【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于管道检测与噪声处理，具体涉及一种管道泄漏检测方法及巡检小车。
技术介绍
1、管道运输因具有较好的稳定性、经济性和高效性，已经成为当今各个国家和地区主要的油气输送方法。近年来，随着管道运输行业的快速发展，管道泄漏事故也层出不穷。管道泄漏事故一旦发生，往往会伴随着严重的人员伤亡、财产损失和坏境破坏，危害极大。因此，做好管道的检测管理极其重要，而泄漏检测作为管道安全管理的重要手段，能有效防止泄漏事故。
2、管道泄漏的检测技术可分为基于硬件的方法和基于软件的方法。在基于硬件的方法中，由于声波法相比其他方法具有快速、灵敏度高、漏点定位准确、误报警率低等优点，是最有效、最实时、最在线的检漏方法，成为了泄漏检测和定位方法的研究热点，但由于受到泄露音传播距离的限制，若要对长距离的输送管道进行泄漏检测，则需按一定间隔安装大量声波传感器，导致相应的设备成本很高。且泄漏诊断系统的效果取决于去噪算法。许多去噪方法对平稳噪声的抑制效果显著。由于泄漏的连续和稳定状态，泄漏信号是平稳的，但应用场景中的背景噪声信号是非平稳的，这使得这些去噪方法很难应用到工业环境中。在基于软件的方法中，神经网络方法发展迅速，其检测技术更加智能化和自动化，可以自动识别和读取检测数据，泄漏点自动判断和预警的错误率将更低，目前运用了很多基于人工特征工程的机器学习方法(例如：支持向量机、马尔科夫链等)用于燃气管道泄漏检测，取得了不错的成效。但是在复杂的工业环境中，原始音频中包含大量冗余信息，使得人为提取特征变得困难和具有挑战性。此外，特征提取依赖于先验知识，并
3、因此，在实际的工程运用中，亟需一种能有效去除应用场景中的背景噪声，无需人工提取特征，计算机自适应提取不同工业环境的不同特征，可实施性强，成本低，泄露识别准确率高，定位响应迅速，定位精度高，智能化与自动化程度更好，能运用于各种复杂工业坏境的管道泄漏检测方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种管道泄漏检测方法及巡检小车，有效去除应用场景中的背景噪声并自适应提取数据特征，以提高管道泄漏检测的准确性。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供了一种基于优化的变分模态分解算法与基于senet注意力机制的卷积神经网络联用的管道泄漏智能巡检小车，包括电机驱动模块、电源模块、数据采集模块、主控制模块、超声波模块、无线通信模块、终端控制模块。
4、电机驱动模块用于控制小车的运动方向与运动轨迹；电源模块用于向电机驱动模块供电；主控制模块内置泄露音识别算法与声音定位算法，连接电机驱动模块、超声波模块、数据采集模块，主控制器模块和终端控制模块通过无线通信模块连接；数据采集模块用于收集环境中的音频数据，由主控制模块对音频数据进行处理、识别，并发送控制信号给电机驱动模块控制小车运动；超声波模块检测小车运动过程中前方障碍物的具体位置，实现小车自主避障功能，实现小车对指定管道区域进行泄露及其泄露严重程度识别、智能巡检的功能；终端控制模块用于接收主控制模块发送的泄露检测信息。
5、在一些可选的实施方案中，电机驱动模块包括l298n直流电机驱动模块、底盘、4个车轮与4个电机，车轮与电机分别位于小车底盘的左上、左下、右上、右下四个方位，每个电机都连接了对应的车轮，并都与l298n直流电机驱动模块相连接，组成了全驱动的电机驱动模块，控制小车的运动方向与运动轨迹。
6、在一些可选的实施方案中，电源模块安装在小车顶部的后方，所用的电源为7.2v、2a/h的可充电镍镉蓄电池，对电机驱动模块进行供电。
7、在一些可选的实施方案中，数据采集模块用于收集环境中的音频数据，并对音频数据进行滤波处理，获得高质量的6通道音频数据，其中4个麦克风4个单通道，还有一个由4个麦克风声音的合并通道以及合并后的通过傅里叶的降噪通道，由主控制模块的优化的vmd进行降噪处理，并通过自主搭建的基于senet注意力机制的卷积神经网络模型进行训练，完成管道泄漏以及泄露严重程度识别，同时当识别出发生泄露时，由主控制模块的基于广义互相关(gcc-phat)的时延估计声音定位算法(tdoa)计算管道泄漏音频到达不同位置的麦克风传感器时间差，根据时间差定位声源位置，识别出泄漏声源的具体方向，并发出对应控制信息；由所述电机驱动模块控制小车向泄露声源的方向转动前进，从而实现对管道泄漏位置的定位与检测。
8、在一些可选的实施方案中，数据采集模块为圆形麦克风阵列(respeakermicarrayv2.0)，包括4个高性能数字麦克风(stmp34dt01-m)、12个可编程rgbled指示灯、usb端口、wm8960低能耗立体声编解码器、xmosxvf-300、3.5mm耳机插孔。所述xmosxvf-300集成了先进的dsp算法，包括回声消除(aec)、波束成形、去混响、噪声抑制和增益控制；所述圆形麦克风支持远场语言捕获、灵敏度为-26dbfs(全向)、声学过载点为120dbspl、信噪比为61db、功耗为5v/180ma、最大采样率为16khz。4个高性能数字麦克风固定的分布在圆形麦克风阵列前、后、左、右四个方位，以圆形麦克风阵列的圆心为原点o建立三维笛卡尔坐标系，设声源点为p，p的空间位置为(x,y,z)，声源点p到麦克风m1、m2、m3的距离分别为r1、r2、r3，声源点p到坐标系原点o的距离为r，四个麦克风到阵列圆心的距离都为d，则四个麦克风三维坐标点为m1(d,0,0)、m2(0,-d,0)、m3(-d,0,0)、m4(0,d,0)，其中θ、ψ分别为声源点到水平线的仰角和水平方位角，c为音频传播速度，τ12为声源点到麦克风m1与声源点到麦克风m2的时间差，τ13为声源点到麦克风m1与声源点到麦克风m3的时间差，τ14为声源点到麦克风m1与声源点到麦克风m4的时间差；
9、声源的坐标(x,y,z)、仰角θ、方位角ψ可由下列方程组解出：
10、
11、
12、
13、在一些可选的实施方案中，主控制模块其内置泄露识别算法首先将音频数据进行优化后的变分模态分解算法(vmd)处理，获取有效低频分量制作成对应时频图，在通过由大量泄露音数据训练的自主搭建的基于senet注意力机制的卷积神经网络模型进行泄露及其泄露严重程度识别。
14、变分模态分解算法(vmd)是一种自适应、完全非递归的模态变分和信号处理的方法。vmd的核心思想是构建和求解变分问题。约束条件为该原始信号能够分解为k个具有中心频率与相对应带宽的模态分量、各模态的估计带宽之和最小、所有模态之和与原始信号相等。基于以上约束条件构造约束变分表达式，求解该式可将原始音频数据分解为k个不同频率区间的模态分量。
15、则相应约本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管道泄漏检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的管道泄漏检测方法，其特征在于，构建基于SENet注意力机制的卷积神经网络模型，包括：
3.根据权利要求1所述的管道泄漏检测方法，其特征在于，管道泄漏检测包括泄漏状态以及泄露严重程度检测。
4.一种用于实现权利要求1至3中任意一项所述的管道泄漏检测方法的巡检小车，其特征在于，包括：小车、电机驱动模块、电源模块、数据采集模块、主控制模块、超声波模块、无线通信模块和终端控制模块；
5.根据权利要求4所述的巡检小车，其特征在于，电机驱动模块包括直流电机驱动模块、底盘、4个车轮与4个电机；车轮与电机分别位于小车底盘的左上、左下、右上、右下四个方位，每个电机都连接对应的车轮，并都与直流电机驱动模块相连接，组成全驱动的电机驱动模块，控制小车的运动方向与运动轨迹。
6.根据权利要求4所述的巡检小车，其特征在于，当检测到管道发生泄露时，由主控制模块利用基于广义互相关时延估计的声音定位算法计算管道泄漏音频到达不同位置的麦克风传感器时间差，根据时间差定位声源位
7.根据权利要求6所述的巡检小车，其特征在于，数据采集模块为圆形麦克风阵列，包括4个高性能数字麦克风M1、M2、M3和M4；所述4个高性能数字麦克风固定的分布在圆形麦克风阵列前、后、左、右四个方位，以圆形麦克风阵列的圆心为原点O建立三维笛卡尔坐标系，设声源点为P，P的空间位置为(x,y,z)，声源点P到麦克风M1、M2、M3的距离分别为r1、r2、r3，声源点P到坐标系原点O的距离为r，四个麦克风到阵列圆心的距离都为d，则四个麦克风三维坐标点为M1(d,0,0)、M2(0,-d,0)、M3(-d,0,0)、M4(0,d,0)，其中θ、ψ分别为声源点到水平线的仰角和水平方位角，C为音频传播速度，τ12为声源点到麦克风M1与声源点到麦克风M2的时间差，τ13为声源点到麦克风M1与声源点到麦克风M3的时间差，τ14为声源点到麦克风M1与声源点到麦克风M4的时间差；
8.根据权利要求4所述的巡检小车，其特征在于，超声波模块包括舵机和超声波传感器；超声波传感器包括两个超声波探头，分别用于发射和接收超声波；舵机可旋转，通过旋转实现超声波模块的多方向探测。
9.根据权利要求4所述的巡检小车，其特征在于，无线通信模块为WIFI通信模块。
10.根据权利要求4所述的巡检小车，其特征在于，主控制模块为RaspberryPi4B开发板。
...【技术特征摘要】
1.一种管道泄漏检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的管道泄漏检测方法，其特征在于，构建基于senet注意力机制的卷积神经网络模型，包括：
3.根据权利要求1所述的管道泄漏检测方法，其特征在于，管道泄漏检测包括泄漏状态以及泄露严重程度检测。
4.一种用于实现权利要求1至3中任意一项所述的管道泄漏检测方法的巡检小车，其特征在于，包括：小车、电机驱动模块、电源模块、数据采集模块、主控制模块、超声波模块、无线通信模块和终端控制模块；
5.根据权利要求4所述的巡检小车，其特征在于，电机驱动模块包括直流电机驱动模块、底盘、4个车轮与4个电机；车轮与电机分别位于小车底盘的左上、左下、右上、右下四个方位，每个电机都连接对应的车轮，并都与直流电机驱动模块相连接，组成全驱动的电机驱动模块，控制小车的运动方向与运动轨迹。
6.根据权利要求4所述的巡检小车，其特征在于，当检测到管道发生泄露时，由主控制模块利用基于广义互相关时延估计的声音定位算法计算管道泄漏音频到达不同位置的麦克风传感器时间差，根据时间差定位声源位置，识别出泄漏声源的具体方向，并发出对应控制信息，由电机驱动模块控制小车向泄露声源的方向转动前进，实现对管道泄漏位置的定位与检测。
7.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李开源，陈伟，杨云彭，邹嫣嫣，南帅，屠金萍，付嘉，易琳琳，肖飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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