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第1章 绪论 1

1.1管道泄漏检测的意义 1

1.2流体输送管道泄漏检测方法概述 1

1.2.1外部环境检测 1

1.2.2管壁状况检测 2

1.2.3管内流动状态检测 3

参考文献 9

第一篇 基于模型的泄漏检测与定位方法 13

第2章 液体管道的动态模型与仿真 13

2.1管内瞬态流动的基本方程 13

2.1.1动量方程 13

2.1.2连续性方程 14

2.1.3能量方程 15

2.1.4状态方程 15

2.2液体管道模型及其特征线解法 16

2.2.1液体管道模型 16

2.2.2特征线解法 17

2.2.3有限差分方程 18

2.2.4边界条件 20

2.2.5分叉连接 21

2.3瞬变流能量损耗对仿真的影响 21

2.3.1管道切应力模型 22

2.3.2管道拟二维模型和二维模型 24

2.3.3能量损耗对管道仿真的影响 26

2.4泄漏仿真 28

2.4.1泄漏量大小的影响 28

2.4.2泄漏位置的影响 29

2.4.3泄漏形成时间的影响 29

2.5基于实时模型的泄漏检测 31

2.5.1基于直接比较的泄漏检测方法 31

2.5.2基于修正项的质量／流量平衡方法 31

2.6瞬变流计算中的几个问题 34

2.6.1插值问题 34

2.6.2流动参数的确定 35

2.6.3管道入口段的流动问题 37

2.6.4管道高程差的问题 38

参考文献 40

第3章 基于状态估计的泄漏检测与定位 42

3.1 Kalman滤波的基本原理 42

3.2管道状态方程的建立 43

3.3自适应Kalman滤波 49

3.4基于Kalman滤波的泄漏检测与定位 50

3.5试验结果 52

参考文献 53

第二篇 基于信号处理和模式识别的泄漏检测与定位方法 57

第4章 随机过程的基本知识 57

4.1基本概念 57

4.1.1事物变化过程的分类 57

4.1.2随机过程的样本与状态 58

4.1.3集合（总体）平均 58

4.1.4时间平均 59

4.2随机过程的数字特征 59

4.2.1数学期望 59

4.2.2方差 60

4.2.3自相关函数 60

4.2.4互相关函数 61

4.2.5功率谱密度函数 62

4.3随机过程的分类 63

4.3.1连续型随机过程和离散型随机过程 63

4.3.2连续时间参数随机过程和离散时间参数随机过程 64

4.3.3平稳随机过程与非平稳随机过程 64

4.3.4尔格过程（各态遍历性过程） 64

4.3.5独立随机过程 65

4.4白噪声过程及其性质 65

参考文献 66

第5章 基于时域分析的泄漏检测与定位 67

5.1基于相关分析的泄漏检测与定位 67

5.1.1基于压力波分析的泄漏检测与定位原理 67

5.1.2泄漏检测与定位的相关分析方法 68

5.1.3基于广义相关分析的泄漏检测与定位 71

5.2基于时间序列分析方法的泄漏检测与定位 78

5.2.1时间序列与系统状态的关系 78

5.2.2时间序列信号建模 79

5.2.3判别函数 80

5.2.4泄漏检测与定位的时间序列分析方法 86

5.3基于仿射变换的泄漏定位 89

5.3.1仿射变换的基本原理 89

5.3.2泄漏定位的仿射变换方法 90

参考文献 93

第6章 基于时频分析的泄漏检测与定位 95

6.1引言 95

6.2小波变换的基本原理 96

6.2.1 Mallat小波变换的定义 96

6.2.2利用小波变换检测信号边沿的原理 96

6.3基于小波变换的泄漏检测与定位 98

6.3.1基于小波变换的泄漏检测 98

6.3.2基于小波变换的泄漏定位 99

参考文献 102

第7章 基于模式识别和图像处理的泄漏检测与定位 103

7.1支持向量机的基本概念 103

7.2基于支持向量机的泄漏检测与定位 106

7.2.1基于支持向量机的泄漏检测方法 106

7.2.2基于图像边缘检测的泄漏定位方法 111

7.3基于图像处理的泄漏检测与定位 118

7.3.1基于主元分析的泄漏检测方法 118

7.3.2基于非负矩阵因子分解的泄漏检测方法 122

7.3.3基于最大互信息的泄漏定位方法 125

参考文献 130

第8章 管网的泄漏检测与定位 132

8.1基于模式识别的管网泄漏检测 132

8.1.1基本思路 132

8.1.2泄漏检测 133

8.2基于模式识别的管网泄漏定位 133

8.3仿真实验 136

参考文献 138

第9章 基于声波信号的泄漏检测与定位 140

9.1引言 140

9.2泄漏声波的产生 141

9.2.1泄漏开始阶段——冲激波声源产生的声压 141

9.2.2泄漏持续阶段——活塞声源产生的声压 141

9.3管道中泄漏声波的传播模式 142

9.3.1管道声学方程 142

9.3.2管内液体中的纵波 144

9.3.3管壁中的纵波 145

9.4管内声波频率响应分析 145

9.4.1管内频率响应的机理分析 145

9.4.2管内频率响应辨识 146

9.4.3仿真结果及分析 146

9.4.4实验验证 148

9.5基于Duffing振子的声波信号检测 150

9.5.1 Duffing振子简介 150

9.5.2基于Duffing振子的周期信号检测 154

9.5.3基于Duffing振子的天然气管道泄漏检测 155

参考文献 157

第三篇 流体输送管道泄漏检测系统 163

第10章 流体输送管道泄漏检测系统的组成 163

10.1系统的体系结构 163

10.1.1系统的拓扑结构 163

10.1.2系统的网络结构 164

10.2系统的软件结构 167

10.2.1 RTU程序 168

10.2.2服务器程序 168

10.2.3远程客户端程序 169

10.3远程数据单元 169

10.4数据通信 169

10.5 GPS对时 169

参考文献 170

第11章 管道泄漏检测系统的性能评价 171

11.1一般故障诊断系统的性能评价 171

11.2管道泄漏检测系统的性能指标 172

11.2.1泄漏检测灵敏度 172

11.2.2泄漏点的定位精度 174

11.2.3抗工况扰动能力 177

11.2.4系统响应时间 180

11.2.5影响系统性能的其他因素 181

11.2.6性能指标认知上的问题 181

11.3通过信息融合提高定位精度 182

11.4最小可检测泄漏量的分析与计算 185

11.4.1泄漏点压力变化与泄漏量的计算 186

11.4.2负压波的传播过程 187

11.4.3最小可检测泄漏量的计算 193

11.4.4泄漏灵敏点的分析 196

参考文献 198

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