基于NLM-EMD与FCM-二次相关的管道泄漏定位
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基于 ＮＬＭ—ＥＭＤ与 ＦＣＭ一二次相关 的管道 泄漏 定位
李 健 ，侯 一 凡 ，靳 世 久 ，肖启 阳
（天 津 大 学 精 密 测 试 技 术 与 仪 器 国 ห้องสมุดไป่ตู้ 重 点 实 验 室 ，天 津 ３０００７２）
摘 要 ：管 道 泄 漏 的 定 位 精 度 主 要 取 决 于信 号 去 噪 效 果 和 时 延 估 计 性 能 。针 对 当前 管 道 泄 漏 定 位 精 度 较 差 的 问 题 ，
关 键 词 ：管 道 泄 漏 定 位 ；非 局 部 均 值 算 法 ；经 验 模 态 分 解 ；模 糊 Ｃ 均 值 聚 类 ；二 次 相 关
中 图 分 类 号 ：ＴＮ０６；ＴＥ８３２
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１６１５７／ｉ．ｉｓｓｎ．０２５８—７９９８．１７２８６０
中 文 引 用 格 式 ：李 健 ，侯 一 凡 ，靳 世 久 ，等 ．基 于 ＮＬＭ－ＥＭＤ 与 ＦＣＭ一二 次 相 关 的 管 道 泄 漏 定 位 【Ｊ】．电 子 技 术 应 用 ，２０１８，４４ （２）：４４—４７． 英 文 引 用 格 式 ：Ｌｉ Ｊｉａｎ，Ｈｏｕ Ｙｉｆａｎ，Ｊｉｎ Ｓｈｉｊｉｕ，ｅｔ ａ１．Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＮＬＭ－ＥＭＤ ａｎｄ ＦＣＭ－ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１８，４４（２）：４４—４７．
０ 引 言 管 道 泄 漏 不 仅 污 染 环 境 、影 响 生 产 ，还 会 造 成 人 员
伤 亡 等 ，因 此 对 管 道 泄 漏 的 检 测 尤 为 重 要 …。 在 众 多 检 测 方 法 中 ，负 压 波 法 因 其 原 理 简 单 、定 位 准 确 等 优 点 得 到 广 泛 应 用 。 在 管 道 泄 漏 检 测 中 ，管 道 周 边 车 辆 行 驶 的 噪 声 、管 道 上 各 种 工 况 操 作 弓Ｉ起 的 噪 声 等 ，都 会 造 成 负 压 波 信 号 信 噪 比较 低 。管 道 泄 漏 的 检 测 和 定 位 精 度 主 要 取 决 于 负 压 波 信 号 的去 噪 效 果 和 时 延 估 计 性 能 ＿２］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｐｏｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃｕｒｅｎｔ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋ， Ｎｏｎ—Ｌｏｃａｌ Ｍｅａｎｓ—Ｅｍｐｉｒ ｉｃａｌ Ｍｏｄｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ＯＮ ＮＬＭ －ＥＭＤ ａｎｄ ＦＣＭ －ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
Ｌｉ Ｊｉａｎ，Ｈｏｕ Ｙｉｆａｎ，Ｊｉｎ Ｓｈｉｊｉｕ，Ｘｉａｏ Ｑｉｙａｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
提 出 了非 局 部 均 值 一经 验 模 态 分 解 （ＮＬＭ—ＥＭＤ）自相 关 去 噪 算 法 和 模 糊 Ｃ 均 值 聚 类 （ＦＣＭ ）一二 次 相 关 自适 应 时 延 估
计 算 法 。利 用 ＮＬＭ 进 行 降 噪 预 处 理 ，根 据 ＥＭＤ 自相 关 准 则 进 行 重 构 去 噪 ，然 后 利 用 ＦＣＭ 自适 应 提 取 相 关 性 较 高 的
压 力 下 降 段 信 号 ，对 其 进 行 二 次 相 关 时 延 估 计 。 结 果 表 明 ，ＮＬＭ—ＥＭＤ 自相 关 法 能 有 效 降 低 噪 声 干 扰 ，提 高 ＥＭＤ 分
解 质 量 ，ＦＣＭ一二 次 相 关 法 能 增 强 两 泄 漏 信 号 的 相 关 性 ，与 直接 二 次 相 关 相 比 定 位 精 度 提 高 了 ０．８１７％ 。
（ＮＬＭ—ＥＭＤ）ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ａｎｄ Ｆｕｚｚｙ Ｃ－Ｍｅａｎｓ ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｎｇ（ＦＣＭ）一ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｉｍｅ
ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＮＬＭ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｎｄ ｄｅ—ｎｏｉｓｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｆ ＥＭＤ，ｔｈｅｎ ＦＣＭ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ ｅｘｔｒａｃｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｔｈ ｈｉ ｇｈｅｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ ｃａｎ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎａ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＮＬＭ －ＥＭＤ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅ— ｄｕｃｅ ｎｏｉｓｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ＥＭＤ，ＦＣＭ —ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｌｅａｋａｇｅ ｓｉｇｎａｌｓ．ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ０．８ １７％ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ；ｎｏｎ－ｌｏｃａｌ ｍｅａｎｓ；ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｆｕｚｚｙ Ｃ—ｍｅａｎｓ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ；ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
李 健 ，侯 一 凡 ，靳 世 久 ，肖启 阳
（天 津 大 学 精 密 测 试 技 术 与 仪 器 国 ห้องสมุดไป่ตู้ 重 点 实 验 室 ，天 津 ３０００７２）
摘 要 ：管 道 泄 漏 的 定 位 精 度 主 要 取 决 于信 号 去 噪 效 果 和 时 延 估 计 性 能 。针 对 当前 管 道 泄 漏 定 位 精 度 较 差 的 问 题 ，
关 键 词 ：管 道 泄 漏 定 位 ；非 局 部 均 值 算 法 ；经 验 模 态 分 解 ；模 糊 Ｃ 均 值 聚 类 ；二 次 相 关
中 图 分 类 号 ：ＴＮ０６；ＴＥ８３２
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１６１５７／ｉ．ｉｓｓｎ．０２５８—７９９８．１７２８６０
中 文 引 用 格 式 ：李 健 ，侯 一 凡 ，靳 世 久 ，等 ．基 于 ＮＬＭ－ＥＭＤ 与 ＦＣＭ一二 次 相 关 的 管 道 泄 漏 定 位 【Ｊ】．电 子 技 术 应 用 ，２０１８，４４ （２）：４４—４７． 英 文 引 用 格 式 ：Ｌｉ Ｊｉａｎ，Ｈｏｕ Ｙｉｆａｎ，Ｊｉｎ Ｓｈｉｊｉｕ，ｅｔ ａ１．Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＮＬＭ－ＥＭＤ ａｎｄ ＦＣＭ－ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１８，４４（２）：４４—４７．
０ 引 言 管 道 泄 漏 不 仅 污 染 环 境 、影 响 生 产 ，还 会 造 成 人 员
伤 亡 等 ，因 此 对 管 道 泄 漏 的 检 测 尤 为 重 要 …。 在 众 多 检 测 方 法 中 ，负 压 波 法 因 其 原 理 简 单 、定 位 准 确 等 优 点 得 到 广 泛 应 用 。 在 管 道 泄 漏 检 测 中 ，管 道 周 边 车 辆 行 驶 的 噪 声 、管 道 上 各 种 工 况 操 作 弓Ｉ起 的 噪 声 等 ，都 会 造 成 负 压 波 信 号 信 噪 比较 低 。管 道 泄 漏 的 检 测 和 定 位 精 度 主 要 取 决 于 负 压 波 信 号 的去 噪 效 果 和 时 延 估 计 性 能 ＿２］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｐｏｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃｕｒｅｎｔ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋ， Ｎｏｎ—Ｌｏｃａｌ Ｍｅａｎｓ—Ｅｍｐｉｒ ｉｃａｌ Ｍｏｄｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ＯＮ ＮＬＭ －ＥＭＤ ａｎｄ ＦＣＭ －ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
Ｌｉ Ｊｉａｎ，Ｈｏｕ Ｙｉｆａｎ，Ｊｉｎ Ｓｈｉｊｉｕ，Ｘｉａｏ Ｑｉｙａｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
提 出 了非 局 部 均 值 一经 验 模 态 分 解 （ＮＬＭ—ＥＭＤ）自相 关 去 噪 算 法 和 模 糊 Ｃ 均 值 聚 类 （ＦＣＭ ）一二 次 相 关 自适 应 时 延 估
计 算 法 。利 用 ＮＬＭ 进 行 降 噪 预 处 理 ，根 据 ＥＭＤ 自相 关 准 则 进 行 重 构 去 噪 ，然 后 利 用 ＦＣＭ 自适 应 提 取 相 关 性 较 高 的
压 力 下 降 段 信 号 ，对 其 进 行 二 次 相 关 时 延 估 计 。 结 果 表 明 ，ＮＬＭ—ＥＭＤ 自相 关 法 能 有 效 降 低 噪 声 干 扰 ，提 高 ＥＭＤ 分
解 质 量 ，ＦＣＭ一二 次 相 关 法 能 增 强 两 泄 漏 信 号 的 相 关 性 ，与 直接 二 次 相 关 相 比 定 位 精 度 提 高 了 ０．８１７％ 。
（ＮＬＭ—ＥＭＤ）ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ａｎｄ Ｆｕｚｚｙ Ｃ－Ｍｅａｎｓ ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｎｇ（ＦＣＭ）一ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｉｍｅ
ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＮＬＭ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｎｄ ｄｅ—ｎｏｉｓｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｆ ＥＭＤ，ｔｈｅｎ ＦＣＭ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ ｅｘｔｒａｃｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｔｈ ｈｉ ｇｈｅｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ ｃａｎ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎａ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＮＬＭ －ＥＭＤ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅ— ｄｕｃｅ ｎｏｉｓｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ＥＭＤ，ＦＣＭ —ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｌｅａｋａｇｅ ｓｉｇｎａｌｓ．ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ０．８ １７％ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ；ｎｏｎ－ｌｏｃａｌ ｍｅａｎｓ；ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｆｕｚｚｙ Ｃ—ｍｅａｎｓ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ；ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ