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基于Kalman滤波器的管道泄漏检测与定位方法研究

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第一章 绪论

1.1引言

1.2管道泄漏检测方法综述

1.2.1基于硬件的管道泄漏检测方法

1.2.2基于软件的管道泄漏检测方法

1.3基于滤波器的管道泄漏检测与定位方法

1.3.1基于机理模型的方法

1.3.2基于信号模型的方法

1.4课题研究的意义及主要研究内容

1.4.1课题的研究意义

1.4.2主要研究内容

第二章 辨识建模在管道检漏与定位中的方法研究

2.1引言

2.2辨识建模

2.2.1模型结构辨识

2.2.2模型参数辨识

2.2.3模型检验

2.3最小二乘法

2.4本章小结

第三章 基于Kalman滤波器的管道泄漏检测与定位方法

3.1引言

3.2带未知输入的Kalman滤波器

3.2.1带未知输入的Kalman滤波器的引入

3.2.2带未知输入的Kalman滤波器的原理

3.3强跟踪滤波器

3.3.2标准Kalman滤波器

3.3.2强跟踪滤波器的引入

3.3.3强跟踪滤波器算法

3.4本章小结

第四章基于Kalman滤波器的管道泄漏检测与定位系统设计

4.1引言

4.2 Kalman滤波器在管道泄漏检测与定位中的研究

4.2.1系统软硬件组成研究

4.2.2泄漏检测方法的研究

4.2.3泄漏定位方法的研究

4.3滤波器在管道泄漏检测与定位中的实现

4.3.1辨识建模模块的实现

4.3.2泄漏报警模块的实现

4.3.3泄漏定位模块的实现

4.4本章小结

第五章 实验与分析

5.1运行环境

5.2辩识建模模块的实验与分析

5.3泄漏报警模块的实验与分析

5.4泄漏定位模块的实验与分析

第六章结论与展望

参考文献

致谢

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作者简介

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摘要

管道运输作为重要的运输方式之一,在国民经济中发挥着越来越重要的作用。由于管道的老化、腐蚀及人为破坏等原因,导致管道泄漏事故时有发生,造成了巨大的经济损失和环境污染,因此管道泄漏检测与定位技术已成为重要的研究课题。目前,基于管道机理模型的Kalman滤波算法在泄漏检测应用中取得了较好的效果,但是由于其算法复杂,计算量大,其应用受到限制;基于管道信号模型的Kalman滤波算法由于模型较为简单,无法对泄漏准确报警,且模型的不确定性、信号带有较强扰动等,导致泄漏定位精度较低,系统的鲁棒性较差。因此,研究Kalman滤波算法,减小模型的不确定性和信号扰动对管道泄漏检测与定位精度的影响,降低泄漏误报率,具有重要的理论意义和应用价值。
   本文在详细分析基于滤波器的管道泄漏检测与定位方法的基础上,基于历史工况数据辨识管道模型,提出了一种带未知输入的Kalman滤波算法的管道泄漏检测方法,减少频繁工况操作引起的误报警;通过对现场压力数据建立随机游动模型,提出了利用强跟踪滤波算法对管道泄漏进行定位,通过提取渐消因子序列的特征点定位泄漏,用以实现提高滤波性能和定位精度的目的。
   实验研究表明,本文所提出的基于Kalman滤波器的管道泄漏检测与定位方法,能够改善滤波性能,使系统对模型不确定性具有较强的鲁棒性,有效降低误报警率,提高定位精度。

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