船舶管系泄漏檢測方法與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、船舶管系泄漏檢測是保障現(xiàn)代船舶安全的重要手段。與長輸油氣管道相比，船舶管系彎管支管多，工況變化頻繁，處于強噪聲、強振動的惡劣環(huán)境下和運動狀態(tài)中，非穩(wěn)態(tài)摩阻、工況改變和泄漏故障等原因使流體運動規(guī)律和信號特征復(fù)雜。目前，泄漏量大小、泄漏位置與流體信號特征之間的關(guān)系尚未解明，各種動態(tài)因素的作用機理尚不明確，“強噪聲干擾”、“微小緩慢泄漏不能檢測”、“泄漏故障與泵閥操作分類識別困難”、“樣本數(shù)據(jù)不均衡”等問題嚴(yán)重制約了泄漏檢測的精度和穩(wěn)定性。<

2、br>　　針對以上問題，本文采用瞬變流檢測與人工智能結(jié)合的方法，著力研究“不同狀態(tài)下船舶管系瞬變流動的基本規(guī)律與信號特征”、“強噪聲環(huán)境船舶管系流體特征信號的分離方法”、“船舶管系狀態(tài)特征表達(dá)方法”、“船舶管系泄漏檢測模型建模方法”等基礎(chǔ)性關(guān)鍵科學(xué)問題。船舶管系泄漏檢測的實質(zhì)是一個“模式識別”問題，對應(yīng)于“模式識別”方法的基本流程，論文的主要工作和貢獻(xiàn)如下：
　?。?）依托管道流體力學(xué)理論，建立船舶管系瞬變流計算模型?；跀M穩(wěn)態(tài)摩

3、阻模型獲得了船舶管道負(fù)壓波的產(chǎn)生機理、傳播衰減規(guī)律，以及負(fù)壓波法的可檢測泄漏率規(guī)律；基于附加摩阻模型解明了船舶管系在不同工況、不同位置和不同流量比泄漏時壓力和流量信號的波形特征；從理論上驗證了基于流體信號波形特征的檢測方法具有可行性。
　?。?）模擬船舶管系的結(jié)構(gòu)布局和工作環(huán)境，經(jīng)軟、硬件開發(fā)搭建實驗平臺獲取實驗信號數(shù)據(jù)。針對強噪聲干擾問題，分析船舶管系流體信號的組成成分，設(shè)計虛擬仿真信號、消噪評價指標(biāo)和實驗方法；基于小波閾值算法

4、和平臺實驗，研究并優(yōu)化了母小波、分解層數(shù)、閾值、閾值處理函數(shù)等對分離效果具有重要影響的參數(shù)，解決了強噪聲環(huán)境下攜帶管系狀態(tài)信息的流體特征信號的信噪分離問題。
　?。?）針對目前單一或單域方法提取的特征向量不能全面準(zhǔn)確描述管系狀態(tài)特征的問題，采用一種多點多域信息融合與維數(shù)約簡的船舶管系狀態(tài)特征表達(dá)方法。該方法融合了非廣延“Tsallis小波熵”計算信號統(tǒng)計特性變化的能力，以及“小波變換模極大值”分析信號奇異性的能力，并對多點多域信息

5、在特征層融合后基于流形學(xué)習(xí)理論消除冗余和沖突信息。分類識別實驗的結(jié)果表明，由于融合了多點多域信息和多種方法的理想特性，該方法能準(zhǔn)確描述微小緩慢泄漏、突發(fā)泄漏、泵閥操作等導(dǎo)致的信號變化與狀態(tài)差異。
　　（4）針對船舶管系“類型多樣化”和“檢測樣本不均衡”問題，考慮檢測模型應(yīng)具備“自適應(yīng)性”、“通用性”和“小樣本學(xué)習(xí)能力”，采用支持向量機（SVM）理論建模，進(jìn)而在模型的識別精度、穩(wěn)定性和計算效率方面進(jìn)行拓展和優(yōu)化，采用了兩種建模方法。