CN104421620B - 泄漏信号分析方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定管道的泄漏概率的方法包括：从操作性耦合到管道的泄漏检测传感器分别接收管道的声压(dB)的第一信号数据和第二信号数据，第一信号数据和第二信号数据分别与第一持续时间和第二持续时间相关联。该方法还包括：计算第一信号数据针对第一持续时间的均方根(RMS)值；计算第二信号数据的RMS平均，其中，第二信号数据包括针对第二持续时间的多个RMS值；计算第二数字信号的RMS标准偏差；以及基于第一比较值超过RMS标准偏差的第一超出率来确定第一泄漏概率值，所述第一比较值基于第一信号数据的RMS值和第二信号数据的RMS平均来计算。

Description

泄漏信号分析方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月22日提交的申请号为10-2013-0099946的韩国专利申请的先前申请日的权益以及优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及泄漏信号分析方法，并且更具体地涉及基于从安装在管道中的泄漏检测传感器接收的数字信号来判断是否发生泄漏以及评估泄漏位置的泄漏信号分析方法。

背景技术

水管通常铺设在地下，用于将水供应至建筑物，并且根据破旧状态需要适当的维修。当水管位于地下时，对于破旧状态的检查通常不容易，破旧管道的泄漏可产生水的浪费。为了解决此问题，已经开发了各种漏水检测器。

韩国专利登记号10-0883446(2009年2月5日)公开了一种利用声音发射的破损检测系统和方法。所述破损检测系统和方法实时地检测工业设施的内部结构是否被损坏，有效地从地面上收集的声音发射信号消除不必要的噪声，并且分析所述声音发射信号。

韩国专利登记号10-1107085(2012年1月11日)公开了一种泄漏检测装置和方法。所述泄漏检测装置和方法通过经由从GPS接收器模块接收到的时间信息而执行同步来检测泄漏，并且通过无线地收集泄漏数据来检测泄漏。因此，所述泄漏检测装置和方法可以利用较少的泄漏检测传感器来覆盖大的范围，以减少安装成本。

所述现有技术总体上公开了经由对声音发射信号的分析来检测是否发生故障以及故障级别的技术。然而，所述现有技术并未公开关于如何判断是否发生泄漏的细节。

发明内容

本发明的实施例提出了一种能够基于管道的声波来判断是否发生泄漏的泄漏信号分析方法。

本发明的实施例提出了一种能够确保在基于管道的声波来判断是否发生泄漏时的可靠性的泄漏信号分析方法。

本发明的实施例提出了一种能够在管道中发生泄漏时基于多个传感器的经由管道传送的声波信息来评估泄漏位置的泄漏信号分析方法。

在一些实施例中，在泄漏信号分析服务器上执行泄漏信号分析方法。该方法包括从泄漏检测传感器接收管道的声压的第一数字信号和第二数字信号以储存第一数字信号和第二数字信号，第一数字信号和第二数字信号分别是针对第一特定持续时间和第二特定持续时间确定的，计算第一数字信号的均方根(RMS)值以及第二数字信号的RMS平均和RMS标准偏差，以及基于第一比较值超过RMS标准偏差的第一超出率来确定第一泄漏概率值，第一比较值基于数字信号的RMS值以及RMS平均来计算。

在一个实施例中，该方法还可以包括：获取第一数字信号的频率分布，以及基于第一数字信号在频率分布上的大小超过特定阈值的第二超出率来确定第二泄漏概率值。

在一个实施例中，该方法还可以包括确定与相关系数成反比的第三泄漏概率值，相关系数基于获取的频率分布和正常条件的预定频率分布来计算。

在一个实施例中，该方法还可以包括通过将加权值分配给第一至第三泄漏概率值来计算平均值，以及基于计算出的平均值来确定第四泄漏概率值。

在一个实施例中，确定第一泄漏概率值可以计算第一数字信号的RMS值与RMS平均之间相比于RMS标准偏差的第一相似度，并且可以基于参考概率值和计算出的第一相似度之差来确定第一泄漏概率值。

在一个实施例中，确定第二泄漏概率值还可以包括计算第三超出率的泄漏信号强度(LSI)平均和LSI标准偏差，第三超出率是第二数字信号超过特定阈值，以及基于第二相似度来确定第二泄漏概率值，第二相似度基于第一超出率和RMS平均相比于计算出的LSI标准偏差来计算。

在一个实施例中，确定第三泄漏概率值可以计算获取的频率分布和正常条件的预定频率分布之间的皮尔森相关系数，并且可以基于参考概率和皮尔森相关系数之差来确定第三泄漏概率值。

在一个实施例中，确定第一泄漏概率值还可以包括对第一和第二数字信号执行频率滤波。

在一个实施例中，该方法还可以包括通过将第一至第三泄漏概率值中的至少一个与针对第三特定持续时间确定的相对应的泄漏概率值的几何平均值比较来确定是否发生泄漏。

在一个实施例中，该方法还可以包括通过检查第四泄漏概率值是否超过特定参考值来判断在管道中是否发生泄漏，以及基于时间差来评估管道的泄漏位置，计算时间差基于泄漏发生时特定声压到达泄漏检测传感器时的第一时间与所述特定声压到达与所述泄漏检测传感器相邻的相邻泄漏检测传感器的第二时间。

在一个实施例中，评估泄漏位置还可以包括计算从泄漏检测传感器和相邻的泄漏检测传感器接收的管道的声压的数字信号之间的依时互相关系数，以及基于计算出的互相关系数来计算时间差。

这里，可以通过使用互相关函数来计算互相关系数。

在一个实施例中，其中评估泄漏位置可以基于计算出的时间差和依据管道类型的声速信息来评估泄漏位置。

在一个实施例中，其中评估泄漏位置可以计算数字信号在时间差期间的移动距离，以及可以基于第四比较值来评估泄漏位置，第四比较值基于计算出的移动距离以及泄漏检测传感器和相邻泄漏检测传感器之间的预定距离来计算。

在一个实施例中，其中接收管道的声压的数字信号还可以包括接收针对数字信号的特定持续时间的分析请求。

提供本发明内容是为了以简化的形式来介绍构思的选择，其在以下具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不旨在认定所要求保护主题的关键特征或必要特征。

本发明的实施例可以基于管道的声波来判断是否发生泄漏。

本发明的实施例可以确保基于管道的声波来判断是否发生泄漏时的可靠性。

本发明的实施例可以在管道中发生泄漏时基于多个传感器的经由管道传送的声压信息来评估泄漏位置。

附图说明

图1是示出泄漏信号分析系统的框图。

图2是示出图1的泄漏信号分析服务器的框图。

图3是示出图2的泄漏服务模块的框图。

图4是说明在泄漏信号分析服务器上执行的泄漏信号分析方法的一个示例实施例的流程图。

图5是说明在泄漏信号分析服务器上执行的泄漏信号分析方法的另一个示例实施例 的流程图。

图6是说明管道的声压在频域上的图。

图7(a)是示出互相关系数(cross correlation coefficient)相对于时间的图。

图7(b)是示出与水管耦接的传感器的图。

具体实施方式

本发明的说明仅是结构或功能说明的实施例，因此本发明的范围不应当被解释为限于实施例中说明的实施例。即，由于在不脱离实施例的特点的情况下可以用若干形式来实施实施例，因此还应当理解的是，描述的实施例不受前述描述的任何细节所限，除非另外指明，否则应该在所附权利要求中限定的范围内来广义地解释。因此，落入权利要求范围内的各种变化和修改或该范围的等同形式旨在被包含在所附权利要求中。

本公开中描述的术语可以被理解如下。

当诸如“第一”和“第二”等术语可用于描述各种部件时，这些部件不应被理解为受限于上述术语。上述术语是用于区分一个部件与另一个部件。例如，在不脱离本发明的权利的范围的情况下，第一部件可以被称作为第二部件，同样地第二部件可以被称作为第一部件。

将理解的是，当一个元件被称作为与另一个元件“连接”时，其可以与另一个元件直接连接，或还可以存在中间元件。相反，当一个元件被称作为与另一个元件“直接连接”时，不存在中间元件。另外，除非明确具有相反性描述，否则词语“包括”及其变型将被理解成表明包括所陈述的元件，但也不排除任何其他元件。同时，描述部件之间关系的其他表达、诸如“在…之间”、“直接在…之间”或“相邻”和“直接相邻”可以被类似地解释。

本公开中的单数形式“一个”和“所述”旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解的是，诸如“包括有”或“具有”等的术语旨在表示说明书中所公开的特征、数量、操作、动作、部件、部分或其组合的存在，而不意在排除一个或更多个其他特征、数量、操作、动作、部件、部分或其组合可存在或可被增加的可能性。

本申请中使用的术语仅用于描述特定的实施例，而不意在限制本发明。除非另有限定，否则这里使用的所有术语，包括技术或科学术语，都具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。如在通用词典中定义的这些术语要被解释成具有与相关技术领域中的语境含义相同的含义，而不被解释成具有不切实际或过分形式的 含义，除非在本申请中被清楚地定义。

图1是示出泄漏信号分析系统的框图。在此附图中，泄漏信号分析系统100包括泄漏检测传感器110、网络设备120和泄漏信号分析服务器130。

泄漏检测传感器110根据多个传感器管理模式来操作，并且泄漏检测传感器110安装在管道10上。在一个实施例中，泄漏检测传感器110安装在管道10上，并且以睡眠模式、待机模式或操作模式来操作。另外，泄漏检测传感器110可以根据来自泄漏信号分析服务器130的输入或命令来手动地或自动地测量管道10的声压。

在一个实施例中，泄漏检测传感器110可以在睡眠模式中将电源供应至实时时钟(RTC)，以在特定或需要的时间将传感器管理模式变为待机模式。泄漏检测传感器110可以在待机模式中将电源供应至用于与网络设备120进行收发的RF模块(或RF调制解调器)和CPU以开启或启动RF模块(或RF调制解调器)和CPU。泄漏检测传感器110可以在操作模式中将电源供应至用于测量管道10的声压的传感器(例如，加速传感器、声音发射(AE)传感器或水中听音器)、AMP和A/D转换器。

泄漏检测传感器110可以经由特定的网络设备120将管道10的声压转换成数字信号以发送至泄漏信号分析服务器130。泄漏检测传感器110可以将特定的网络设备120与第一通信协议链接以将管道10的声压发送至特定的网络设备120。第一通信协议与RF模块或RF调制解调器作用，并且声压可以包括转换成数字信号的数据。

网络设备120可以将泄漏检测传感器110与第一通信协议链接，以及将泄漏信号分析服务器130与第二通信协议链接，以执行第一通信协议和第二通信协议之间的转换。

在一个实施例中，网络设备120可以将最大距离为500m的泄漏检测传感器110与第一通信协议链接，以接收从泄漏检测传感器110测量的管道10的声压，或将从泄漏信号分析服务器130接收的输入或命令发送至泄漏检测传感器110。第一通信协议可以利用RF通信来实施。

在另一个实施例中，网络设备120可以将泄漏信号分析服务器130与第二通信协议链接，以从泄漏信号分析服务器130接收测量管道10的声压的输入或命令，或将从泄漏检测传感器110测量的管道10的声压发送至泄漏信号分析服务器130。第二通信协议可以是移动无线通信协议，诸如蜂窝或Wi-Fi及其他。

在一个实施例中，网络设备120可以包括网络节点(例如中继器)和网关。网络节点可以收集从泄漏检测传感器110发送的数据以发送至网关，以及可以将泄漏信号分析服务器130的输入或命令发送至泄漏检测传感器110。网关可以将从网络节点发送的数 据发送至泄漏信号分析服务器130，以及可以将从泄漏信号分析服务器130发送的输入或命令发送至网络节点。

泄漏信号分析服务器130可以经由网络设备120从泄漏检测传感器110收集并且分析管道10的声压的数字信号，以判断是否发生泄漏以及评估泄漏位置。

图2是示出图1的泄漏信号分析服务器的框图。在图2中，泄漏信号分析服务器130包括平台核心模块210、泄漏服务模块220、应用公共模块230、人机接口模块240(也被称作为HMI模块)、数据库250和控制单元260。

平台核心模块210判断经由网络设备120收集的信息的事件，并且根据事件判断结果来调用服务逻辑。所述事件可以是泄漏检测传感器110或网络设备120的故障的发生，或从泄漏检测传感器110对管道10的声压的数字信号的接收。所述服务逻辑可以被应用至报警事件模块或泄漏分析模块。报警事件模块根据故障的发生产生报警声音，泄漏分析模块进行判断是否发生泄漏以及评估泄漏位置。

平台核心模块210可以经由HMI模块240接收用于管理或控制的设备的信息，以将接收的信息储存在设施标记映射表中。所述设备可以是泄漏检测传感器110或网络设备120。例如，平台核心模块210可以接收诸如设备的识别码和地址信息。设施标记映射表可以是匹配特定设施或特定设备的信息的映射表以储存匹配的信息。

平台核心模块210可以在经由人机接口(HMI)执行事件信息的注册时接收并且注册事件信息，以及可以选择在接收事件值的识别请求时执行的服务逻辑，并且将选择的服务逻辑调用至泄漏服务模块220。

泄漏服务模块220借助于收集参考来将经由平台核心模块210收集的数据分类，判断是否发生泄漏，以及评估泄漏位置和储存泄漏分析结果。另外，泄漏服务模块220可以监控和管理与泄漏信号分析系统100相关的设施。

应用公共模块230集成并提供在泄漏服务模块220中应用的公共功能。应用公共模块230设置诸如工作范围和菜单管理的基本信息，或执行消息管理、报警声管理、标准操作过程管理、事件信息管理和集成设施管理。

HMI模块240提供用于与泄漏信号分析服务器130链接的泄漏检测传感器110的设备注册和管理的HMI。例如，HMI可以包括显示器、声音识别单元、声音输出单元、键盘和鼠标。

数据库250储存设施标记映射表、从泄漏检测传感器110接收的声压的数字信号、泄漏分析结果、以及泄漏检测传感器110的标准操作过程。

控制单元260控制平台核心模块210、泄漏服务模块220、应用公共模块230、HMI模块240和数据库250之间的数据流。

图3是示出图2的泄漏服务模块的框图。如在图3中所示，泄漏服务模块220包括收集模块310、泄漏分析模块320和报警事件模块330。

收集模块310储存经由平台核心模块210收集的信息之中的与设施条件相关的信息，并且在设备故障和通信错误时根据报警事件条件来产生事件。

收集模块310包括传感器声压收集单元311和设施条件信息收集单元312。传感器声压收集单元311储存管道的声压的数字信号，并且判断收集模块310是否调用泄漏分析模块320。设施条件信息收集单元312储存设施条件的信息，并且在设备故障或通信错误的情况下将相对应的信息提供至报警事件模块330。

泄漏分析模块320判断是否发生泄漏，并且基于经由收集模块310收集的数字信号来评估泄漏位置。泄漏分析模块320包括泄漏分析请求单元321、泄漏判断单元322、泄漏位置评估单元323和泄漏结果储存单元324。

泄漏分析请求单元321经由HMI模块240接收泄漏分析请求或在收集模块310中收集的数字信号，以将接收的数字数据或泄漏分析请求提供至泄漏判断单元322和泄漏位置评估单元323。

当泄漏判断单元322接收泄漏分析请求时，泄漏判断单元322基于数字信号来确定泄漏概率值。更详细地，泄漏判断单元322确定数字信号的第一特定持续时间和第二特定持续时间。所述数字信号包括第一数字信号(例如，数据信号)和第二数字信号(例如，数据信号)，第一数字信号是在第一特定持续时间中收集的，第二数字信号是在第二特定持续时间中收集的。泄漏判断单元322计算第一数字信号的RMS值，以及第二数字信号的RMS平均和RMS标准偏差，并且基于第一数字信号的RMS值与RMS平均超过RMS标准偏差的超出率(excess rate)来确定第一泄漏概率值。

第一特定持续时间可以是收集声压的数字信号的最近时间，第二特定持续时间可以是一组特定持续时间。例如，第一特定持续时间可以是收集声压的第一数字信号的2-4小时，第二特定持续时间可以对应于过去30天或其他持续时间期间每天的一组多个2-4小时。

泄漏判断单元322可以根据以下式1至式3来计算与第一数字信号的强度相对应的RMS值，以及第二数字信号的RMS平均和标准偏差。

式1：

其中X_rms是RMS值，x(t)是第一数字信号，T是第一特定持续时间，以及

式2：

其中M_rms是RMS平均，xk是第K RMS值，n是在第二特定持续时间期间储存的RMS值的数量，以及

式3：

其中σ_rms是RMS标准偏差。

第一特定持续时间可以对应于6000秒，X_rms可以是每1秒采样一次的6000个数字信号的RMS值。第二特定持续时间可以是从第一特定持续时间开始直到30天为止的时间，并且RMS平均和RMS标准偏差可以基于周期性地每天计算的30个RMS值来计算。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以计算第一数字信号的RMS值和RMS平均之间相比于RMS标准偏差的第一相似度，并且可以基于参考概率值和计算出的第一相似度之间的差来确定第一泄漏概率值。参考概率值可以是1。

更详细地，泄漏判断单元322可以根据以下式4来确定第一泄漏概率值：

式4：

P_rms＝(1-C(X_rms，M_rms，σ_rms))×100

其中P_rms是第一泄漏概率值，C(X_rms,M_rms,σ_rms)是表示X_rms和M_rms之间相比于σ_rms的相似度的函数。

C(X_rms,M_rms,σ_rms)可以与X_rms和M_rms之差(或差的乘方)成正比，或可以与σ_rms(或σ_rms的乘方)成反比。另外，C(X_rms,M_rms,σ_rms)可以表示用于特定系数的指数形式。

例如，当第一数字信号的RMS值等于第二数字信号的RMS平均时(X_rms–M_rms＝0)，第一泄漏概率值是0％，而当第一数字信号的RMS值和第二数字信号的RMS平均之差等于RMS标准偏差时(X_rms-M_rms＝σ_rms)，第一泄漏概率值是50％。因此，当第一数字信号的RMS值与RMS平均之差增加时，泄漏概率值也增加。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以获取数字信号的频率分布。泄漏判断单元322可以通过获取频率分布而在频域上判断是否发生泄漏。

泄漏判断单元322可以经由例如快速傅里叶变换(FFT)来获取数字信号的频谱。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以获取第一数字信号的频率分布，并且可以基于在频率分布上第一数字信号的大小超过特定阈值的第二超出率来确定第二泄漏概率值。更详细地，泄漏判断单元322可以计算第二超出率，可以计算第二数字信号的泄漏信号强度(LSI)平均和LSI标准偏差，以及可以基于比较第二超出率和LSI平均超过LSI标准偏差的值的超出率来确定第二泄漏概率值。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以根据以下式5来计算第二超出率：

式5：

其中，X_lsi是第一数字信号的大小超过特定阈值的第二超出率，f是频率，L是特定阈值。

参见图6，图6是说明管道的声压在频域上的图，示出的x轴表示频率，y轴表示声压水平(即，功率水平)。

泄漏判断单元322可以将与预定的特定频率范围(“最小”至“最大”)相对应的数字信号的大小与预定阈值L比较，以计算数字信号超过预定阈值L的超出率。另外，计算出的超出率可以是7。

泄漏判断单元322可以基于所述的式2至式4来确定第二泄漏概率值。更详细地，当M_rms变为M_lsi时，在式2中，xk应用为第k超出率，n应用为在第二特定持续时间 期间储存的超出率的数量，并且泄漏判断单元322可以计算LSI平均。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以基于第一数字信号的第二超出率与RMS平均之间相比于计算出的LSI标准偏差的第二相似度来确定第二泄漏概率值。更详细地，泄漏判断单元322可以根据以下式6来计算第二泄漏概率值。

式6：

P_lsi＝(1-C(X_lsi，M_lsi，σ_lsi))×100

其中，P_lsi是第二泄漏概率值，C(X_lsi,M_lsi,σ_lsi)是表示X_lsi和M_lsi之间相比于σ_lsi的相似度，M_lsi是LSI平均，σ_lsi是LSI标准偏差。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以计算获取的频率分布与预定的正常条件的频率分布之间的相关系数，以确定与计算出的相关系数相反的第三泄漏概率值。

更详细地，泄漏判断单元322可以在泄漏未发生或泄漏已经发生时基于在正常条件的特定持续时间之前的频率分布来计算相关系数或频率分布在第二持续时间期间的平均。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以根据以下式7来计算皮尔森相关系数(Pearson’s correlation coefficient)：

式7：

其中，R_x,y是相关系数，xl是获取的频率分布，yl是正常条件的预定频率分布。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以基于参考概率值与皮尔森相关系数之差来确定第三泄漏概率值。在这个实例中，参考概率值可以是1。更详细地，泄漏判断单元322可以根据以下式8来确定第三泄漏概率值：

式8：

PCC＝(1-|Rx，y|)×100

其中，PCC是第三泄漏概率值。

例如，当获取的频率分布与正常条件的预定频率分布相似时，皮尔森相关系数可以与1对应，并且第三泄漏概率值可以与0％对应。然而，当获取的频率分布与正常条件 的预定频率分布不同时，皮尔森相关系数可以是0，并且第三泄漏概率值可以是100％。

在一个实施例中，泄漏判断单元322执行用于确定第一至第三泄漏概率值的频率滤波。更详细地，泄漏判断单元322可以将数字信号的特定频率滤波，并且可以确定滤波的数字信号的第一至第三泄漏概率值。

泄漏判断单元322可以改变被滤波为特定值(例如，0)的数字信号的频率范围以执行频率滤波。例如，泄漏判断单元322可以将频率范围a至b设置为滤波范围(例如，a至b Hz)以将相对应的滤波范围的数字信号变为0。

当泄漏判断单元322执行用于确定第一泄漏概率值的频率滤波时，泄漏判断单元322可以在对数字信号执行FFT之后执行频率滤波，以及可以经由逆FFT(IFFT)将滤波的信号重新变换到时域以确定第一泄漏概率值。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以针对至少一个频率范围执行频率滤波。例如，泄漏判断单元322可以同时针对0Hz至100Hz以及10kHz至20kHz执行频率滤波。因而，泄漏判断单元322可以经由将与泄漏无关的环境噪声滤波来增强判断是否发生泄漏的可靠性。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以经由将加权值分配给第一至第三泄漏概率值来计算平均值，并且可以基于计算出的平均值来确定第四泄漏概率值。当每个加权值为1时，平均值可以与算术平均相对应，而当每个加权值不同于1时，平均值可以与加权值的平均值相对应。

因而，泄漏信号分析服务器130可以多维地且依时间和频率地来对管道的声压的数字信号进行分析，并且以概率来计算是否发生泄漏，以增强或保证泄漏判断的可靠性。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以基于第一至第四泄漏概率值是否超过特定参考值来判断在管道中是否发生泄漏。例如，泄漏判断单元322可以检查第一至第四泄漏概率值是否超过50％，并且当第一至第四泄漏概率值中的至少一个超过50％时，泄漏判断单元322可以判断已经发生泄漏。对于另一个实例，当第四泄漏概率值超过50％时，泄漏判断单元322可以判断已经发生泄漏。

在一个实施例中，泄漏判断单元322可以计算第一至第三泄漏概率值中的至少一个的几何平均值，并且可以基于所述几何平均的变化来判断是否发生泄漏。例如，第一泄漏概率值的几何平均值可以根据以下式9来计算。

式9：

其中，GM_rms是特定持续时间的第一泄漏概率值的几何平均值，n是特定持续时间中包括的部分持续时间的数量，P(1)_rms是特定持续时间之中的第一部分持续时间的第一泄漏概率值，P(2)_rms是特定持续时间之中的第二部分持续时间的第一泄漏概率值，P(n)_rms是特定持续时间之中的第n部分持续时间的第一泄漏概率值。

所述特定持续时间可以是大多数任意定义的持续时间，诸如小时、日、月、季度、或年，所述部分持续时间可以对应于彼此不重叠的连续特定部分。

例如，当特定持续时间对应于2010年时，特定的部分持续时间可以对应于2010年的一月至十二月。另外，泄漏判断单元322可以计算2010年和2011年的第一泄漏概率值的几何平均以将第一泄漏概率值确定为20％和30％，并且可以通过将当前的第一泄漏概率值与几何平均值进行比较来判断是否发生泄漏。例如，当第一泄漏概率值的增加率超过特定值时，泄漏判断单元322可以判断已经发生泄漏。因此，泄漏判断单元322可以根据时间的流逝检测到泄漏正在不断发生。

当在管道中已经发生泄漏时，泄漏位置评估单元323基于时间差来评估管道的泄漏位置，所述时间差是基于特定声压到达泄漏检测传感器时的第一时间与所述特定声压到达与所述泄漏检测传感器相邻的相邻泄漏检测传感器时的第二时间来计算的。

更详细地，泄漏位置评估单元323可以经由互相关处理器来分析由两个泄漏检测传感器测量的数字信号之间的相关性，以计算到达这两个泄漏检测传感器的两个泄漏声音之间的时间差。另外，泄漏位置评估单元323可以基于两个泄漏声音的时间差和依据管道类型的声速信息而经由泄漏位置计算器(LLC)来评估泄漏位置。

在一个实施例中，泄漏位置评估单元323可以根据以下式10来计算在特定持续时间期间由两个泄漏检测传感器测量的两个数字信号的互相关系数。

式10：

其中，R_x,y是互相关系数，x(t)是第一泄漏检测传感器的数字信号，y(t)是第二泄漏检测传感器的数字信号。

在一个实施例中，泄漏位置评估单元323可以执行用于计算两个数字信号之间的互相关系数的频率滤波。更详细地，泄漏位置评估单元323可以针对两个数字信号的特定频率范围执行频率滤波，并且可以计算两个滤波的数字信号的互相关系数。所述频率滤波可以与上述相似地实施。

图7(a)是示出互相关系数相对于时间的图，其中x轴表示时间，y轴表示互相关系数。图7(b)是示出与水管耦接的传感器的图。

由两个泄漏检测传感器测量的声压的互相关系数可以保持在0处。然而，这些值可以在特定持续时间期间增加。例如，当已经发生泄漏时，由泄漏声音产生的声压和由两个泄漏检测传感器测量的声压的两个波形彼此相似，互相关系数是1。

泄漏位置评估单元323可以从互相关系数图来检查到达两个泄漏检测传感器的泄漏声音之间的时间差。

参见图7(b)，泄漏声音从泄漏位置经由管道传送至两个泄漏检测传感器。在第一泄漏检测传感器(传感器1)检测泄漏声音的时间不测量第二泄漏检测传感器(传感器2)上的泄漏声音，而可以在Δt之后测量在第二泄漏检测传感器上的泄漏声音。

结果，从泄漏位置至第一泄漏检测传感器之间的距离(d1)可以基于两个泄漏检测传感器之间的距离(d)、声速(c)以及到达两个泄漏检测传感器的泄漏声音的时间差(Δt)来计算。

在一个实施例中，泄漏位置评估单元323可以基于计算时间差期间的移动距离且将两个泄漏检测传感器之间的距离与所述移动距离进行比较来评估泄漏位置。更详细地，泄漏位置评估单元323可以根据以下式11来评估泄漏位置。

式11：

其中d1是从泄漏位置至第一泄漏检测传感器的距离，d2是从泄漏位置至第二泄漏检测传感器的距离，d是两个泄漏检测传感器之间的距离，c是声速，Δt是到达两个泄漏检测传感器的泄漏声音的时间差。

在一个实施例中，泄漏位置评估单元323可以基于数字信号的变化来评估泄漏位置。更详细地，泄漏位置评估单元323可以基于根据经由相对应的管道运送的流量(或流速)的变化而产生的数字信号在时间上的第一变化、以及根据泄漏位置的泄漏量上的变化而产生的数字信号在时间上的第二变化来评估泄漏位置。

在图7(b)中，第一泄漏检测传感器可以测量根据经由相对应的管道运送的流量(或流速)的变化而来的数字信号的第一变化。另外，当根据流量(或流速)的变化而发生泄漏位置的流量的变化时，第一泄漏检测传感器可以测量数字信号的第二变化。

流速可以基于根据流量在第一和第二泄漏检测传感器上的变化而产生的数字信号在时间上的变化来计算。可以基于根据在第一泄漏检测传感器上测量的流量变化而来的在时间上的第一变化以及根据泄漏量的变化和计算出的流速(以及依据管道类型的声速)而来的在时间上的第二变化来测量泄漏位置。

例如，在第一泄漏检测传感器上测量的数字信号在时间上的第一变化(t1)和在时间上的第二变化(t2)之间的关系可以表示为t1-t2＝d1/V(流速)+d1/c(声速)，流速(V)可以通过在第二泄漏检测传感器上测量的数字信号在时间上的变化(t3)而表示为V＝d/(t1–t3)。因此，可以计算泄漏位置d1。

泄漏结果储存单元324储存在泄漏判断单元322中确定的泄漏概率值和在泄漏位置评估单元323中评估的泄漏位置的信息。当检查的泄漏事件对应于一个事件时，泄漏结果储存单元324可以额外地检查泄漏事件条件以提供至报警事件模块330。报警事件模块330处理在泄漏服务模块220中产生的所有报警事件。

现在参见图4，该附图是说明在泄漏信号分析服务器上执行的泄漏信号分析方法的一个示例实施例的流程图。在此附图中，泄漏信号分析服务器130接收并且储存管道的声压的数字信号(框S410)。

然后泄漏信号分析服务器130确定第一和第二持续时间并且确定第一泄漏概率值(即，RMS泄漏概率值)(框S420)。计算第一泄漏概率值的算法与上述相同。

泄漏信号分析服务器130获取数字信号在第一持续时间期间的频率分布(即，第一数字信号)，并且确定第二泄漏概率值(即，LSI泄漏概率值)(框S430)。

另外，泄漏信号分析服务器130基于获取的频率分布与正常条件的预定频率分布之间的相关系数来确定第三泄漏概率值(框S440)。计算第二和第三泄漏概率值的算法与上述相同。

泄漏信号分析服务器130可以同时或顺序地计算第一至第三泄漏概率值。泄漏信号分析服务器130基于将加权值分配给第一至第三泄漏概率值的平均值来确定第四泄漏概率值。

结果，泄漏信号分析服务器130可以多维地且依时间和频率地对管道的声压的数字信号进行分析，并且以概率来计算是否发生泄漏，以增强或保证泄漏判断的可靠性。

图5是说明在泄漏信号分析服务器上执行的泄漏信号分析方法的另一个示例实施例的流程图。在此附图中，泄漏信号分析服务器130接收并且储存管道的声压的数字信号(框S510)。

泄漏信号分析服务器130可以执行泄漏分析以用于在泄漏信号分析服务器130接收管道的声压的数字信号时判断是否已经发生泄漏，或可以在泄漏信号分析服务器130从用户接收针对特定持续时间的泄漏分析请求时手动地执行泄漏分析(框S520)。

框S530至S560可以采用与在图4的框S420至S450中阐述的操作相同或相似的方式来实施。

再次参见图5，泄漏信号分析服务器130可以通过检查所确定的泄漏概率值是否超过特定参考值来判断是否发生泄漏(框S570)。当还未发生泄漏时，泄漏信号分析服务器130可以等待，直到接收新的数字信号或从用户接收分析结果为止。

当已经发生泄漏时，泄漏信号分析服务器130基于管道的特定声压到达泄漏检测传感器时的第一时间与管道的所述特定声压到达相邻的泄漏检测传感器时的第二时间之间的时间差来评估泄漏位置(框S580)。

在一个实施例中，泄漏信号分析服务器130可以计算从泄漏检测传感器和相邻的泄漏检测传感器接收的管道的声压的数字信号之间的依时互相关系数，可以基于计算出的相关系数来计算泄漏声音的时间差，以及可以基于时间差和依据管道类型的声速信息来评估泄漏位置。

尽管本文件提供了本发明的优选的实施例的描述，但本领域的技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求限定的技术原理和范围的情况下，可以用各种方式来改变或修改本发明。

附图标记描述：

100 泄漏信号分析系统

110 泄漏检测传感器

120 网络设备

130 泄漏信号分析服务器

210 平台核心模块

220 泄漏服务模块

230 应用公共模块

240 HMI模块

250 数据库

260 控制单元

310 收集模块

311 传感器声压收集单元

312 设施条件信息收集单元

320 泄漏分析模块

321 泄漏分析请求单元

322 泄漏判断单元

323 泄漏位置评估单元

324 泄漏结果储存单元

330 报警事件模块

Claims (15)

1.一种用于确定管道的泄漏概率的方法，所述方法包括：

从操作性地耦接到所述管道的泄漏检测传感器分别接收所述管道的声压(dB)的第一信号数据和第二信号数据，所述第一信号数据和所述第二信号数据分别与第一特定持续时间和第二特定持续时间相关联；

计算所述第一信号数据针对所述第一特定持续时间的均方根值；

计算所述第二信号数据的均方根平均，其中，所述第二信号数据包括针对所述第二特定持续时间的多个值；

计算所述第二信号数据的均方根标准偏差；以及

基于第一比较值超过所述均方根标准偏差的第一超出率来确定第一泄漏概率值，所述第一比较值基于所述第一信号数据的所述均方根值和所述第二信号数据的所述均方根平均来计算。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

获取所述第一信号数据的频率分布；以及

基于所述第一信号数据在所述频率分布上的大小超过特定阈值的第二超出率来确定第二泄漏概率值。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

确定与相关系数成反比的第三泄漏概率值，所述相关系数基于获取的所述频率分布和正常条件的预定频率分布来计算。

4.如权利要求3所述的方法，其中，确定所述第三泄漏概率值包括：

计算获取的所述频率分布和所述正常条件的预定频率分布之间的皮尔森相关系数；以及

基于参考概率和所述皮尔森相关系数之差来确定所述第三泄漏概率值。

5.如权利要求3所述的方法，还包括：

经由将加权值分配给所述第一泄漏概率值至所述第三泄漏概率值来计算平均值；以及

基于计算出的所述平均值来确定第四泄漏概率值。

6.如权利要求3所述的方法，还包括：

通过将所述第一泄漏概率值至所述第三泄漏概率值中的至少一个与针对第三特定持续时间而确定的相对应的泄漏概率值的几何平均值进行比较，来判断在所述管道中是否发生泄漏。

7.如权利要求2所述的方法，其中，确定所述第二泄漏概率值还包括：

计算第三超出率的泄漏信号强度平均和泄漏信号强度标准偏差，所述第三超出率是所述第二信号数据超过所述特定阈值；以及

基于第二相似度来确定所述第二泄漏概率值，所述第二相似度基于所述第一超出率和所述均方根平均相比于计算出的所述泄漏信号强度标准偏差来计算。

8.如权利要求5所述的方法，还包括：

通过检查所述第四泄漏概率值是否超过特定参考值来判断在所述管道中是否发生泄漏；以及

基于时间差来评估所述管道的泄漏位置，所述时间差基于特定声压到达所述泄漏检测传感器时的第一时间与所述特定声压到达与所述泄漏检测传感器相邻的相邻泄漏检测传感器时的第二时间来计算。

9.如权利要求8所述的方法，其中，评估所述泄漏位置包括:

计算从所述泄漏检测传感器和所述相邻泄漏检测传感器接收的所述管道的声压的信号数据之间的依时互相关系数；以及

基于计算出的所述互相关系数来计算所述时间差。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述互相关系数是利用互相关函数来计算的。

11.如权利要求9所述的方法，其中，评估所述泄漏位置包括：

基于计算出的所述时间差和依据所述管道的类型的声速信息来评估所述泄漏位置。

12.如权利要求9所述的方法，其中，评估所述泄漏位置包括：

计算所述第一信号数据和所述第二信号数据在所述时间差期间的移动距离；以及

基于第二比较值来评估所述泄漏位置，所述第二比较值基于计算出的所述移动距离以及所述泄漏检测传感器与所述相邻泄漏检测传感器之间的预定距离来计算。

13.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一泄漏概率值包括：

计算所述第一信号数据的所述均方根值与所述均方根平均之间相比于所述第二信号数据的所述均方根标准偏差的第一相似度；以及

基于参考概率值和计算出的所述第一相似度之间的差来确定所述第一泄漏概率值。

14.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一泄漏概率值还包括：对所述第一信号数据和所述第二信号数据执行频率滤波。

15.如权利要求1所述的方法，其中，接收所述第一信号数据和所述第二信号数据包括：

接收针对所述第一信号数据和所述第二信号数据的特定持续时间的分析请求。