[发明专利]一种新型管道渗漏预警在线相关定位数据压缩方法和设备

说明书

本发明公开了一种新型管道渗漏预警在线相关定位数据压缩方法和设备，该方法包括：采集噪声样本；对采集噪声样本进行FFT(快速傅里叶)变换运算，获得噪声频域信息；在频域通过频带迁移方法重组频谱，保留有效的管道噪声频带，丢弃带外噪声；执行IFFT(傅里叶逆变换)变换运算，获得频域压缩后的时域信号；最后进行ADPCM压缩编码输出压缩码流。本发明具有选择性好、抗干扰性好、高压缩率、相位无失真和算法简单等优点。

技术领域

本发明涉及信号与信息处理领域，具体地，涉及一种新型管道渗漏预警在线相关定位数据压缩方法和设备。

背景技术

当管道渗漏时，流体介质高速穿过渗漏空隙，由于震动、摩擦、减速、膨胀、撞击等，流体产生雷诺应力或剪切力，形成渗漏噪声。渗漏声波以非频散的平面波和频散的高阶声模态形式在管道和管道流体中传播，受流体和管道衰减特性影响，随着传播距离增大，噪声强度迅速减弱。利用管道渗漏时产生噪声这一特点，国内外已经研制出多种管网渗漏检测/监测设备(例如：听漏仪、相关仪、渗漏预警等),噪声检测方法也是给水管网当前主要使用方法。

普通渗漏预警设备是应用噪声检测方法的一种重要设备，采用噪声强度特征判别方法，一般选择在夜间2:00～4:00期间采集噪声数据，主要目的是为了降低环境噪声干扰，降低误报和漏报概率。采集时，按照固定间隔T秒(一般5～10秒，不同厂家略有不同)采集噪声数据并计算噪声强度，采集总次数N次(一般N＝1000次)，为了便于分析，将N次采集到的噪声强度离散序列定义为F(t)，同时定义强度范围阈值V_th(一般设置5db左右，不同厂家略有不同)和切除值V_cut(一般设置20db左右，不同厂家略有不同)，渗漏判定方法：

1、当MIN(F(t)＝V_cut且MAX(F(t))-MIN(F(t))＝V_th时，有渗漏发生；

2、当MIN(F(t)V_cut或MAX(F(t))-MIN(F(t))V_th时，无渗漏发生；

其中MAX()取序列最大值，MIN()取序列最小值。这种方法主要依据渗漏噪声强度相对稳定，而环境噪声随机性较强的特征判定渗漏是否发生。

普通渗漏预警设备虽然可以预警管道故障，但不能在线精确定位泄漏点，当发生泄漏时需要工程师使用专业仪器(听漏仪、相关仪等)进行现场定位泄漏点。为了解决这个问题，支持在线定位功能的渗漏预警的研制提上日程，在线定位版渗漏预警在实现泄漏预警的同时实现在线自动漏点定位。设备在夜间采集不少于3秒的管道噪声数据，数据经压缩后通过物联网传输至中心服务器，由服务器完成相邻监测点的互相关运算并自动定位漏点位置。

渗漏预警设备长期布设于井下，采用电池供电，属于微功耗、微带宽应用设备。实践证明数据传输损耗电量占设备总耗电量的70％以上，如果以16位采集宽度、10KHz采样频率、采集3秒样本总数据量＝10KHz*3秒*2B(字节)＝60KB，为了减少传输数据量、降低设备功耗，数据必须经过压缩后传输。虽然当前音频压缩技术较为成熟，且压缩种类较多，但对于管道漏点相关定位应用而言，仍存在众多不足。管道渗漏噪声及漏点定位有其独有特点，具体表现在以下几方面：

1、频带不同：不同管材的声音传播特性不同，常用管材音频传输特性如图3(管道噪声传播频带表)所示：球墨铸铁管道泄漏噪声频带分布在200Hz～800Hz范围，聚氯乙烯管道泄漏噪声分布在100Hz～600Hz范围，水泥管道泄漏噪声分布在200Hz～1200Hz范围，镀锌钢管道泄漏噪声分布在400Hz～1200Hz范围。需要根据不同的管材特有的频带特征进行压缩，不但有利于提高压缩比、减小数据量，更有利于抑制带外噪声干扰。