本發(fā)明屬于管道監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種三場(chǎng)耦合管道泄漏監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代城市的地下基于各種需求，埋設(shè)了各種金屬管道，其中包含大量用于供熱的大型管道，作為熱力供應(yīng)的一次管網(wǎng)，用于給企業(yè)和家庭供熱，由于城市面積廣、需求大，造成地下鋪設(shè)的管道線路復(fù)雜，輸送距離長(zhǎng)，埋入深度越來(lái)越深，一旦泄漏將對(duì)社會(huì)和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失和影響。

由于地下環(huán)境復(fù)雜多變，經(jīng)過(guò)大量觀察泄露損壞的熱力管道，發(fā)現(xiàn)由于熱脹冷縮，水壓沖擊，土壤腐蝕等諸多因素，最終導(dǎo)致金屬管道疲勞開(kāi)裂泄露，大大縮短了管道使用壽命。目前的管道泄漏檢測(cè)方法中，普遍采用壓力傳感器分段監(jiān)測(cè)管道上午入水口，與出水口的壓力變化，通過(guò)提取特征值，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬的方法檢測(cè)泄漏及定位，但由于傳感器分布數(shù)量有限，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較單一，樣本數(shù)量有限，訓(xùn)練出的模型誤差過(guò)大，經(jīng)常造成誤報(bào)漏報(bào)，定位精度誤差過(guò)大，造成維修困難，并且很難估計(jì)泄露大小，難以制定維修計(jì)劃，只能開(kāi)挖后根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)對(duì)，大大延長(zhǎng)了維修時(shí)間和增加了維修成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供管道泄漏報(bào)監(jiān)測(cè)警、定位和泄漏大小判斷的方法，通過(guò)采集管道周圍三場(chǎng)參數(shù)及建立檢測(cè)參數(shù)之間相互聯(lián)系，目的在于能夠有效地減少誤報(bào)、避免漏報(bào)、準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)，并通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法提供泄漏的大小，為制定維修方案提供可靠依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種三場(chǎng)耦合管道泄漏監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟1、構(gòu)建管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)，包括溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)，并確定安裝相對(duì)位置參數(shù)；

步驟2、管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)被測(cè)管道空載狀態(tài)模擬，并記錄輸出參數(shù)一，作為樣本數(shù)據(jù)一；

步驟3、管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)被測(cè)管道正常工況模擬，并記錄輸出參數(shù)二，作為樣本數(shù)據(jù)二；

步驟4、管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)泄漏事件模擬，并記錄模擬輸入?yún)?shù)以及輸出參數(shù)三，作為樣本數(shù)據(jù)三；

步驟5、管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模與學(xué)習(xí)；

步驟6、管道泄漏監(jiān)測(cè)：將管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)輸出參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自行判斷并輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果。

更進(jìn)一步的，步驟1具體包括如下步驟：

步驟101：管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)硬件參數(shù)確定，其中：

溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)均采用分布式光纖傳感器，分別用于測(cè)量被測(cè)管道的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、濕度場(chǎng)變化數(shù)據(jù)；

三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)包括溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖、光電轉(zhuǎn)換裝置、信號(hào)處理裝置以及中央處理器；

根據(jù)被測(cè)管道長(zhǎng)度、直徑以及監(jiān)測(cè)精度確定溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度；纏繞長(zhǎng)度決定檢測(cè)精度和泄露定位的準(zhǔn)確性。

步驟102：管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)安裝，其中：

在被測(cè)管道外以螺旋纏繞的方式鋪設(shè)溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖及應(yīng)力檢測(cè)光纖，并分別記錄溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度以及被測(cè)管道的長(zhǎng)度；

將溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖的輸入端分別與光電轉(zhuǎn)換裝置連接，輸出端分別與信號(hào)處理裝置連接，信號(hào)處理裝置的輸出端與中央處理器連接。

更進(jìn)一步的，溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖及應(yīng)力檢測(cè)光纖以120°間隔螺旋纏繞在被測(cè)管道外壁。

更進(jìn)一步的，步驟2中具體包括以下步驟：

步驟201：被測(cè)管道處理：排除內(nèi)部流體并靜置到工況溫度；

步驟202：?jiǎn)?dòng)并調(diào)試三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)；

步驟203：待系統(tǒng)輸出參數(shù)穩(wěn)定后，測(cè)試并記錄輸出參數(shù)一，其中輸出參數(shù)一包括溫度場(chǎng)初始信號(hào)、濕度場(chǎng)初始信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)初始信號(hào)。

更進(jìn)一步的，步驟3具體包括如下步驟：

步驟301：被測(cè)管道注水，達(dá)到正常流量與壓力；

步驟302：測(cè)量輸出參數(shù)二并記錄；每間隔固定時(shí)間記錄一組輸出參數(shù)二，連續(xù)測(cè)量記錄24-48小時(shí)；輸出參數(shù)二為同一時(shí)間點(diǎn)下記錄的溫度場(chǎng)工況信號(hào)、濕度場(chǎng)工況信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)工況信號(hào)；

步驟303：將采集到的多組溫度場(chǎng)工況信號(hào)、濕度場(chǎng)工況信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)工況信號(hào)制表記錄，作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)備用。

更進(jìn)一步的，步驟4具體包括如下步驟：

步驟401：確定泄漏程度模擬等級(jí)：使用與被測(cè)管道內(nèi)相同的液體在管道上模擬管道泄漏，液體流量由小至大分為多個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同的泄漏等級(jí)；

步驟402：確定泄漏模擬點(diǎn)密度：在管道外表面均勻陣列設(shè)置泄漏模擬點(diǎn)，泄漏模擬點(diǎn)密度根據(jù)檢測(cè)精度設(shè)置；

步驟403：泄漏事件模擬：在各泄漏模擬點(diǎn)上依次進(jìn)行相同等級(jí)液體流量滴落操作，并分別記錄對(duì)應(yīng)于每一個(gè)泄漏模擬點(diǎn)的輸出參數(shù)三；

第一個(gè)等級(jí)液體流量模擬完畢后，處理被測(cè)管道，直至三場(chǎng)輸出參數(shù)穩(wěn)定后，進(jìn)行第二輪不同于第一個(gè)等級(jí)液體流量滴落模擬，并分別記錄對(duì)應(yīng)于每一個(gè)泄漏模擬點(diǎn)的輸出參數(shù)三；

重復(fù)上述過(guò)程，直至完成所有等級(jí)液體流量的模擬；

其中輸出參數(shù)三包括溫度場(chǎng)泄漏信號(hào)、濕度場(chǎng)泄漏信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)泄漏信號(hào)，模擬輸入?yún)?shù)包括泄漏模擬點(diǎn)位置參數(shù)以及液體流量等級(jí)參數(shù)；

每一組溫度場(chǎng)泄漏信號(hào)、濕度場(chǎng)泄漏信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)泄漏信號(hào)對(duì)應(yīng)于一組泄漏模擬點(diǎn)位置參數(shù)以及液體流量等級(jí)參數(shù)，分別記錄上述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)三。

更進(jìn)一步的，步驟5具體包括如下步驟：

步驟501：根據(jù)溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖及應(yīng)力檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度以及被測(cè)管道長(zhǎng)度，建立溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)的輸出參數(shù)與被測(cè)管道物理位置之間的定位對(duì)應(yīng)關(guān)系；

步驟502：根據(jù)溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)的輸出參數(shù)與被測(cè)管道物理位置之間的定位對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定目標(biāo)參數(shù)及神經(jīng)元參數(shù)；

步驟503：初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

步驟504：輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)：將樣本數(shù)據(jù)一、樣本數(shù)據(jù)二以及樣本數(shù)據(jù)三輸入到設(shè)計(jì)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中；

步驟505：梯度下降更新參數(shù)；

步驟506：測(cè)試：對(duì)整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試；

步驟507：測(cè)試精度是否達(dá)到要求：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的差值與閾值相比較，若差值大于閾值，則重復(fù)步驟505，直到差值小于閾值；

步驟508：得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：經(jīng)過(guò)數(shù)次訓(xùn)練后，差值小于閾值，此時(shí)得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

更進(jìn)一步的，步驟504中輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括采集到的三場(chǎng)數(shù)據(jù)和被測(cè)管道的各個(gè)位置，其中，輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)與實(shí)際檢測(cè)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)相等。

更進(jìn)一步的，步驟6具體包括如下步驟：

將實(shí)時(shí)采集到被測(cè)管道周圍的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，將得出的實(shí)際輸出的泄漏事件與模擬泄漏時(shí)的輸出事件進(jìn)行對(duì)比，評(píng)判并劃分泄漏大小程度等級(jí)，并根據(jù)泄漏事件發(fā)生的光纖傳感器數(shù)據(jù)變化率最大的位置，與實(shí)際管道的位置相對(duì)應(yīng)結(jié)果，得出泄漏點(diǎn)的位置，并依據(jù)泄漏后溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)的空間與時(shí)間分布變化關(guān)系，得出泄漏的擴(kuò)散速度，修正由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得出的泄漏大小程度等級(jí)，綜合評(píng)判后得出最終的泄漏位置和泄漏大小等級(jí)信息。

更進(jìn)一步的，泄漏大小程度等級(jí)包括三個(gè)：正常、一般泄漏、嚴(yán)重泄漏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、因?yàn)闄z測(cè)光纖安裝在管道外側(cè)，檢測(cè)時(shí)與管道沒(méi)有相對(duì)位移，光纖檢測(cè)的溫度、濕度及應(yīng)力的測(cè)量數(shù)據(jù)，又與管道的長(zhǎng)度及位置相對(duì)應(yīng)，當(dāng)管道泄漏時(shí)，通過(guò)光纖上不同部位的參數(shù)變化對(duì)比可以定位管道泄漏位置，泄漏大小，泄漏發(fā)展趨勢(shì)；沒(méi)有泄漏時(shí)，可以通過(guò)管道不同位置處的應(yīng)力分布大小，判斷應(yīng)力集中區(qū)，或易發(fā)生泄漏的管道位置。

由于三場(chǎng)參數(shù)存在聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，綜合三場(chǎng)參數(shù)，可以實(shí)時(shí)判斷是否泄漏，如果泄漏可以馬上確定泄漏位置，并根據(jù)周圍溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的實(shí)時(shí)變化情況，判斷泄漏大小和發(fā)展趨勢(shì)；通過(guò)管道應(yīng)力分布場(chǎng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力異常的管道位置，及時(shí)更換避免泄漏。所以本發(fā)明通過(guò)設(shè)置三場(chǎng)耦合光纖傳感系統(tǒng)，通過(guò)分析三場(chǎng)數(shù)據(jù)，既能預(yù)防管道泄漏的發(fā)生，也能在泄漏發(fā)生時(shí)掌握位置及趨勢(shì)信息，溫度與濕度的聯(lián)動(dòng)性能有效避免誤報(bào)的發(fā)生。

2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由眾多的神經(jīng)元可調(diào)的連接權(quán)值連接而成，具有大規(guī)模并行處理、分布式信息存儲(chǔ)、良好的自組織適應(yīng)性，并具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。

本發(fā)明通過(guò)記錄管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)被測(cè)管道空載狀態(tài)模擬數(shù)據(jù)、正常工況模擬數(shù)據(jù)、泄漏事件模擬數(shù)據(jù)，并將該三組數(shù)據(jù)輸入到建立好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)反復(fù)多次訓(xùn)練后得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

將管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)輸出參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自行判斷并輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果。

本發(fā)明的方法提高實(shí)際使用過(guò)程中有效地減少誤報(bào)、避免漏報(bào)、準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)，并通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法提供泄漏的大小，為制定維修方案提供可靠依據(jù)。同時(shí)，不破壞原有管道結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。

3、本發(fā)明通過(guò)將三種分布式光纖傳感器以間隔120°螺旋的方式纏繞，鋪設(shè)在被測(cè)管道外側(cè)，該種纏繞方式能形成對(duì)被測(cè)管道的立體包裹，主要是能增加光纖的鋪設(shè)長(zhǎng)度，提高檢測(cè)的分辨率和靈敏度。

4、本發(fā)明中溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖通過(guò)光纖安裝支架固定安裝在被測(cè)管道外壁上，這樣溫度檢測(cè)光纖和濕度檢測(cè)光纖將避免管道應(yīng)力變化造成的波長(zhǎng)漂移。應(yīng)力檢測(cè)光纖直接粘在管道外側(cè)，使應(yīng)力檢測(cè)光纖和管道一起發(fā)生形變，更好檢測(cè)管道的應(yīng)力變化。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見(jiàn)的，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1為本發(fā)明三場(chǎng)耦合管道泄漏監(jiān)測(cè)方法的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明三場(chǎng)耦合管道泄漏監(jiān)測(cè)方法中步驟5管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模與學(xué)習(xí)的流程圖；

圖3為本實(shí)施例中將混沌退火機(jī)制加入競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的混沌退火競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明三場(chǎng)耦合管道泄漏監(jiān)測(cè)方法的方法流程圖，三場(chǎng)耦合管道泄漏監(jiān)測(cè)方法的方法包括如下步驟：

步驟1、構(gòu)建管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)，包括溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)，并確定安裝相對(duì)位置參數(shù)；

步驟2、管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)被測(cè)管道空載狀態(tài)模擬，并記錄輸出參數(shù)一，作為樣本數(shù)據(jù)一；

步驟3、管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)被測(cè)管道正常工況模擬，并記錄輸出參數(shù)二，作為樣本數(shù)據(jù)二；

步驟4、管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)泄漏事件模擬，并記錄模擬輸入?yún)?shù)以及輸出參數(shù)三，作為樣本數(shù)據(jù)三；

步驟5、管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模與學(xué)習(xí)；

步驟6、管道泄漏監(jiān)測(cè)：將管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)輸出參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自行判斷并輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果。

因?yàn)闄z測(cè)光纖安裝在管道外側(cè)，檢測(cè)時(shí)與管道沒(méi)有相對(duì)位移，光纖檢測(cè)的溫度、濕度及應(yīng)力的測(cè)量數(shù)據(jù)，又與管道的長(zhǎng)度及位置相對(duì)應(yīng)，當(dāng)管道泄漏時(shí)，通過(guò)光纖上不同部位的參數(shù)變化對(duì)比可以定位管道泄漏位置，泄漏大小，泄漏發(fā)展趨勢(shì)；沒(méi)有泄漏時(shí)，可以通過(guò)管道不同位置處的應(yīng)力分布大小，判斷應(yīng)力集中區(qū)，或易發(fā)生泄漏的管道位置。

由于三場(chǎng)參數(shù)存在聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，綜合三場(chǎng)參數(shù)，可以實(shí)時(shí)判斷是否泄漏，如果泄漏可以馬上確定泄漏位置，并根據(jù)周圍溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的實(shí)時(shí)變化情況，判斷泄漏大小和發(fā)展趨勢(shì)；通過(guò)管道應(yīng)力分布場(chǎng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力異常的管道位置，及時(shí)更換避免泄漏。所以本發(fā)明通過(guò)設(shè)置三場(chǎng)耦合光纖傳感系統(tǒng)，通過(guò)分析三場(chǎng)數(shù)據(jù)，既能預(yù)防管道泄漏的發(fā)生，也能在泄漏發(fā)生時(shí)掌握位置及趨勢(shì)信息，溫度與濕度的聯(lián)動(dòng)性能有效避免誤報(bào)的發(fā)生。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由眾多的神經(jīng)元可調(diào)的連接權(quán)值連接而成，具有大規(guī)模并行處理、分布式信息存儲(chǔ)、良好的自組織適應(yīng)性，并具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。

本發(fā)明通過(guò)記錄管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)被測(cè)管道空載狀態(tài)模擬數(shù)據(jù)、正常工況模擬數(shù)據(jù)、泄漏事件模擬數(shù)據(jù)，并將該三組數(shù)據(jù)輸入到建立好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)反復(fù)多次訓(xùn)練后得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

將管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)輸出參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，管道監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自行判斷并輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果。

本發(fā)明的方法在實(shí)際使用過(guò)程中有效地減少誤報(bào)、避免漏報(bào)、準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)，并通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法提供泄漏的大小，為制定維修方案提供可靠依據(jù)。同時(shí)，不破壞原有管道結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。

具體的，步驟1具體包括如下步驟：

步驟101：管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)硬件參數(shù)確定，其中：溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)均采用分布式光纖傳感器，分別用于測(cè)量被測(cè)管道的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、濕度場(chǎng)變化數(shù)據(jù)；三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)包括溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖、光電轉(zhuǎn)換裝置、信號(hào)處理裝置以及中央處理器；根據(jù)被測(cè)管道長(zhǎng)度、直徑以及監(jiān)測(cè)精度確定溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度；纏繞長(zhǎng)度決定檢測(cè)精度和泄露定位的準(zhǔn)確性。

步驟102：管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)安裝，其中：在被測(cè)管道外以螺旋纏繞的方式鋪設(shè)溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖及應(yīng)力檢測(cè)光纖，并分別記錄溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度以及被測(cè)管道的長(zhǎng)度；將溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖、應(yīng)力檢測(cè)光纖的輸入端分別與光電轉(zhuǎn)換裝置連接，輸出端分別與信號(hào)處理裝置連接，信號(hào)處理裝置的輸出端與中央處理器連接。

本發(fā)明中溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖通過(guò)光纖安裝支架固定安裝在被測(cè)管道外壁上，這樣溫度檢測(cè)光纖和濕度檢測(cè)光纖將避免管道應(yīng)力變化造成的波長(zhǎng)漂移。應(yīng)力檢測(cè)光纖直接粘在管道外側(cè)，使應(yīng)力檢測(cè)光纖和管道一起發(fā)生形變，更好檢測(cè)管道的應(yīng)力變化。

具體的，溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖及應(yīng)力檢測(cè)光纖以120°間隔螺旋纏繞在被測(cè)管道外壁。

本發(fā)明通過(guò)將三種分布式光纖傳感器以間隔120°螺旋的方式纏繞，鋪設(shè)在被測(cè)管道外側(cè)，該種纏繞方式能形成對(duì)被測(cè)管道的立體包裹，主要是能增加光纖的鋪設(shè)長(zhǎng)度，提高檢測(cè)的分辨率和靈敏度。

具體的，步驟2中具體包括以下步驟：

步驟201：被測(cè)管道處理：排除內(nèi)部流體并靜置到工況溫度；

步驟202：?jiǎn)?dòng)并調(diào)試三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)；

步驟203：待系統(tǒng)輸出參數(shù)穩(wěn)定后，測(cè)試并記錄輸出參數(shù)一，其中輸出參數(shù)一包括溫度場(chǎng)初始信號(hào)、濕度場(chǎng)初始信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)初始信號(hào)。

管道三場(chǎng)耦合傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)被測(cè)管道空載狀態(tài)模擬，給光纖傳感器設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，使基準(zhǔn)值在光纖傳感器檢測(cè)區(qū)間的中部，而實(shí)際工作時(shí)，溫度、濕度、應(yīng)力的大小肯定要大于該基準(zhǔn)值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)小于基準(zhǔn)值時(shí)，則說(shuō)明光纖傳感器出現(xiàn)故障，需要對(duì)光纖傳感器進(jìn)行維修。

具體步的，步驟3具體包括如下步驟：

步驟301：被測(cè)管道注水，達(dá)到正常流量與壓力；

步驟302：測(cè)量輸出參數(shù)二并記錄；每間隔固定時(shí)間記錄一組輸出參數(shù)二，連續(xù)測(cè)量記錄24-48小時(shí)；輸出參數(shù)二為同一時(shí)間點(diǎn)下記錄的溫度場(chǎng)工況信號(hào)、濕度場(chǎng)工況信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)工況信號(hào)；

步驟303：將采集到的多組溫度場(chǎng)工況信號(hào)、濕度場(chǎng)工況信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)工況信號(hào)制表記錄，作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)備用。

由于采用螺旋纏繞方式，所以可以得出管道的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)三維變化趨勢(shì)，該趨勢(shì)可以用于分析泄漏大小和隨著時(shí)間推移的發(fā)展趨勢(shì)。

具體的，步驟4具體包括如下步驟：

步驟401：確定泄漏程度模擬等級(jí)：使用與被測(cè)管道內(nèi)相同的液體在管道上模擬管道泄漏，液體流量由小至大分為多個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同的泄漏等級(jí)；

步驟402：確定泄漏模擬點(diǎn)密度：在管道外表面均勻陣列設(shè)置泄漏模擬點(diǎn)，泄漏模擬點(diǎn)密度根據(jù)檢測(cè)精度設(shè)置；

步驟403：泄漏事件模擬：在各泄漏模擬點(diǎn)上依次進(jìn)行相同等級(jí)液體流量滴落操作，并分別記錄對(duì)應(yīng)于每一個(gè)泄漏模擬點(diǎn)的輸出參數(shù)三；第一個(gè)等級(jí)液體流量模擬完畢后，處理被測(cè)管道，直至三場(chǎng)輸出參數(shù)穩(wěn)定后，進(jìn)行第二輪不同于第一個(gè)等級(jí)液體流量滴落模擬，并分別記錄對(duì)應(yīng)于每一個(gè)泄漏模擬點(diǎn)的輸出參數(shù)三；重復(fù)上述過(guò)程，直至完成所有等級(jí)液體流量的模擬；其中輸出參數(shù)三包括溫度場(chǎng)泄漏信號(hào)、濕度場(chǎng)泄漏信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)泄漏信號(hào)，模擬輸入?yún)?shù)包括泄漏模擬點(diǎn)位置參數(shù)以及液體流量等級(jí)參數(shù)；每一組溫度場(chǎng)泄漏信號(hào)、濕度場(chǎng)泄漏信號(hào)以及應(yīng)力場(chǎng)泄漏信號(hào)對(duì)應(yīng)于一組泄漏模擬點(diǎn)位置參數(shù)以及液體流量等級(jí)參數(shù)，分別記錄上述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)三。

本實(shí)施例中模擬泄漏過(guò)程具體為：在管道的某一部位(一般是在兩結(jié)管道的接頭處，最容易發(fā)生泄漏)，人為破壞或制造出一個(gè)泄漏點(diǎn)，記錄泄漏點(diǎn)的位置及開(kāi)孔大小(如果是圓孔，則記錄圓孔直徑；如果是方孔或其它不規(guī)則孔，則記錄面積)，并用沙土覆蓋，覆蓋深度根據(jù)管道實(shí)際埋設(shè)深度而定，通水到正常壓力后，使用光纖傳感器檢測(cè)三場(chǎng)參數(shù)的變化。

模擬時(shí)可以改變泄漏孔的大小(比如3-5個(gè)等級(jí)，例如1cm，2cm，3cm，4cm，5cm)，水流的溫度(根據(jù)實(shí)際管道工作時(shí)水溫的一個(gè)范圍，比如平均分為3-5個(gè)等級(jí))，水流的壓力(根據(jù)實(shí)際管道工作時(shí)水壓的一個(gè)范圍，比如平均分為3-5個(gè)等級(jí))，然后分組測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，作為樣本數(shù)據(jù)。

如圖2所示，步驟5具體包括如下步驟：

步驟501：根據(jù)溫度檢測(cè)光纖、濕度檢測(cè)光纖及應(yīng)力檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度以及被測(cè)管道長(zhǎng)度，建立溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)的輸出參數(shù)與被測(cè)管道物理位置之間的定位對(duì)應(yīng)關(guān)系。

步驟502：根據(jù)溫度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、濕度場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)、應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)光纖系統(tǒng)的輸出參數(shù)與被測(cè)管道物理位置之間的定位對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定目標(biāo)參數(shù)及神經(jīng)元參數(shù)。

如圖3所示，為本實(shí)施例中將混沌退火機(jī)制加入競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的混沌退火競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，單個(gè)神經(jīng)元的模擬動(dòng)態(tài)退火過(guò)程采用公式(1-2)表示，

v(t+1)＝kv(t)-e+t(t)(u(t)-i0)(2)

式中：

u為輸入神經(jīng)元和輸出神經(jīng)元的暫態(tài)連接權(quán)重；

v為輸入神經(jīng)元和輸出神經(jīng)元的內(nèi)部狀態(tài)連接權(quán)重；

i0為神經(jīng)元輸入偏差；

k為神經(jīng)膜阻尼因子(0≤k≤1)；

e為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)函數(shù)；

ε為輸出函數(shù)的衰減印章；

t(t)為自反饋連接權(quán)重。

步驟503：初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

步驟504：輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)：將樣本數(shù)據(jù)一、樣本數(shù)據(jù)二以及樣本數(shù)據(jù)三輸入到設(shè)計(jì)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。

步驟505：梯度下降更新參數(shù)。

在訓(xùn)練過(guò)程中輸入層和輸出層的暫態(tài)ux；j和內(nèi)部權(quán)重狀態(tài)vx；j通過(guò)嵌入模擬退火函數(shù)逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài)過(guò)程。輸出狀態(tài)隨著一個(gè)小的學(xué)習(xí)因子達(dá)到逐漸衰減的更新過(guò)程。在分形過(guò)程中，通過(guò)并行計(jì)算實(shí)時(shí)獲取這些參數(shù)。神經(jīng)元狀態(tài)通過(guò)函數(shù)vx；j實(shí)時(shí)更新。模擬退火策略基于方程(3-7)應(yīng)用到訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)中。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型在輸入層為n個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，c個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)和nxc個(gè)連接權(quán)重。該模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

vx；j(t+1)＝kvx；j(t)+e-t(t)(ux；j(t)-i0)(5)

δwj＝η(zx-wj)ux；j(6)

式中，e是n輸入和c輸出節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)。ux；j和vx；j分別為暫態(tài)連接權(quán)重和內(nèi)部狀態(tài)連接權(quán)重。

步驟506：測(cè)試：對(duì)整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。

步驟507：測(cè)試精度是否達(dá)到要求：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的差值與閾值相比較，若差值大于閾值，則重復(fù)步驟505，直到差值小于閾值。

步驟508：得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：經(jīng)過(guò)數(shù)次訓(xùn)練后，差值小于閾值，此時(shí)得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

混沌退火競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置：54個(gè)輸入神經(jīng)元，3個(gè)輸出神經(jīng)元。

輸入向量＝[溫度，濕度，應(yīng)力值]

輸出類別＝[嚴(yán)重泄露，輕微泄露，正常]

初始值：ε＝0.004，k＝0.9，e＝0，t(t)＝0.033，i0＝0.65，t0＝0.09，y0＝0.5，β＝500，迭代步驟3000步，采用300組訓(xùn)練數(shù)據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，采用1000組數(shù)據(jù)對(duì)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示：27組數(shù)據(jù)測(cè)試錯(cuò)誤，則精度為97.3％。

具體的，步驟504中輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括采集到的三場(chǎng)數(shù)據(jù)和被測(cè)管道的各個(gè)位置，其中，輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)與實(shí)際檢測(cè)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)相等。

具體的，步驟6具體包括如下步驟：

將實(shí)時(shí)采集到被測(cè)管道周圍的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，將得出的實(shí)際輸出的泄漏事件與模擬泄漏時(shí)的輸出事件進(jìn)行對(duì)比，評(píng)判并劃分泄漏大小程度等級(jí)，并根據(jù)泄漏事件發(fā)生的光纖傳感器數(shù)據(jù)變化率最大的位置，與實(shí)際管道的位置相對(duì)應(yīng)結(jié)果，得出泄漏點(diǎn)的位置，并依據(jù)泄漏后溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)的空間與時(shí)間分布變化關(guān)系，得出泄漏的擴(kuò)散速度，修正由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得出的泄漏大小程度等級(jí)，綜合評(píng)判后得出最終的泄漏位置和泄漏大小等級(jí)信息。

具體的，泄漏大小程度等級(jí)包括三個(gè)：正常、一般泄漏、嚴(yán)重泄漏。

實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，管道泄漏前后的泄漏點(diǎn)附近，溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)會(huì)隨著泄漏的大小及時(shí)間改變，不同位置的參數(shù)大小與泄漏點(diǎn)的遠(yuǎn)近有關(guān)，光纖鋪設(shè)時(shí)的長(zhǎng)度與位置信息，與管道的實(shí)際長(zhǎng)度和鋪設(shè)密度及位置有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，將與位置信息有關(guān)的所有檢測(cè)的數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。即輸入樣本為分別為溫度、濕度以及應(yīng)力的數(shù)值，樣本個(gè)數(shù)由被測(cè)管道長(zhǎng)度和測(cè)量精度決定，由于溫度與應(yīng)力光纖傳感器為分布式數(shù)據(jù)采集，實(shí)際采樣點(diǎn)為被測(cè)管道總長(zhǎng)度l(米)除以0.1(米)，例如管道為100米長(zhǎng)，那么采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為1000個(gè)樣本。輸出為泄露的大小程度三個(gè)等級(jí)：正常(a)、一般泄露(b)、嚴(yán)重泄露(c)，輸出為000,010,100來(lái)代表a，b，c。由于分布式光纖的鋪設(shè)長(zhǎng)度和管道長(zhǎng)度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，泄漏大小變化最大的點(diǎn)即為泄漏點(diǎn)的位置。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。