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自适应扩展Kalman滤波器在长输管道泄漏点定位技术中的应用

作　者: 康毅
导　师: 李正文
学　校: 成都理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 长输管道泄漏检测定位计算 Kalman滤波参数估计瞬态模型
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

油气介质的管道输送由于有着安全、高效、成本低、损耗小等特点,现在被广泛的应用中。但由于管道腐蚀、人为破坏等原因造成的油气资源泄漏对管道沿线居民的生产、生活及周边地区的自然环境都产生了严重的不利影响,因此如何及时、准确地定位泄漏点并判断泄漏规模有着重大的意义。本文采用瞬态模型法进行在线实时泄漏监测,它实际上是一个系统辨识的问题,即数学物理反问题。其主要思想是将管道沿介质的传输方向分成若干小段,以在管道起点处的运行参数作为边界条件,利用一元不可压缩流体的不稳定流微分方程,用特征线法将其转化为有限差分形式,然后采用自适应扩展Kalman滤波器理论对管道中各分段点的运行参数进行动态估计。当运行参数发生变化时,通过估计各分段点参数的变化并结合一定的诊断机制来判断是否发生泄漏,并计算出泄漏点的位置和泄漏规模。由于在偏微分方程线性化的过程中会产生一定的误差,而这种误差具有实变的统计特性。因此准确的描述其统计特性有一定的难度,为了消除这种误差对估计精度的影响,文中采用了Saga-Husa自适应滤波算法来提高估计的质量。本文从理论上对基于瞬态模型法的输油管道的泄漏检测和定位计算方法进行了分析和推导,并在实际上成功实现了输油管道泄漏检测及泄漏点定位计算。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-4
目录  4-6
第一章绪论  6-12
  1.1 问题的提出  6
  1.2 长输管道泄漏监测方法  6-10
    1.2.1 巡线观察法  6-7
    1.2.2 电缆检漏法  7
    1.2.3 光纤检漏法  7-8
    1.2.4 质量／流量平衡法  8
    1.2.5 声波法  8-9
    1.2.6 负压波法  9-10
    1.2.7 瞬态模型法  10
  1.3 泄漏检测方法的衡量指标  10-11
  1.4 本文的主要研究内容  11-12
第二章扩展Kalman滤波器  12-36
  2.1 Kalman滤波器简介  12
  2.2 Kalman滤波器的理论基础  12-14
  2.3 标准Kalman滤波器  14-28
    2.3.1 线性动态离散时间系统  14-16
    2.3.2 新息过程(Innovations Process)  16-17
    2.3.3 新息过程性质  17-19
    2.3.4 新息过程相关矩阵  19-21
    2.3.5 利用新息过程进行状态估计  21-23
    2.3.6 Kalman增益  23-24
    2.3.7 Riccati方程  24-25
    2.3.8 滤波  25
    2.3.9 状态误差相关矩阵  25-27
    2.3.10 基于单步预测的Kalman滤波器算法  27-28
  2.4 扩展Kalman滤波  28-33
    2.4.1 基于状态偏差的扩展Kalman滤波  29-31
    2.4.2 基于滤波估计值的扩展Kalman滤波  31-33
  2.5 Saga-Husa自适应滤波  33-36
第三章瞬态模型法  36-41
  3.1 简介  36
  3.2 系统模型  36-38
  3.3 状态方程  38-41
第四章泄漏的检测及定位  41-43
第五章实例研究  43-57
  5.1 管线主要参数  43
  5.2 计算常数的确定  43-45
    5.2.1 摩阻系数f  43-44
    5.2.2 水击波速a  44-45
  5.3 模型参数  45-49
    5.3.1 状态向量  45-46
    5.3.2 观测向量  46
    5.3.3 转移矩阵  46-49
    5.3.4 测量矩阵  49
    5.3.5 状态噪声相关矩阵  49
    5.3.6 测量噪声相关矩阵  49
  5.4 正常工况的估计  49-52
    5.4.1 双主泵运行时  50-51
    5.4.2 单主泵运行时  51-52
  5.5 泄漏量及泄漏位置的判断  52-57
第六章结论与建议  57-59
致谢  59-60
参考书目  60-62

自适应扩展Kalman滤波器在长输管道泄漏点定位技术中的应用

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