本發(fā)明涉及一種用于排水管道堵塞故障的檢測裝置的檢測方法，屬于管道故障檢測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

排水管道堵塞是一種影響管道正常運行的故障。許多堵塞在初期只是小堵或者半堵，容易被檢察人員忽略，最后造成堵塞面積擴大，不僅會造成管道無法正常供水，還有可能帶來安全問題。由于城市排水管道大都深埋地下且線路復(fù)雜，導(dǎo)致堵塞故障檢測困難。因此根據(jù)實際情況，急需一種可以適應(yīng)復(fù)雜管道工況并且可以有效檢測地下管道堵塞故障的方法。

管道的故障檢測有多種方法。目前常用的管道的故障研究方法，有紅外線照相法、質(zhì)量平衡法、負(fù)壓波法、示蹤氣體探蹤法等。但是由于一些故障檢測方法只能在特定的情況下使用，并且檢測方式比較復(fù)雜，所以并不適用于排水管道的檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決排水管道堵塞故障檢測的問題，本發(fā)明提供了一種用于排水管道堵塞故障的檢測裝置的檢測方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于排水管道堵塞故障的檢測裝置的檢測方法，所述方法具體步驟如下：

s1、安裝排水管道堵塞故障的檢測裝置；

s2、選擇已知的管道無故障段進行檢測，計算機控制聲卡產(chǎn)生的信號x(t)經(jīng)功率放大器、揚聲器通過水聽器接收，計算機從接收端獲得正常管道的信號y1(t)；

s3、在上述已知的管道無故障段人為的放置堵塞物，計算機控制聲卡產(chǎn)生的信號x(t)經(jīng)功率放大器、揚聲器通過水聽器接收，計算機從接收端獲得堵塞管道的數(shù)據(jù)y2(t)；

s4、獲取排水管道兩種工況中的聲響應(yīng)信號g(t)，計算方法為其中水聽器采集到的管道聲信號為y(t)，聲卡發(fā)射的正弦信號為x(t)；根據(jù)響應(yīng)信號計算方法，分別得到正常管道的響應(yīng)信號和堵塞管道響應(yīng)信號

s5、分別對正常管道、堵塞管道下的聲響應(yīng)信號g1(t)和g2(t)進行l(wèi)md分解，分解后將分別得到n個pf分量和一個殘余分量un(t)；分解結(jié)果為

s6、采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)方法分別計算正常管道、堵塞管道各個pf分量與原信號的相關(guān)系數(shù)，對于相關(guān)系數(shù)超過15％的分量視為有效pf分量信號；

s7、分別計算正常管道、堵塞管道有效pf分量的能量熵指標(biāo)、近似熵指標(biāo)、平均聲壓指標(biāo)，將三種指標(biāo)的提取結(jié)果作為特征集合；

s8、將步驟s7中得到的特征集合利用k-foldcrossvalidation方法尋求最優(yōu)參數(shù)；

s9、重復(fù)步驟s4～步驟s7，采用step8中已經(jīng)訓(xùn)練好參數(shù)的svm分類器對管道的其他段進行故障識別。

所述排水管道堵塞故障的檢測裝置包括聲卡、功率放大器、揚聲器、水聽器組、濾波器、兩根收縮桿以及一臺安裝有winmls軟件的計算機；

所述收縮桿ⅰ從下水井蓋伸入至井底，水下?lián)P聲器固定在收縮桿ⅰ的底端，收縮桿ⅰ的地面端連接功率放大器，收縮桿ⅱ從下水井蓋伸入至井底，水聽器組安放在收縮桿ⅱ底端，收縮桿ⅱ的地面端通過濾波器連接計算機；計算機控制聲卡產(chǎn)生的信號經(jīng)功率放大器放大，放大后的信號經(jīng)過內(nèi)置導(dǎo)線的收縮桿ⅰ，經(jīng)由揚聲器發(fā)送到排水管道中；水聽器組接收管道內(nèi)的聲信號經(jīng)由內(nèi)置導(dǎo)線的收縮桿ⅱ傳至濾波器進行濾波，將濾波后的信號輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)處理。

本發(fā)明的有益效果是：

1.克服了傳統(tǒng)檢測在排水管道故障檢測的劣勢，可以在工程人員不下管道的情況下，進行故障檢測。本實驗檢測裝置簡單，打開一個井蓋即可進行管道堵塞故障的排查。

2.主動檢測方法用于排水管道故障檢測，可以比傳統(tǒng)被動檢測方法更好的凸顯管道的故障情況。

3.檢測方法提取了信號三種特征，彌補了單個特征故障提取不足的情況，可以更全面的反映管道的特性，達到比傳統(tǒng)單一故障提取方式更加可靠地提取結(jié)果。本方法經(jīng)過交叉尋優(yōu)確定分類器參數(shù)，比起傳統(tǒng)按照經(jīng)驗確定參數(shù)更加的科學(xué)可靠。

綜上所述，本發(fā)明基于排水管道故障檢測的實際情況，引入聲學(xué)主動檢測方法，整個檢測裝置可以在工程人員不下管道的情況下，提取排水管道的檢測信號進行故障識別，方便了檢測流程。本發(fā)明提出的檢測方法，進行了故障多特征提取與分類器參數(shù)尋優(yōu)，提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。

附圖說明

圖1為一種排水管道堵塞故障的檢測裝置設(shè)計圖；

圖2為一種排水管道堵塞故障的檢測方法流程圖；

圖3為0.1s的正常管道時域波形；

圖4為0.1s的堵塞管道時域波形；

圖5為正常管道lmd分解結(jié)果；

圖6為堵塞管道lmd分解結(jié)果；

圖7為正常管道和堵塞管道的相關(guān)性提取結(jié)果；

圖8為特征提取結(jié)果，其中類型1為正常管道，類型2為堵塞管道；

圖9為基于k-cv方法得到的svm參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果。

具體實施方式

實施例1：一種用于排水管道堵塞故障的檢測裝置的檢測方法，使用英國布拉德福德大學(xué)管道實驗室數(shù)據(jù)進行實例驗證。

實驗裝置如附圖1所示。

提取信號：實驗流程如附圖2所示。檢測之前，為了獲得正常管道和堵塞管道兩種工況下的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，選擇一段管道無故障段進行檢測，計算機獲得正常管道的訓(xùn)練信號，如圖3所示。然后在這段正常的管道當(dāng)中人為放置障礙物，進行檢測，獲得堵塞管道的訓(xùn)練信號，如圖4所示。

選擇特征分量信號：將兩種工況下的信號輸入到matlab中進行分析，一組聲學(xué)響應(yīng)信號如附圖5、6所示。然后對訓(xùn)練使用的正常管道信號和堵塞管道信號進行l(wèi)md分解，并且選擇信號相關(guān)系數(shù)超過15％的分量信號作為特征分量信號。如：一組信號的相關(guān)性提取結(jié)果如圖7所示，由圖7可見，僅有前三個分量相關(guān)性超過15％，即選取前三個分量進一步提取特征。

特征提取：進而進行信號的特征提取過程，對特征分量進行特征提取，提取其能量熵、近似熵、平均聲壓三個指標(biāo)，將提取結(jié)果聯(lián)合作為特征集合，部分結(jié)果如圖8所示。

訓(xùn)練分類器：利用k-foldcrossvalidation方法尋求最優(yōu)參數(shù)，具體過程為，將特征集合平均分為k組，每組分別做一次分類測試組，剩下的k-1組作為分類訓(xùn)練組；經(jīng)過如此k次交叉迭代，就會得到k個分類模型；用這k個模型中分類準(zhǔn)確性最高的那個模型所對應(yīng)的svm的兩個參數(shù)c和g作為最終的svm的分類指標(biāo)。至此完成整個管道故障識別過程中的訓(xùn)練樣本準(zhǔn)備和分類器訓(xùn)練準(zhǔn)備。

進行svm的參數(shù)尋優(yōu)，得到最優(yōu)svm的最優(yōu)分類參數(shù)，尋優(yōu)結(jié)果如圖9所示。根據(jù)實例，將特征集合分為10組，每一組分別作為一次訓(xùn)練組，其余9組作為測試組，最終由特征集合訓(xùn)練出來10個svm分類模型。10個分類模型中，分類準(zhǔn)確率最高的為97.8261％，準(zhǔn)確率最高的分類器所對應(yīng)的分類參數(shù)為c＝6.9644與g＝2.2974，至此分類器訓(xùn)練完畢。確定本實施例的svm分類器的分類參數(shù)為c＝6.9644與g＝2.2974。

檢測其余未知狀況管道段：最后實驗人員檢測其余未知狀況的管道段，并且重復(fù)檢測過程，并且輸入到分類參數(shù)為c＝6.9644與g＝2.2974的svm分類器中進行故障識別，完成檢測過程。

如圖1所示，具體實施時，僅需要打開地面的下手道井蓋，將兩個收縮桿伸入井內(nèi)。兩根收縮桿同時深入管道并觸底，兩根桿保持8-15cm的距離，且固定有水下?lián)P聲器的收縮桿ⅰ要放置于固定有水聽器的收縮桿ⅱ前(揚聲器放于水聽器前，為了水聽器主要接收的是管道的回聲)。水下?lián)P聲器型號選用威沙通公司(德國)的k50wp型號。兩個水聽器為上下放置。選用的水下聽音器型號為由傳感器技術(shù)有限公司(加拿大)生產(chǎn)的sq31型號水聽器。收縮桿內(nèi)核為金屬導(dǎo)體，外殼為絕緣體，可傳遞信號。檢測時，由裝有winmls軟件的計算機控制聲卡產(chǎn)生一個10秒的正弦掃頻聲信號，信號的頻率范圍為100-6000赫茲。聲卡產(chǎn)生的聲信號需經(jīng)過功率放大器進行放大。選用的功率放大器為巴哈曼-克萊默公司(德國)生產(chǎn)的2708型號的功率放大器，功率放大器驅(qū)動水下?lián)P聲器發(fā)聲。水下?lián)P聲器工作后，水聽器即為接收狀態(tài)。水聽器連接濾波器，選用kemovbf10m濾波器進行濾波，將信號頻率范圍控制為100-4000赫茲后輸入到計算機當(dāng)中進行后續(xù)處理。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。