内部腐蚀监控”项目资助，研究用于检查管道内部腐蚀的无线传感器 网络。

管道泄漏监测网络中，传感器受噪声、时变效应和环境变化等因素的影响，节点提供的 检测信息具有不确定性和模糊性；针对同一泄漏事件，处于不同位置的节点可能做出不一致 甚至相互矛盾的诊断结果，致使系统难以做出正确决策。具体来说，需要解决以下问题：(1) 传感器采集信号的噪声剔除，实际泄漏检测环境中，管内管外不可避免存在大量干扰噪声， 尤其是固定的干扰噪声，如汽车发动机、施工噪声以及管道阀门噪声其面临的噪声主要有： 机械噪声(如摩擦、流体流动等)、电气噪声、传播途径引起的信号衰减和畸变；(2)单节点 上异类传感器检测信息的相关性处理及冗余数据去除；(3)处于不同监测位置的多节点诊断 结果间的联合决策。