基于粒子滤波的输油管道泄漏检测与定位

发布时间：2024-04-26 01:39

　　管道是运输石油资源的主要手段。近年来,由于管材老化、盗油打孔等导致的管道泄漏事故不断增加,造成了大量的经济损失和人员伤亡。因此,对管道泄漏点进行快速、准确的定位,是确保管道安全运行亟待解决的关键问题。首先,建立了管道数学模型,并使用特征线法求取了该模型的数值解。为提升数学模型计算精度,在建模过程中考虑了高程和摩阻系数对管道流体的影响。为使用粒子滤波实现管道状态估计,将数学模型改写为状态空间方程形式。使用TLNET搭建管道仿真平台,获取管道泄漏的仿真实验数据,使用Matlab对管道数学模型进行模拟计算,通过与仿真实验数据对比的方式验证了数学模型的有效性。其次,基于所建立的状态空间方程,设计粒子滤波算法对管道进行状态估计,并以质量平衡原理实现管道泄漏检测。提出一种预设泄漏节点,通过二次分段和粒子滤波估计实现泄漏定位的方法,能够以较低的计算量实现对管道泄漏的定位。为进一步提升泄漏定位精度,使用自举裂变粒子滤波的思想实现泄漏量的估计。多次仿真结果表明,所提出方法作为一个一般性或普适性的状态估计法,可以对小泄漏实现检测与定位,同时相对定位误差低于1%。最后,针对状态估计法对硬件设备要求较高导致的...

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【部分图文】：

图1.1山东潍坊输油管道泄漏事故截止至年，全球的石油基于管道运输，总里程约为万公里

西安建筑科技大学硕士学位论文2图1.1山东潍坊输油管道泄漏事故截止至2016年，全球85%的石油基于管道运输，总里程约为270万公里。我国的输油管道约有6万公里，并有55%左右的管道使用时长高达30~40年，自然老化破损的概率逐年增高。近年来，人为盗采的频率也呈上升趋势[8]。综....

图2.1基于牛顿第二定律的隔离体受力示意图

西安建筑科技大学硕士学位论文14图2.1基于牛顿第二定律的隔离体受力示意图根据图2.1，管道瞬态流动时主要作用力有：沿z方向横截面的压力差()()PAPAPAzz+；介质在圆形管道受到的剪力0Dz；圆形管道表面压力投影在z方向的作用力()2PzAPzzz；管道输送介质的重力在z方....

图2.2基于质量守恒定律的隔离示意图

西安建筑科技大学硕士学位论文15图2.2基于质量守恒定律的隔离示意图根据质量守恒定律可以得到：()()=AVAzzzt（2-3）将式（2-3）展开后化简，并忽略高阶无穷小量z，可得：2=0sVdPazdt（2-4）其中，sa为管道瞬态流动时产生的压力波波速（m/s），可以通过管道....

图2.3基于特征线法的差分计算网格

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本文编号：3964528