【摘 要】
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管道运输作为一种重要的能源运输方式,随着管道年限和建设里程数越来越大,管道泄漏状况也越来越多,为了减少管道发生泄漏后产生的经济损失和降低对环境的破环,建立管道泄漏监测系统对管理和监控管道运行状况十分有必要。本文根据管道泄漏产生的负压波信号特征提出了一种基于变分模态分解的泄漏信号降噪算法,并设计和研发了一套基于STM32的管道泄漏监测系统。主要研究内容如下:通过对负压波信号的特征进行分析可知,噪声会
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管道运输作为一种重要的能源运输方式,随着管道年限和建设里程数越来越大,管道泄漏状况也越来越多,为了减少管道发生泄漏后产生的经济损失和降低对环境的破环,建立管道泄漏监测系统对管理和监控管道运行状况十分有必要。本文根据管道泄漏产生的负压波信号特征提出了一种基于变分模态分解的泄漏信号降噪算法,并设计和研发了一套基于STM32的管道泄漏监测系统。主要研究内容如下:通过对负压波信号的特征进行分析可知,噪声会影响泄漏定位的精度和可靠性,为了提高对信号噪声的处理效果,由于变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）算法良好的噪声鲁棒性和低频非平稳信号的处理能力,选择VMD对泄漏信号进行处理具备特殊的优势,并对管道泄漏监测系统中应用的技术进行详细分析与介绍。本文采用VMD对信号进行分解,得到若干个模态分量（Intrinsic Mode Functions,IMF）,然后通过引入统计学中CUSUM型均值变点检测的方法区分有效IMF和噪声IMF。并利用小波阈值去噪方法对噪声IMF构成的信号进行处理,最后将得到的去噪后信号与有效IMF进行信号重构,获得最终的信号。通过与VMD结合互相关系数、自相关函数和小波分析的方法分别进行对比分析,实验结果表明本文提出的算法在降噪能力上有更好的效果。本文设计一套基于STM32的管道泄漏监测系统,该系统主要由下位机和上位机两部分组成,下位机的节点控制器由传感器接口模块、电源模块、核心控制芯片模块和无线通信模块等组成,而上位机则由Web服务器、MQTT服务器（云服务器）、Web Socket服务器、My SQL服务器和Web端浏览器构成管道泄漏监测系统平台。首先下位机中节点控制器将采集的压力数据通过无线通信模块将数据传输至上位机,上位机中的MQTT服务器接收到数据后通过Web服务器和Web Socket服务器将数据发送到Web端浏览器进行显示。本系统可通过访问浏览器达到远程监测和实时监控管道运行状况的效果,对管道泄漏监测相关领域有一定的参考价值。
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