一種基于聲信號的pccp爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于PCCP管道預(yù)警監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管即PCCP管道的生產(chǎn)和使用有很長的歷史。最早設(shè)計(jì)并制造預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的是法國邦納管道公司。到了 20世紀(jì)40年代，歐美國家也開始紛紛開發(fā)和制造預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。美國作為世界上最大的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管生產(chǎn)和使用國家，到今已經(jīng)使用的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道的長度長達(dá)28000KM，其中最大的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道直徑達(dá)7.6米。
[0003]預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的廣泛應(yīng)用帶來了巨大而又明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但是其使用過程中的一旦發(fā)生爆管事故就會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，環(huán)境破壞甚至是人員傷亡。PCCP爆管事故在我國很早就有，例如:早期對用于制管的鋁酸鹽自應(yīng)力水泥、硫鋁酸鹽自應(yīng)力水泥的研宄不到位，在沒有了解和掌握預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的性能的情況下就開始生產(chǎn)和制造自應(yīng)力混凝土管，導(dǎo)致在安徽蚌埠、湖北武漢、廣西南寧等許多地方都發(fā)生過爆管事故。這些爆管事故都是由于水泥膨脹造成的，爆管事故直接導(dǎo)致已鋪設(shè)的管線報(bào)廢，只好挖出重新更換和鋪設(shè)。山東省一個(gè)水泥制品廠在為南山集團(tuán)生產(chǎn)PCCP管道過程中，由于鋼材質(zhì)量問題，最終導(dǎo)致爆管，損失慘重；石家莊市的自來水公司曾使用三階段預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管鋪設(shè)管道，由于預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管外部混凝土保護(hù)層的質(zhì)量問題，通水運(yùn)行沒有幾年就發(fā)生嚴(yán)重的爆管事故，不得不更換；
[0004]傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管防護(hù)的主要方法是人工檢查，如聽聲法和人眼觀察法。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管故障檢測的還有遠(yuǎn)場渦流/變壓器耦合(RFEC/TC)，基于水聽器的聲學(xué)檢測和聲光纖檢測(AFO)等方法。RFEC/TC法需要在檢測前排空管道內(nèi)的水，因此會消耗大量的人力和物力。此外，RFEC/TC法是一種離線檢驗(yàn)方法，效率較低。聲光纖檢測法是一種高準(zhǔn)確度的實(shí)時(shí)檢測方法，但是該方法成本高，且于在役的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道很難再安裝聲光纖，只能應(yīng)用于新建的管道。由于水聽器對檢測聲信號靈敏度高，而且只需要在管道內(nèi)每隔一定距離布設(shè)一個(gè)水聽器即可，所以基于水聽器的檢測方法不僅檢測精度高而且安裝方便。該方法相對其他幾種檢測方法有明顯的優(yōu)勢，在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道破損檢測方面有很廣泛的應(yīng)用前景。但是，利用水聽器采集聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測檢測系統(tǒng)，必須依靠有效信號處理方法的支持，才可能實(shí)現(xiàn)有效的故障檢測和預(yù)警。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟:
[0007]步驟I)讀取數(shù)據(jù):通過PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)采集監(jiān)測信號，并對監(jiān)測信號進(jìn)行相應(yīng)的分析、整理、顯示和存儲；
[0008]步驟2)基本數(shù)據(jù)處理:對步驟I)取得的監(jiān)測信號進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)處理；
[0009]步驟3)提取特征向量:將不同頻率段的信號作為該信號的特征向量進(jìn)行特征提取，最后得到該信號的特征向量；
[0010]步驟4)信號識別:采用支持向量機(jī)識別PCCP爆管預(yù)警信號，以達(dá)到PCCP爆管預(yù)測報(bào)警的目的。
[0011]在步驟I)中，所述的對監(jiān)測信號進(jìn)行分析的方法為:首先分析監(jiān)測信號的合理性，刪除不合理的非正常信號；
[0012]所述的對監(jiān)測信號進(jìn)行整理的方法為:將輸入的多種文件格式轉(zhuǎn)換成bin格式的形式。
[0013]在步驟2)中，所述的基本數(shù)據(jù)處理所采用的方法為:FFT變換、濾波和小波降噪。
[0014]在步驟4)中，所述的信號識別即識別PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號中具有爆管特征的信號，并以此作為PCCP爆管預(yù)警信號。
[0015]本發(fā)明提供的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法針對PCCP管道中聲信號的特點(diǎn)，對通過PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)采集所得到的監(jiān)測信號通過濾波、小波和時(shí)頻分析等處理，然后再進(jìn)行特征提取和識別，能夠有效地實(shí)現(xiàn)PCCP爆管預(yù)測報(bào)警的目的，通過對PCCP管道的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，報(bào)警信號的識別精度高達(dá)98.33% ;本方法具有預(yù)測檢測精度高，處理速度快和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，適合在工程實(shí)際中應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明提供的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟:
[0019]步驟I)讀取數(shù)據(jù):通過PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)采集監(jiān)測信號，并對監(jiān)測信號進(jìn)行相應(yīng)的分析、整理、顯示和存儲；
[0020]步驟2)基本數(shù)據(jù)處理:對步驟I)取得的監(jiān)測信號進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)處理；
[0021]步驟3)提取特征向量:將不同頻率段的信號作為該信號的特征向量進(jìn)行特征提取，最后得到該信號的特征向量；
[0022]步驟4)信號識別:采用支持向量機(jī)識別PCCP爆管預(yù)警信號，以達(dá)到PCCP爆管預(yù)測報(bào)警的目的。
[0023]步驟I)中，所述的對監(jiān)測信號進(jìn)行分析的方法為:首先分析監(jiān)測信號的合理性，刪除不合理的非正常信號；
[0024]所述的對監(jiān)測信號進(jìn)行整理的方法為:將輸入的多種文件格式轉(zhuǎn)換成便于后續(xù)處理的統(tǒng)一格式；由于采集設(shè)備的輸出可能是包含多種格式的數(shù)據(jù)，即包括文本數(shù)據(jù)、Excel數(shù)據(jù)、bin數(shù)據(jù)、mat格式和波形文件即wav格式的數(shù)據(jù)等，而在后續(xù)處理中，數(shù)據(jù)主要是以bin格式的形式而存在的，這是因?yàn)槎M(jìn)制存儲的數(shù)據(jù)能夠節(jié)省存儲空間；同時(shí)，處理過程中還可以隨時(shí)顯示處理后的波形和其頻譜圖，而且也方便對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
[0025]在步驟2)中，所述的基本數(shù)據(jù)處理所采用的方法為:FFT變換、濾波和小波降噪；
[0026]所述的FFT變換是對信號進(jìn)行頻譜分析的重要工具，F(xiàn)FT即快速傅里葉變換，與傳統(tǒng)的傅里葉變換相比，快速傅里葉變換能夠大大減小計(jì)算速度；
[0027]所述的濾波可以設(shè)置低頻截止頻率和高頻截止頻率，這里的濾波器選用的是巴特沃斯濾波器，其中濾波器的階數(shù)也可以自動(dòng)設(shè)置；
[0028]所述的小波降噪也可以實(shí)現(xiàn)對信號進(jìn)行濾波，在處理過程中，小波的類型和處理的層數(shù)都可以設(shè)置；同時(shí)，還可以利用小波對信號進(jìn)行特征提??；小波對信號進(jìn)行特征提取的主要原理是利用了小波的時(shí)頻分析功能，小波分析能夠?qū)⑿盘栐跁r(shí)域和頻域處的特征進(jìn)行細(xì)分；小波分析中常用的是用小波包進(jìn)行信號的分層，即將信號分為不同頻域段的頻率，每個(gè)頻率段的信號分量都能表征信號的一個(gè)特征，將不同頻率段的信號作為該信號的特征向量進(jìn)行特征提取，最后可以得到該信號的特征向量。
[0029]在步驟4)中，所述的信號識別即識別PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號中具有爆管特征的信號，并以此作為PCCP爆管預(yù)警信號；支持向量機(jī)的基本原理就是先選取一些數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練得到一個(gè)模型，然后再將測試集輸入到該模型中，從而得到一個(gè)預(yù)測的結(jié)果。支持向量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有很多，它能夠在使用較少的訓(xùn)練級的情況下得到較為準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，計(jì)算量小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法，其特征在于:所述的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟: 步驟I)讀取數(shù)據(jù):通過PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)采集監(jiān)測信號，并對監(jiān)測信號進(jìn)行相應(yīng)的分析、整理、顯示和存儲； 步驟2)基本數(shù)據(jù)處理:對步驟I)取得的監(jiān)測信號進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)處理； 步驟3)提取特征向量:將不同頻率段的信號作為該信號的特征向量進(jìn)行特征提取，最后得到該信號的特征向量； 步驟4)信號識別:采用支持向量機(jī)識別PCCP爆管預(yù)警信號，以達(dá)到PCCP爆管預(yù)測報(bào)警的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法，其特征在于:在步驟I)中，所述的對監(jiān)測信號進(jìn)行分析的方法為:首先分析監(jiān)測信號的合理性，刪除不合理的非正常信號； 所述的對監(jiān)測信號進(jìn)行整理的方法為:將輸入的多種文件格式轉(zhuǎn)換成bin格式的形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法，其特征在于:在步驟2)中，所述的基本數(shù)據(jù)處理所采用的方法為:FFT變換、濾波和小波降噪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法，其特征在于:在步驟4)中，所述的信號識別即識別PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號中具有爆管特征的信號，并以此作為PCCP爆管預(yù)警信號。
【專利摘要】一種基于聲信號的PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測信號處理方法。其包括讀取數(shù)據(jù)：通過PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)采集監(jiān)測信號，并對監(jiān)測信號進(jìn)行相應(yīng)的分析、整理、顯示和存儲；基本數(shù)據(jù)處理：對上述取得的監(jiān)測信號進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)處理；提取特征向量：將不同頻率段的信號作為該信號的特征向量進(jìn)行特征提取，最后得到該信號的特征向量；信號識別。本發(fā)明方法針對PCCP管道中聲信號的特點(diǎn)，對通過PCCP爆管預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)采集所得到的監(jiān)測信號通過濾波、小波和時(shí)頻分析等處理，然后再進(jìn)行特征提取和識別，能夠有效地實(shí)現(xiàn)PCCP爆管預(yù)測報(bào)警的目的，通過對PCCP管道的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，報(bào)警信號的識別精度高達(dá)98.33％。
【IPC分類】F17D5-06
【公開號】CN104633461
【申請?zhí)枴緾N201410854418
【發(fā)明人】曾周末, 李一博, 封皓, 張園, 張玉祥, 劉圓圓
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月31日