基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置及方法，属于输油管道检测技术领域，利用KPCA核主元分析，对输油管道存在非线性关系的数据进行有效降维，大大减少主元变量个数；采用KPCA-RBF神经网络曲线拟合的方式来进行泄漏流量的估计，避免求解高阶方程组，提高泄漏流量估计的准确度和精度；此外，将影响泄漏流量的信息作为系统输入，能有效适应复杂多变的环境，提高泄漏流量估计方法的实用性；本发明专利技术采用FPGA+DSP架构，相对于单FPGA或单DSP系统，FPGA+DSP系统具有更高的运算处理能力；FPGA+DSP架构同时具备FPGA实时性好和DSP开发难度低的优点，减少了开发周期和技术风险，并且更适用于实时数据处理，系统功能划分明确，大大提高系统整体性能指标。

【技术实现步骤摘要】
基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置及方法
本专利技术属于输油管道检测
，具体涉及一种基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置及方法。
技术介绍
管道运输是一种非常重要的运输方式，对国民经济发展起着重要作用。随着管道输送工业的发展，大部分输油管道已服役二十年以上，其中不可避免的老化程度严重，加上一些其他自然原因引起的输油管道的腐蚀与破坏，尤其是人为的盗油事件屡见不鲜，管道泄漏现象频频发生。准确地判断泄漏流量的大小，对于控制事故发生的概率及严重程度、制定合理有效的应急救援措施具有十分重要的意义。目前主要的泄漏流量估计方法是基于管道泄漏模型，通过求解连续性方程和动量方程的数值解，或者利用计算机进行仿真，得到泄漏流量的估计值，这种方法建模简单、操作简便，但是基于模型法求解过程复杂，求解出的泄漏流量准确度和精度较低，并且由于模型过于理想化，难以适应复杂多变的环境。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术提出一种基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置及方法，以达到有效的降低系统模型求解的复杂度，以及提高泄漏流量估计值的准确度和精度的目的。一种基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置，该装置包括压力传感器、流量传感器、密度传感器、温度传感器、多路开关、信号放大电路、Α/D转换器、FPGA、DSP控制器和上位机，其中，压力传感器:用于测量输油管道首端和末端的内部压力值，并把测量值发送至多路开关；流量传感器:用于测量输油管道首端和末端的内部流量值，并把测量值发送至多路开关；密度传感器:用于测量输油管道内部的密度值，并把测量值发送至多路开关；温度传感器:用于测量输油管道内部的温度值，并把测量值发送至多路开关；多路开关:用于选择所需采集的信号，并把信号发送至信号放大电路；信号放大电路:用于对采集的信号值进行放大并发送至Α/D转换器中；Α/D转换器:用于对采集的信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至FPGA中；FPGA:用于判断采集的信号是否超出各自设定的阈值范围，并将超出阈值范围的数据存储至FPGA与DSP控制器的共享中；DSP控制器:用于对历史数据的训练样本集和待拟合样本集进行KPCA核主元分析降维，并将新的待拟合样本集内部的每组历史数据作为RBF神经网络的输入，将历史泄漏流量样本作为RBF神经网络输出，进行训练构建RBF神经网络；并将实时测量样本集进行KPCA核主元分析降维，将降维后的实时测量样本集作为训练好的RBF神经网络的输入，获得输油管道泄漏流量估计值；上位机:用于显示实时估计的结果。所述的压力传感器的输出端、流量传感器的输出端、密度传感器的输出端和温度传感器的输出端均连接多路开关的输入端，多路开关的输出端连接信号放大电路的输入端，信号放大电路的输出端连接Α/D转换器的输入端，Α/D转换器的输出端连接FPGA的输入端，FPGA的第一输出端连接DSP控制器的输入端，FPGA的第二输出端连接多路开关的控制端，FPGA的第三输出端连接上位机的输入端。 采用基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置进行的估计方法，包括以下步骤:步骤1、将输油管道泄漏时的历史数据进行归一化处理，并将历史数据分为训练样本集和待拟合样本集，所述的历史数据包括输油管道首端压力、输油管道末端压力、输油管道内部密度、输油管道内部温度、介质黏度、介质的雷诺数、管道截面积、管道的粗糙度和泄漏点的位置；所述的训练样本集和待拟合样本集均为列数为历史数据组数，行数为历史数据种数的矩阵；训练样本集内部历史数据组数小于待拟合样本集内部历史数据组数；步骤2、对训练样本集和待拟合样本集进行KPCA核主元分析降维，具体如下:步骤2-1、确定核函数，并对该核函数进行中心化处理；计算核函数K (Xi，χ)的公式如下:K(X^X) = a KpUi, χ) +β KrUi, χ) (I)其中，Kp(Xi, χ)表示多项式核函数，KpUi, χ) = (Xi.x+l)d ；Kr(Xi, χ)表示高斯核 -!I r - r I!2函数，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于KPCA‑RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置，其特征在于，该装置包括压力传感器、流量传感器、密度传感器、温度传感器、多路开关、信号放大电路、A/D转换器、FPGA、DSP控制器和上位机，其中，压力传感器：用于测量输油管道首端和末端的内部压力值，并把测量值发送至多路开关；流量传感器：用于测量输油管道首端和末端的内部流量值，并把测量值发送至多路开关；密度传感器：用于测量输油管道内部的密度值，并把测量值发送至多路开关；温度传感器：用于测量输油管道内部的温度值，并把测量值发送至多路开关；多路开关：用于选择所需采集的信号，并把信号发送至信号放大电路；信号放大电路：用于对采集的信号值进行放大并发送至A/D转换器中；A/D转换器：用于对采集的信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至FPGA中；FPGA：用于判断采集的信号是否超出各自设定的阈值范围，并将超出阈值范围的数据存储至FPGA与DSP控制器的共享中；DSP控制器：用于对历史数据的训练样本集和待拟合样本集进行KPCA核主元分析降维，并将新的待拟合样本集内部的每组历史数据作为RBF神经网络的输入，将历史泄漏流量样本作为RBF神经网络输出，进行训练构建RBF神经网络；并将实时测量样本集进行KPCA核主元分析降维，将降维后的实时测量样本集作为训练好的RBF神经网络的输入，获得输油管道泄漏流量估计值；上位机：用于显示实时估计的结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置，其特征在于，该装置包括压力传感器、流量传感器、密度传感器、温度传感器、多路开关、信号放大电路、A/D转换器、FPGA、DSP控制器和上位机，其中， 压力传感器:用于测量输油管道首端和末端的内部压力值，并把测量值发送至多路开关; 流量传感器:用于测量输油管道首端和末端的内部流量值，并把测量值发送至多路开关; 密度传感器:用于测量输油管道内部的密度值，并把测量值发送至多路开关； 温度传感器:用于测量输油管道内部的温度值，并把测量值发送至多路开关； 多路开关:用于选择所需采集的信号，并把信号发送至信号放大电路； 信号放大电路:用于对采集的信号值进行放大并发送至A/D转换器中； A/D转换器:用于对采集的信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至FPGA中；FPGA:用于判断采集的信号是否超出各自设定的阈值范围，并将超出阈值范围的数据存储至FPGA与DSP控制器的共享中； DSP控制器:用于对历史数据的训练样本集和待拟合样本集进行KPCA核主元分析降维，并将新的待拟合样本集内部的每组历史数据作为RBF神经网络的输入，将历史泄漏流量样本作为RBF神经网络输出，进行训练构建RBF神经网络；并将实时测量样本集进行KPCA核主元分析降维，将降维后的实时测量样本集作为训练好的RBF神经网络的输入，获得输油管道泄漏流量估计值； 上位机:用于显示实时估计的结果。2.根据权利要求1所述的基于KPCA-RBF曲线拟合的输油管道泄漏流量估计装置，其特征在于，所述的压力传感器的输出端、流量传感器的输出端、密度传感器的输出端和温度传感器的输出端均连接多路开关的输入端，多路开关的输出端连接信号放大电路的输入端，信号放大电路的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接FPGA的输入端，FPGA的第一输出端连接DSP控制器的输入端，FPGA的第二输出端连接多路...

【专利技术属性】
技术研发人员：马大中，张化光，刘金海，汪刚，冯健，吴振宁，陈琛，屈纯，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21