CN108181052A - 一种温度检测信号去噪方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种温度检测信号去噪方法及系统。所述方法包括：获取温度检测信号，所述温度检测信号为基于分布式光纤测温系统采集的泄漏管道的信号；采用小波变换将所述温度检测信号分解为多层叠加信号，所述叠加信号包括有用信号和噪声信号；根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数；根据处理后的小波系数重构所述温度检测信号，得到去噪后的温度检测信号；对所述去噪后的温度检测信号进行中值滤波处理。本发明通过对原始检测信号进行去噪和曲线平滑处理，有利于检测人员对泄漏信号的判别、提高检出率。

Description

一种温度检测信号去噪方法及系统
技术领域
本发明涉及无损检测领域，特别是涉及一种温度检测信号去噪方法及系统。
背景技术
自来水管道在城市管网系统中占有极其重要的地位，一旦管道发生泄漏，不仅造成水资源的浪费，还严重影响城市交通、卫生以及居民的生活等。因此，对于城市自来水管道的泄漏检测显得尤为重要。近年来，随着光纤传感技术的发展，利用分布式光纤测温系统进行自来水管道的泄漏检测成为人们关注的热点。但是在实际检测中，由于管道所处环境较为复杂，所得检测信号中存在较多噪声，使得检测人员无法准确识别管道泄漏点，有的甚至无法辨别管道有无泄漏发生，给检测人员带来了较多不便，因此如何对采集的信号进行有效的去噪一直是困扰人们的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度检测信号去噪方法及系统，提高温度信号的检测精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种温度检测信号去噪方法，所述方法包括：
获取温度检测信号，所述温度检测信号为基于分布式光纤测温系统采集的泄漏管道的信号；
采用小波变换将所述温度检测信号分解为多层叠加信号，所述叠加信号包括有用信号和噪声信号；
根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数；
根据处理后的小波系数重构所述温度检测信号，得到去噪后的温度检测信号；
对所述去噪后的温度检测信号进行中值滤波处理。
可选的，所述根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数，具体包括：
根据第一层噪声信号的小波系数估计噪声标准差；
根据所述噪声标准差计算噪声阈值；
根据所述噪声阈值处理各层叠加信号的小波系数。
可选的，所述根据所述噪声标准差计算噪声阈值，具体包括：
根据公式计算噪声阈值；其中，δj为噪声阈值，σ为噪声标准差，N为所述温度信号的长度。
可选的，所述根据所述噪声阈值处理各层叠加信号的小波系数，具体包括：
判断所述叠加信号的小波系数的绝对值是否大于所述噪声阈值，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值大于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为所述叠加信号对应层数的有用信号的小波系数；
当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值是小于等于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为零。
一种温度检测信号去噪系统，所述系统包括：
温度检测信号获取模块，用于获取温度检测信号，所述温度检测信号为基于分布式光纤测温系统采集的泄漏管道的信号；
多层叠加信号分解模块，采用小波变换将所述温度检测信号分解为多层叠加信号，所述叠加信号包括有用信号和噪声信号；
小波系数处理模块，用于根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数；
重构模块，用于根据处理后的小波系数重构所述温度检测信号，得到去噪后的温度检测信号；
滤波模块，用于对所述去噪后的温度检测信号进行中值滤波处理。
可选的，所述小波系数处理模块，具体包括：
噪声标准差估计单元，用于根据第一层噪声信号的小波系数估计噪声标准差；
噪声阈值计算单元，用于根据所述噪声标准差计算噪声阈值；
小波系数处理单元，用于根据所述噪声阈值处理各层叠加信号的小波系数。
可选的，所述噪声阈值计算单元，具体用于：根据公式计算噪声阈值；其中，δj为噪声阈值，σ为噪声标准差，N为所述温度信号的长度。
可选的，所述小波系数处理单元，具体包括：
第一结果判断子单元，用于判断所述叠加信号的小波系数的绝对值是否大于所述噪声阈值，得到第一判断结果；
有用信号的小波系数确定子单元，用于当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值大于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为所述叠加信号对应层数的有用信号的小波系数；
小波系数确定子单元，用于当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值是小于等于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为零。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的温度检测信号去噪方法，首先采用离散小波变换对原始检测信号进行去噪处理，然后利用中值滤波对信号曲线进行平滑处理，提高了温度信号的检测精度，有利于检测人员对泄漏信号的判别，提高泄漏检测率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明温度检测信号去噪方法实施例的流程图；
图2为本发明的信号采集系统的示意图；
图3为采用本发明的方法对信号处理前后的对比图；
图4为本发明温度检测信号去噪系统实施例的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种温度检测信号去噪方法及系统，提高温度信号的检测精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种温度检测信号去噪方法，图1为本发明温度检测信号去噪方法实施例的流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：获取温度检测信号，所述温度检测信号为基于分布式光纤测温系统采集的泄漏管道的信号。
在获取原始检测信号之前，在分布式光纤测温系统的主机上连接传感光纤，并将该传感光纤沿所要检测的模拟泄漏管道的外壁布放，然后对该分布式光纤测温系统进行温度校准、位置校准。设置上述分布式光纤测温装置的测量通道、测量时间、断纤报警长度、报警分区。在上述模拟泄漏管道内通水同时通过上述分布式光纤测温系统进行管道泄漏检测，保存所得到的检测信号f(x)。
步骤102：采用小波变换将所述温度检测信号分解为多层叠加信号，所述叠加信号包括有用信号和噪声信号。
设原始含噪信号f(x)＝g(x)+v(x)，g(x)为有用信号，v(x)为噪声信号，首先对原始含噪信号f(x)进行离散小波变换：
ωf(j,k)＝ωg(j,k)+ωv(j,k)；j＝1，2,3...J；k＝1，2,3...N
其中ωf(j,k)，ωg(j,k)，ωv(j,k)分别为含噪信号、有用信号和噪声信号在第j层上的小波系数，分别记bj,k，cj,k，dj,k。式中的J为小波变换的最大分解层数；N为信号的长度。
步骤103：根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数；具体包括：
步骤1031：根据第一层噪声信号的小波系数估计噪声标准差；
步骤1032：根据所述噪声标准差计算噪声阈值，具体公式为其中，δj为噪声阈值，σ为噪声标准差，N为所述温度信号的长度。
步骤1033：根据用公式处理各层叠加信号的小波系数。具体包括：
步骤10331：判断所述叠加信号的小波系数的绝对值是否大于所述噪声阈值，得到第一判断结果；
步骤10332：当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值大于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为所述叠加信号对应层数的有用信号的小波系数；
步骤10333：当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值是小于等于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为零。
步骤104：根据处理后的小波系数重构所述温度检测信号，得到去噪后的温度检测信号。利用阈值δj和处理后得到的小波系数bj,k，进行小波重构，得到去噪后的有用信号g(x)；所述重构即为小波分解的逆变换。
步骤105：对所述去噪后的温度检测信号进行中值滤波处理。
对去噪后的检测信号g(x)进行中值滤波处理，重新计算每一个x的输出值，得到最终检测信号y＝h(x)；所述的中值滤波法h的操作是将每一点的值设置为该点某邻域窗口内的所有点的中值，用n表示领域的大小，当n为偶数时，第k个点的滤波后的值是x(k-n/2)～x(k+(n/2)-1)的中位数，当n为奇数的时，第k个点的滤波后的值是x(k-(n-1)/2)～x(k+(n-1)/2)的中位数。
本发明提供的温度检测信号去噪方法，首先采用离散小波变换对原始检测信号进行去噪处理，然后利用中值滤波对信号曲线进行平滑处理，提高了温度信号的检测精度，有利于检测人员对泄漏信号的判别，提高泄漏检测率。
图2为本发明的信号采集系统的示意图，如图2所示，信号采集系统包括包括分布式光纤测温系统和模拟水管泄漏实验平台。
其中，分布式光纤测温系统包括主机、传感光纤和计算机；主机由激光源、耦合器、波分复用器、信号采集卡构成。
模拟水管泄漏实验平台包括储水箱、模拟泄漏管道(PE管)；水泵；连接软管；实验选用长度为200米的传感光纤进行实验数据采集和处理，设置泄漏处距离激光发射源约170米。
图3为采用本发明的方法对信号处理前后的对比图。图3示意了原始信号图、小波处理信号图、中值滤波处理图的对比图，从图3可以看出经过本发明的方法处理后可在图中明显看出在170米左右处由于模拟泄漏管道的自来水泄漏导致该处温度降低，证明了本发明的实用性。
本发明还提供了一种温度检测信号去噪系统，图4为本发明温度检测信号去噪系统实施例的结构图。如图4所示，所述系统包括：温度检测信号获取模块401、多层叠加信号分解模块402、小波系数处理模块403、重构模块404和滤波模块405。
温度检测信号获取模块401用于获取温度检测信号，所述温度检测信号为基于分布式光纤测温系统采集的泄漏管道的信号；
多层叠加信号分解模块402采用小波变换将所述温度检测信号分解为多层叠加信号，所述叠加信号包括有用信号和噪声信号；
小波系数处理模块403用于根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数。
可选的，小波系数处理模块403具体包括：
噪声标准差估计单元4031，用于根据第一层噪声信号的小波系数估计噪声标准差；
噪声阈值计算单元4032，用于根据所述噪声标准差计算噪声阈值；噪声阈值计算单元具体用于：根据公式计算噪声阈值；其中，δj为噪声阈值，σ为噪声标准差，N为所述温度信号的长度。
小波系数处理单元4033，用于根据所述噪声阈值处理各层叠加信号的小波系数。可选的，所述小波系数处理单元4033具体包括：
第一结果判断子单元，用于判断所述叠加信号的小波系数的绝对值是否大于所述噪声阈值，得到第一判断结果；
有用信号的小波系数确定子单元，用于当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值大于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为所述叠加信号对应层数的有用信号的小波系数；
小波系数确定子单元，用于当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值是小于等于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为零。
重构模块404用于根据处理后的小波系数重构所述温度检测信号，得到去噪后的温度检测信号；
滤波模块405用于对所述去噪后的温度检测信号进行中值滤波处理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种温度检测信号去噪方法，其特征在于，所述方法包括：
获取温度检测信号，所述温度检测信号为基于分布式光纤测温系统采集的泄漏管道的信号；
采用小波变换将所述温度检测信号分解为多层叠加信号，所述叠加信号包括有用信号和噪声信号；
根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数；
根据处理后的小波系数重构所述温度检测信号，得到去噪后的温度检测信号；
对所述去噪后的温度检测信号进行中值滤波处理。
2.根据权利要求1所述的温度检测信号去噪方法，其特征在于，所述根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数，具体包括：
根据第一层噪声信号的小波系数估计噪声标准差；
根据所述噪声标准差计算噪声阈值；
根据所述噪声阈值处理各层叠加信号的小波系数。
3.根据权利要求2所述的温度检测信号去噪方法，其特征在于，所述根据所述噪声标准差计算噪声阈值，具体包括：
根据公式计算噪声阈值；其中，δj为噪声阈值，σ为噪声标准差，N为所述温度信号的长度。
4.根据权利要求2所述的温度检测信号去噪方法，其特征在于，所述根据所述噪声阈值处理各层叠加信号的小波系数，具体包括：
判断所述叠加信号的小波系数的绝对值是否大于所述噪声阈值，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值大于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为所述叠加信号对应层数的有用信号的小波系数；
当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值是小于等于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为零。
5.一种温度检测信号去噪系统，其特征在于，所述系统包括：
温度检测信号获取模块，用于获取温度检测信号，所述温度检测信号为基于分布式光纤测温系统采集的泄漏管道的信号；
多层叠加信号分解模块，采用小波变换将所述温度检测信号分解为多层叠加信号，所述叠加信号包括有用信号和噪声信号；
小波系数处理模块，用于根据第一层噪声信号对各层叠加信号的小波系数进行处理，得到处理后的小波系数；
重构模块，用于根据处理后的小波系数重构所述温度检测信号，得到去噪后的温度检测信号；
滤波模块，用于对所述去噪后的温度检测信号进行中值滤波处理。
6.根据权利要求5所述的温度检测信号去噪系统，其特征在于，所述小波系数处理模块，具体包括：
噪声标准差估计单元，用于根据第一层噪声信号的小波系数估计噪声标准差；
噪声阈值计算单元，用于根据所述噪声标准差计算噪声阈值；
小波系数处理单元，用于根据所述噪声阈值处理各层叠加信号的小波系数。
7.根据权利要求6所述的温度检测信号去噪系统，其特征在于，所述噪声阈值计算单元，具体用于：根据公式计算噪声阈值；其中，δj为噪声阈值，σ为噪声标准差，N为所述温度信号的长度。
8.根据权利要求6所述的温度检测信号去噪系统，其特征在于，所述小波系数处理单元，具体包括：
第一结果判断子单元，用于判断所述叠加信号的小波系数的绝对值是否大于所述噪声阈值，得到第一判断结果；
有用信号的小波系数确定子单元，用于当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值大于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为所述叠加信号对应层数的有用信号的小波系数；
小波系数确定子单元，用于当所述第一判断结果表示所述叠加信号的小波系数的绝对值是小于等于所述噪声阈值，确定所述处理后的叠加信号的小波系数为零。
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