CN113944801B - 基于数据分析的燃气调压器性能检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种基于数据分析的燃气调压器性能检测方法及装置。所述方法包括根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据，进行预处理；若在第一时间段内所述调压器存在关闭动作，则根据预处理后的特征数据计算稳态压力和关闭压力；根据稳态压力和关闭压力计算关闭等级和调压精度；分析第一时间段内的所述调压器的运行状态，对所述调压器进行故障检测和预警判断。以此方式，可以能够降低巡检运维成本，打破传统调压器运维方式，不再需要运维人员定期巡检调压器运行状态及性能，实现远程查看，在线运维，节省了大量的人力和时间；解决调压器巡检维护往往需要耗费大量时间、人力且无法及时发现故障的技术问题。

Description

基于数据分析的燃气调压器性能检测方法及装置

技术领域

本发明一般涉及设备检测领域，并且更具体地，涉及一种基于数据分析的燃气调压器性能检测方法及装置。

背景技术

燃气调压器是燃气输配系统中非常重要的一类关键设备，承担了燃气输配过程中各级管网之间的压力调节和用气压力控制功能。目前我国平均每个大中型城市都装备了1万台以上的各类燃气调压器，用户类型包括大型工业用户、商业公福用户、居民小区用户，调压器的运行性能关系到燃气传输安全、用户用气安全、燃气压力能否满足使用需求等关键民生问题。

燃气调压器作为机械设备在长期运行的过程中难免会产生磨损、老化等现象。根据一线运维人员的检修经验，调压器主要部件问题包括：阀口磨损、阀瓣老化、薄膜老化、脏污卡堵、密封垫老化、“O”形圈老化、阀杆弯折等。以上部件的老化和磨损会造成调压器的性能下降或故障，进而引发超压供气、欠压熄火、压力波动、调节响应速度慢等问题，导致切断停气或超压放散。对于商业和居民用户超压切断导致停气，下游压力不足导致气压波动使燃气灶、热水器运行故障，影响居民生活。对于工业用户，调压异常会冲击用气设备导致设备故障频发，产品报废。夜间出口压力过高，则有燃气泄漏燃爆等安全隐患。

当前燃气公司针对调压器的故障检查多采用传统的人工定期巡检、抽检等方式监控调压器运行性能和状态，对于故障调压器的发现主要基于用户用气异常后的报修。这样的调压器运维模式效率较低，消耗大量人力物力的同时，无法及时发现调压器性能的下降和预防故障的发生。近年来，燃气公司物联网技术快速发展，针对调压器出口压力等数据实现了实时远传功能，但是在业务应用上并没有充分利用到这些宝贵的实时数据来对调压器的性能进行实时监控。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种基于数据分析的燃气调压器性能检测方案。本发明解决调压器巡检维护往往需要耗费大量时间、人力且无法及时发现故障的技术问题，能够降低巡检运维成本，打破传统调压器运维方式，不再需要运维人员定期巡检调压器运行状态及性能，实现远程查看，在线运维，节省了大量的人力和时间。

在本发明的第一方面，提供了一种基于数据分析的燃气调压器性能检测方法。该方法包括：

根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据；

对获取到的所述特征数据进行预处理；

若在第一时间段内所述调压器存在关闭动作，则根据预处理后的特征数据计算所述调压器的稳态压力和关闭压力；

根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度；

分析第一时间段内的所述调压器的运行状态，对所述调压器进行故障检测和预警判断。

进一步地，所述根据用户类型获取所述用户对应的数据特征，包括：

若所述用户为工商民用户，则读取第一时间段内的调压器出口压力数据、第二时间段内的有效关闭压力数据、设定出口压力数据、设定放散压力数据和设定切断压力数据；

若所述用户为工业用户，则读取第一时间段内的调压器出口压力数据、第二时间段内的有效关闭压力数据、设定出口压力数据、设定放散压力数据和设定切断压力数据、第一时间段内的燃气工况瞬时流量数据、第一时间段内的环境温度数据。

进一步地，所述对获取到的所述数据特征进行预处理，包括：

将所述用户的第一时间段内的调压器出口压力数据和/或燃气工况瞬时流量数据中大于预设最大阈值或小于预设最小阈值的数据进行剔除，若剩余的第一有效数据的数量与原始数据的比值大于预设比例阈值，则将所述第一有效数据线性填充到第一数量；否则远传数据有误，不进行分析；

若第一数量个所述第一有效数据中存在所述第一时间段内的调压器出口压力数据，则利用孤立森林方法去除所述第一数量个第一有效数据中调压器出口压力数据的离群数据点，得到第二有效数据；对所述第二有效数据进行低通滤波，得到第三有效数据；

若第一数量个所述第一有效数据中存在所述燃气工况瞬时流量数据，则对所述燃气工况瞬时流量数据进行重复性检测，若重复率小于预设重复率阈值，则认为远传数据有误，不进行分析。

进一步地，所述调压器的稳态压力计算过程包括：

利用基于距离的聚类算法对所述第三有效数据进行聚类，选择聚类中心最低群簇点，对其进行核概率密度估计，选择密度曲线中第一个满足阈值的峰值点对应的压力点作为第一时间段内的稳态压力。

进一步地，所述调压器的关闭压力计算过程包括：

对于工商民用户，若第一时间段内的调压器出口压力的振幅小于振幅阈值，则认为在第一时间段内持续用气且没有关闭动作，不判断该时间段内的关闭压力，用临近的有效关闭压力值作为第一时间段内的关闭压力；否则选取其中到达所述振幅阈值的出口压力值作为第一时间段内的关闭压力；

对于工业用户，若第一时间段内的燃气工况瞬时流量值持续为0的时间段超过第一时间阈值，则认为所述调压器在第一时间段内有关闭动作，将所述关闭动作发生时的压力值作为第一时间段内的关闭压力。

进一步地，所述根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度，包括：

其中，Q(t)为第一时间段内所述调压器的关闭等级；G(t)为第一时间段内所述调压器的调压精度；F(t)为第一时间段内所述调压器的关闭压力；F′(t)为第一时间段内所述调压器的稳态压力；E(t)为第一时间段内的稳压区间均值。

进一步地，针对工商民用户，对所述调压器进行故障检测和预警判断，包括：

若第一时间段内调压器出口压力的最高值超过调压器出口压力阈值，则反馈超压故障；

获取第一时间段内的调压器出口压力序列中最长的连续上升片段，若所述片段的长度、坡度、起点、终点均达到预设值且不存在回落到稳压区间的过程，则反馈内漏故障；

获取第一时间段内的压力序列中的短时压力串升序列，若所述短时压力串升序列发生在第一时间段中的第一固定时段且串升起点和串升终点符合指定串升起点和指定串升终点，则反馈串压故障；若所述短时压力串升序列发生在第一时间段中的第二固定时段且串升起点和串升终点符合指定串升起点和指定串升终点，则反馈疑似喘振预警；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定放散压力值的时间超过第二时间阈值，则反馈放散阀失效故障；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定切断压力值的时间超过第三时间阈值，则反馈切断阀失效故障；

若第一时间段内的实际稳态压力与设定稳态压力偏离超过预设偏离阈值，则反馈出口压力偏移预警；

若第一时间段内的关闭等级超过预设关闭等级，则反馈关闭等级超标预警；

若第一时间段内的稳压精度超过预设稳压精度阈值，则反馈稳压精度过大预警。

进一步地，针对工业用户，对所述调压器进行故障检测和预警判断，包括：

对第一时间段内的无用气量的时段的压力序列进行高通滤波，若其中高频信号存在超过第一范围的脉冲，则反馈串压故障；

若在第一时间段内所述调压器启动动作发生后出现压力与稳态压力的差大于差阈值，且持续时间小于第四时间阈值，则反馈瞬时欠压预警；

若在第一时间段内的稳态压力、关闭等级、稳压精度与对应预设值的偏离值超过对应的偏离阈值，则反馈疑似冰堵预警；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定放散压力值的时间超过第二时间阈值，则反馈放散阀失效故障；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定切断压力值的时间超过第三时间阈值，则反馈切断阀失效故障；

若第一时间段内的实际稳态压力与设定稳态压力偏离超过预设偏离阈值，则反馈出口压力偏移预警；

若第一时间段内的关闭等级超过预设关闭等级，则反馈关闭等级超标预警；

若第一时间段内的稳压精度超过预设稳压精度阈值，则反馈稳压精度过大预警。

在本发明的第二方面，提供了一种基于数据分析的燃气调压器性能检测装置。该装置包括：

获取模块，用于根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据；

预处理模块，用于对获取到的所述特征数据进行预处理；

第一计算模块，用于若在第一时间段内所述调压器存在关闭动作，则根据预处理后的特征数据计算所述调压器的稳态压力和关闭压力；

第二计算模块，用于根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度；

检测判断模块，用于分析第一时间段内的所述调压器的运行状态，对所述调压器进行故障检测和预警判断。

在本发明的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明第一方面的方法。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的基于数据分析的燃气调压器性能检测方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实施例的预处理过程示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的基于数据分析的燃气调压器性能检测装置的方框图；

图4示出了能够实施本发明的实施例的示例性电子设备的方框图；

其中，400为电子设备、401为CPU、402为ROM、403为RAM、404为总线、405为I/O接口、406为输入单元、407为输出单元、408为存储单元、409为通信单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明中，能够降低巡检运维成本，打破传统调压器运维方式，不再需要运维人员定期巡检调压器运行状态及性能，实现远程查看，在线运维，节省了大量的人力和时间。

图1示出了本发明实施例的基于数据分析的燃气调压器性能检测方法的流程图。

该方法包括：

S101、根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据。

所述用户对应的调压器的特征数据需要区分所述用户是工商民用户还是工业用户，不同类别的用户，其特征数据不同。

进一步地，若所述用户为工商民用户，则读取第一时间段内的调压器出口压力数据、第二时间段内的有效关闭压力数据、设定出口压力数据、设定放散压力数据和设定切断压力数据。

作为本发明的一种实施例，第一时间段，例如24个小时，即从每天0点到24点。第二时间段，例如一周，即7天。针对用户为工商民用户的情况，需要读取当日调压器出口压力、过去一周记录的有效关闭压力、设定出口压力、设定放散压力、设定切断压力。其中，当日调压器出口压力可以每隔5分钟进行一次采样，获得采样数据。

进一步地，若所述用户为工业用户，则读取第一时间段内的调压器出口压力数据、第二时间段内的有效关闭压力数据、设定出口压力数据、设定放散压力数据和设定切断压力数据、第一时间段内的燃气工况瞬时流量数据、第一时间段内的环境温度数据。

作为本发明的一种实施例，第一时间段，例如24个小时，即从每天0点到24点。第二时间段，例如一周，即7天。针对用户为工业用户的情况，需要读取当日调压器出口压力、过去一周记录的有效关闭压力、设定出口压力、设定放散压力、设定切断压力、当日燃气工况瞬时流量、当日环境温度；其中，当日调压器出口压力可以每隔5分钟进行一次采样，获得采样数据；当日燃气工况瞬时流量可以每隔5分钟进行一次采样，获得采样数据；当日环境温度可以每隔5分钟进行一次采样，获得采样数据。

在上述实施例中，可以使用集成于调压器和流量计中的压力、温度、流速传感器采集调压器出口压力、环境温度、天然气工况瞬时流量数据。数据采集时，针对具有多路传输的管道，需要采集多路工况瞬时流量，用总的瞬时流量和作为工况瞬时流量数据，温度数据应该真实反映工作环境中的温度，而非室外温度。

采集到数据后，利用调压器和流量计上的无线远传模块，将采集到的数据上传到底层统一采集平台，再由统一采集平台将数据发送到SCADA平台进行格式转换。

将每日采集到的数据存储在中间数据库中，支持定时分析和实时分析两种数据读取模式，存储过程中需注意设备的性能、容量、寿命、经济性等。

本发明适用性较强，有效适用于工业、商业、民用户等不同用户类型和不同厂家型号的调压器设备，并且有效适配不同的远传数据采集频率。

S102、对获取到的所述特征数据进行预处理。

所述预处理过程S200，包括：

S201、将所述用户的第一时间段内的调压器出口压力数据和/或燃气工况瞬时流量数据中大于预设最大阈值或小于预设最小阈值的数据进行剔除，若剩余的第一有效数据的数量与原始数据的比值大于预设比例阈值，则将所述第一有效数据线性填充到第一数量；否则远传数据有误，不进行分析。

作为本发明的一种实施例，去除当日出口压力/工况瞬时流量数据中由于远传错误产生的大于1000或者小于等于0的数据及NA数据，剩余数据为有效数据，如果有效数据占比大于阈值则对有效数据进行线性填充，将当日数据扩充为1440条，否则认定远传数据有误，不进行分析。

S202、若第一数量个所述第一有效数据中存在所述第一时间段内的调压器出口压力数据，则利用孤立森林方法去除所述第一数量个第一有效数据中调压器出口压力数据的离群数据点，得到第二有效数据。

在上述实施例中，若1440条有效数据中存在当日的调压出口压力数据，则利用孤立森林(Isolation Forest)方法去除其中的离群数据点。具体包括：

1)构建单棵iTree，从数据集中均匀抽样(无放回抽样)出n个样本，作为这棵树的训练样本。在样本中所有值范围内(最小值和最大值之间)随机选一个值，对样本进行二叉划分，将样本中小于该值的划分到节点的左边，大于等于该值的划分到节点的右边。由此得到一个分裂条件和左右两边的数据集，然后分别在左右两边的数据集上重复上面的过程，直到数据集只有一条记录或者达到了树的限定高度。

2)构建iForest，一颗iTree的结果往往不可信，iForest算法通过多次抽样，构建多颗二叉树。最后整合所有树的结果，并取平均深度作为最终的输出深度，当输入新的数据时深度低于平均深度的点作为离群点过滤掉。

S203、对所述第二有效数据进行低通滤波，得到第三有效数据。

采用三阶巴特沃斯低通滤波器对出口压力数据进行低通滤波，排除数据中的噪声干扰，平滑数据。

S204、若第一数量个所述第一有效数据中存在所述燃气工况瞬时流量数据，则对所述燃气工况瞬时流量数据进行非0值重复性检测，若重复率小于预设重复率阈值，则认为远传数据有误，不进行分析。

本发明，通过对接收数据进行预处理，判断数据是否满足真实性、完整性的需求，填充数据使得算法针对不同采集频率的数据均可进行分析，去除数据中因为传输问题、设备重启等原因造成的离群点。

通过读取当日采集到的分析所需数据，并对数据进行预处理确保输入算法的数据满足完整性和真实性需求，然后针对不同用户类型进行数据有效性的判断，当发现数据传输有误或数据所需数据缺失时发送报警信息，并终止当日分析。

S103、若在第一时间段内所述调压器存在关闭动作，则根据预处理后的特征数据计算所述调压器的稳态压力和关闭压力。

进一步地，所述调压器的稳态压力计算过程包括：

利用基于距离的聚类算法对所述第三有效数据进行聚类，选择聚类中心最低群簇点，对其进行核概率密度估计，选择密度曲线中第一个满足阈值的峰值点对应的压力点作为第一时间段内的稳态压力。

作为本发明的一种实施例，当日稳态压力基于填充后且去除离群点的分时出口压力数据，利用基于距离的聚类算法对其进行聚类，选择聚类中心最低群簇点，对其进行核概率密度估计(kde)，选择密度曲线第一个满足阈值的峰值点对应的压力点即为当日稳态压力。

进一步地，所述调压器的关闭压力计算过程针对于不同用户进行区分，具体包括：

对于工商民用户，若第一时间段内的调压器出口压力的振幅小于振幅阈值，则认为在第一时间段内持续用气且没有关闭动作，不判断该时间段内的关闭压力，用临近的有效关闭压力值作为第一时间段内的关闭压力；否则选取其中到达所述振幅阈值的出口压力值作为第一时间段内的关闭压力。

作为本发明的一种实施例，如果全天出口压力振幅小于阈值，则认为全天用气，此时没有关闭动作，不判断当日关闭压力。反之，针对夜间时段的填充后且去除离群点的分时出口压力数据，选取其中多次到达的高点数值作为当日关闭压力。

对于工业用户，若第一时间段内的燃气工况瞬时流量值持续为0的时间段超过第一时间阈值，则认为所述调压器在第一时间段内有关闭动作，将所述关闭动作发生时的压力值作为第一时间段内的关闭压力。

作为本发明的一种实施例，比对当日瞬时流量值，当其持续为0的时间段超过指定值时，认为当日调压器有关闭动作，选择关闭动作发生时的压力值作为当日关闭压力。

在一些实施例中，针对于工商民用户和工业用户，需要分析当日用户的用气状态。例如，针对工商民用户，如果当天全天用气，调压器没有关闭动作，则只分析计算当日稳态压力，当日关闭压力用最近一次记录到的有效关闭压力值代替。针对工业公户，如果当日全天未用气，则无法分析当日稳态压力且由于当日无法捕捉关闭动作，密闭管道内气体压力受环境温度影响很大，所以当日关闭压力亦无法分析，此时算法返回前台的分析结果为当日未用气。

S104、根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度。

作为本发明的一种实施例，所述调压器的关闭等级为：

其中，Q(t)为第一时间段内所述调压器的关闭等级；F(t)为第一时间段内所述调压器的关闭压力；F′(t)为第一时间段内所述调压器的稳态压力。

作为本发明的一种实施例，所述调压器的调压精度为：

其中，G(t)为第一时间段内所述调压器的调压精度；E(t)为第一时间段内的稳压区间均值。

可见，基于所得当日关闭压力、当日稳态压力数据并根据以下定义式计算该调压器关闭等级、调压精度等调压器性能指标。其中关闭等级可以代表当日调压器的关闭性能，调压精度可以代表当日调压器的稳压性能。

本发明可以准确识别计算出当日调压器的稳态压力和关闭压力值，这两个值可以准确反应该调压器的调压性能，并且可以反向指导运维人员检查系统录入的调压器设定数据，对于现场修改过设定的调压器及时备案，修改系统记录数据。同时，本发明运行维护简单，算法实现了对用户类型和数据结构的自适应，算法的分析判断逻辑基于行业一线专家的长期运维经验，清晰明了，算法不需要针对新用户重新训练模型，只需要读取到调压器上线时的设定参数和运行出口压力数据即可进行分析诊断。

S105、分析第一时间段内的所述调压器的运行状态，对所述调压器进行故障检测和预警判断。

作为本发明的一种实施例，对当日调压器的运行状态进行故障和预警判断。调压器故障类型包括：超压故障、串压故障、内漏故障、反馈放散阀失效故障、切断阀失效故障。调压器预警类型包括：瞬时欠压预警、疑似冰堵预警、疑似喘振预警、出口压力偏移预警、关闭等级超标预警、出口压力偏移预警、稳压精度过大预警、

作为本发明的一种实施例，针对工商民用户，对所述调压器进行故障检测和预警判断，包括：

若第一时间段内调压器出口压力的最高值超过调压器出口压力阈值，则反馈超压故障。例如，当日出口压力的最高值若超过阈值，则反馈超压故障。

获取第一时间段内的调压器出口压力序列中最长的连续上升片段，若所述片段的长度、坡度、起点、终点均达到预设值且不存在回落到稳压区间的过程，则反馈内漏故障。例如，获取当日出口压力序列中最长连续上升片段，如果片段长度、坡度、起点、终点均达到指定值且不存在回落到稳压区间的回压过程，则反馈内漏故障。

获取第一时间段内的压力序列中的短时压力串升序列，若所述短时压力串升序列发生在第一时间段中的第一固定时段且串升起点和串升终点符合指定串升起点和指定串升终点，则反馈串压故障；若所述短时压力串升序列发生在第一时间段中的第二固定时段且串升起点和串升终点符合指定串升起点和指定串升终点，则反馈疑似喘振预警。例如，找到当日压力序列中短时压力串升序列，且串升起点和终点符合指定值，当其发生在夜间时段时，则反馈串压故障；当其发生在白天时段时，则反馈疑似喘振预警。

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定放散压力值的时间超过第二时间阈值，则反馈放散阀失效故障。例如，如果当日出口压力长时间超过预设放散压力值，则反馈故障：放散阀失效。

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定切断压力值的时间超过第三时间阈值，则反馈切断阀失效故障。例如，如果当日压力长时间超过预设切断压力值，则反馈故障：切断阀失效。

若第一时间段内的实际稳态压力与设定稳态压力偏离超过预设偏离阈值，则反馈出口压力偏移预警。例如，如果当日实际稳态压力偏离设定稳态压力过大，则反馈预警：出口压力偏移。

若第一时间段内的关闭等级超过预设关闭等级，则反馈关闭等级超标预警。例如，如果当日关闭等级超过设定关闭等级，则反馈预警：关闭等级超标。

若第一时间段内的稳压精度超过预设稳压精度阈值，则反馈稳压精度过大预警。例如，如果当日稳压精度超过设定值，则反馈预警：稳压精度过大。

作为本发明的一种实施例，针对工业用户，对所述调压器进行故障检测和预警判断，包括：

对第一时间段内的无用气量的时段的压力序列进行高通滤波，若其中高频信号存在超过第一范围的脉冲，则反馈串压故障。例如，对于当日无用气量时段压力序列进行高通滤波，对于其中的高频信号如果存在超过范围的脉冲则反馈串压故障。

若在第一时间段内所述调压器启动动作发生后出现压力与稳态压力的差大于差阈值，且持续时间小于第四时间阈值，则反馈瞬时欠压预警。例如，如果当日调压器启动动作发生后压力短暂低于稳态压力过多则反馈预警：瞬时欠压。

若在第一时间段内的稳态压力、关闭等级、稳压精度与对应预设值的偏离值超过对应的偏离阈值，则反馈疑似冰堵预警。例如，如果当日稳态压力、关闭等级、稳压精度偏离设定，且当日采集的环境温度值长时间保持在0度以下，则反馈预警：疑似冰堵。

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定放散压力值的时间超过第二时间阈值，则反馈放散阀失效故障。例如，如果当日出口压力长时间超过预设放散压力值，则反馈故障：放散阀失效。

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定切断压力值的时间超过第三时间阈值，则反馈切断阀失效故障。例如，如果当日压力长时间超过预设切断压力值，则反馈故障：切断阀失效。

若第一时间段内的实际稳态压力与设定稳态压力偏离超过预设偏离阈值，则反馈出口压力偏移预警。例如，如果当日实际稳态压力偏离设定稳态压力过大，则反馈预警：出口压力偏移。

若第一时间段内的关闭等级超过预设关闭等级，则反馈关闭等级超标预警。例如，如果当日关闭等级超过设定关闭等级，则反馈预警：关闭等级超标。

若第一时间段内的稳压精度超过预设稳压精度阈值，则反馈稳压精度过大预警。例如，如果当日稳压精度超过设定值，则反馈预警：稳压精度过大。

作为本发明的一种实施例，可以利用当日出口压力曲线形态结合上一步求出的调压器运行性能指标分析当日调压器运行状态，状态信息包括故障、预警和正常三种，检测是否有故障或预警发生。对于故障和预警状态会显示相应的具体故障类型，并将分析所得的运行结论反馈回前台。应用搭载了本算法的调压器预防性维护软件平台，可以实现远程查看调压器运行状态，监控调压器的运行性能。

在一些实施例中，输出算法分析所得结果到前台，包括故障、预警和正常状态及相应状态下的具体问题类型。其中故障状态的优先级高于预警状态。

通过一个具体实施例，对现有基于自编码器的调压器故障检测技术和本发明实施例的优点进行论述。本实施例采用来自某燃气公司采集的半年内50家工商民用户和200家工业用户每日调压器远传数据。对数据进行逐日分析并分别运用基于自编码器的算法和本发明算法对所有用户的每日稳态压力和关闭压力进行判断并与现场实测值进行对比得到平均相对误差，稳态压力和关闭压力计算偏差结果如表1所示。

表1

由表1可见两种方法对于商业用户的稳态压力和关闭压力的测算精度基本相同，平均相对误差较小，都可以较好的满足分析需求。而对于工业用户的稳态压力和关闭压力测算，本算法的精度明显高于基于自编码器算法的测算精度，更符合分析需求。

在故障诊断准确率方面，对所有用户数据进行调压器故障检测分析，检测的故障类型包括串压、内漏、放散阀失效、切断阀失效、喘振、关闭等级超标、稳压精度过大，结合实际现场验证结果得到诊断结果，以准确率的形式体现，如表2所示。

表2

由表2可见基于本算法的调压器故障检测诊断准确度更高，说明本算法模型面向工业和工商民用户不同的用气习惯和调压器型号时，具有较好的鲁棒性和泛化性。

在算法分析速度方面，为了评估实验效果，我们对基于本算法的调压器故障检测方式和基于自编码器的调压器故障检测方式进行了对比测试实验，实验均基于目前部署实例的数据和服务器平台。实验结果如表3所示。10次实验中，本发明算法平均用时为574.4秒，自编码器算法平均用时为1158.4秒。从表3可知，基于本发明算法的调压器性能检测技术在速度上明显优于基于自编码器算法的调压器性能检测技术，约为自编码器算法耗时的44.4％左右，即基于本发明算法的调压器性能检测技术在运行速度上提升约50.1％。

表3

通过上述实施例可以看出，本发明相对于现有调压器性能检测方法的优点为：

一、降低巡检运维成本，打破传统调压器运维方式，不再需要运维人员定期巡检调压器运行状态及性能，实现远程查看，在线运维，节省了大量的人力和时间。

二、实施过程简单，只需要采集每日SCADA上的调压器远传数据，即可以实现对前一天该调压器运行状态和性能分析，调压器预防性维护软件平台会针对故障或性能下降的调压器发出故障或预警信号，运维人员可以根据反馈信号安排运维工作，目的性更强。

三、运行维护简单，算法实现了对用户类型和数据结构的自适应，算法的分析判断逻辑基于行业一线专家的长期运维经验，清晰明了，算法不需要针对新用户重新训练模型，只需要读取到调压器上线时的设定参数和运行出口压力数据即可进行分析诊断。

四、业务门槛较低，算法的诊断分析过程基于燃气行业长期积累的调压器运维经验，产生的故障或预警信号可以清楚的指出目前调压器存在的故障问题或者性能下降情况，故降低了调压器运维诊断工作的业务门槛。

五、可以准确识别计算出当日调压器的稳态压力和关闭压力值，这两个值可以准确反应该调压器的调压性能，并且可以反向指导运维人员检查系统录入的调压器设定数据，对于现场修改过设定的调压器及时备案，修改系统记录数据。

六、诊断准确度高，基于现场检验和数据分析，验证了算法对于故障和预警的分析准确率达到40％以上，针对单个用户的平均分析耗时不到1.5秒。算法的分析准确性和时间复杂度均可以满足调压器在线运维的需求。

七、分析速度快，时效性强，算法针对单个用户的平均分析耗时不到1.5秒，结合调压器运维平台可以在夜间对前一日所有在线调压器的全天运行数据进行分析，并给出分析结果。运维人员在当日上班时即可收到前一日调压器的故障或预警报告，组织安排维修，较传统的基于巡检和用户报修的调压器运维方式运维时效性大幅提高。

八、适用性较强，算法有效适用于工业、商业、民用户等不同用户类型和不同厂家型号的调压器设备，并且有效适配不同的远传数据采集频率。

九、可以实现不同终端的部署，算法可以配置部署于服务器端的软件平台，实现集中运维分析，也可以实现手机端的微信小程序部署，方便就地登录，查看分析结果。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。

如图3所示，装置300包括：

获取模块310，用于根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据；

预处理模块320，用于对获取到的所述特征数据进行预处理；

第一计算模块330，用于若在第一时间段内所述调压器存在关闭动作，则根据预处理后的特征数据计算所述调压器的稳态压力和关闭压力；

第二计算模块340，用于根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度；

检测判断模块350，用于分析第一时间段内的所述调压器的运行状态，对所述调压器进行故障检测和预警判断。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

根据本发明的实施例，本发明还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。

图4示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备400的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

设备400包括计算单元401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的计算机程序或者从存储单元408加载到随机访问存储器(RAM)403中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还可存储设备400操作所需的各种程序和数据。计算单元401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。

设备400中的多个部件连接至I/O接口405，包括：输入单元406，例如键盘、鼠标等；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘、光盘等；以及通信单元404，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元404允许设备400通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元401可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元401的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元401执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法S101～S105。例如，在一些实施例中，方法S101～S105可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元408。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 402和/或通信单元404而被载入和/或安装到设备400上。当计算机程序加载到RAM 403并由计算单元401执行时，可以执行上文描述的方法S101～S105的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元401可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法S101～S105。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于数据分析的燃气调压器性能检测方法，其特征在于，包括：

根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据；

对获取到的所述特征数据进行预处理；

若在第一时间段内所述调压器存在关闭动作，则根据预处理后的特征数据计算所述调压器的稳态压力和关闭压力；

根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度；

分析第一时间段内的所述调压器的运行状态，对所述调压器进行故障检测和预警判断；

所述根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据，包括：

若所述用户为工商民用户，则读取第一时间段内的调压器出口压力数据、第二时间段内的有效关闭压力数据、设定出口压力数据、设定放散压力数据和设定切断压力数据；

若所述用户为工业用户，则读取第一时间段内的调压器出口压力数据、第二时间段内的有效关闭压力数据、设定出口压力数据、设定放散压力数据和设定切断压力数据、第一时间段内的燃气工况瞬时流量数据、第一时间段内的环境温度数据；

所述根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度，包括：

其中，Q t为第一时间段内所述调压器的关闭等级；G t为第一时间段内所述调压器的调压精度；F t为第一时间段内所述调压器的关闭压力；F′(t为第一时间段内所述调压器的稳态压力；E t为第一时间段内的稳压区间均值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对获取到的所述特征数据进行预处理，包括：

将所述用户的第一时间段内的调压器出口压力数据和/或燃气工况瞬时流量数据中大于预设最大阈值或小于预设最小阈值的数据进行剔除，若剩余的第一有效数据的数量与原始数据的比值大于预设比例阈值，则将所述第一有效数据线性填充到第一数量；否则远传数据有误，不进行分析；

若所述第一有效数据中存在所述第一时间段内的调压器出口压力数据，则利用孤立森林方法去除所述第一有效数据中调压器出口压力数据的离群数据点，得到第二有效数据；对所述第二有效数据进行低通滤波，得到第三有效数据；

若所述第一有效数据中存在所述燃气工况瞬时流量数据，则对所述燃气工况瞬时流量数据进行重复性检测，若重复率小于预设重复率阈值，则认为远传数据有误，不进行分析。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调压器的稳态压力计算过程包括：

利用基于距离的聚类算法对所述第三有效数据进行聚类，选择聚类中心最低群簇点，对其进行核概率密度估计，选择密度曲线中第一个满足阈值的峰值点对应的压力点作为第一时间段内的稳态压力。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调压器的关闭压力计算过程包括：

对于工商民用户，若第一时间段内的调压器出口压力的振幅小于振幅阈值，则认为在第一时间段内持续用气且没有关闭动作，不判断该时间段内的关闭压力，用临近的有效关闭压力值作为第一时间段内的关闭压力；否则选取其中到达所述振幅阈值的出口压力值作为第一时间段内的关闭压力；

对于工业用户，若第一时间段内的燃气工况瞬时流量值持续为0的时间段超过第一时间阈值，则认为所述调压器在第一时间段内有关闭动作，将所述关闭动作发生时的压力值作为第一时间段内的关闭压力。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对工商民用户，对所述调压器进行故障检测和预警判断，包括：

若第一时间段内调压器出口压力的最高值超过调压器出口压力阈值，则反馈超压故障；

获取第一时间段内的调压器出口压力序列中最长的连续上升片段，若所述片段的长度、坡度、起点、终点均达到预设值且不存在回落到稳压区间的过程，则反馈内漏故障；

获取第一时间段内的压力序列中的短时压力串升序列，若所述短时压力串升序列发生在第一时间段中的第一固定时段且串升起点和串升终点符合指定串升起点和指定串升终点，则反馈串压故障；若所述短时压力串升序列发生在第一时间段中的第二固定时段且串升起点和串升终点符合指定串升起点和指定串升终点，则反馈疑似喘振预警；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定放散压力值的时间超过第二时间阈值，则反馈放散阀失效故障；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定切断压力值的时间超过第三时间阈值，则反馈切断阀失效故障；

若第一时间段内的实际稳态压力与设定稳态压力偏离超过预设偏离阈值，则反馈出口压力偏移预警；

若第一时间段内的关闭等级超过预设关闭等级，则反馈关闭等级超标预警；

若第一时间段内的稳压精度超过预设稳压精度阈值，则反馈稳压精度过大预警。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对工业用户，对所述调压器进行故障检测和预警判断，包括：

对第一时间段内的无用气量的时段的压力序列进行高通滤波，若其中高频信号存在超过第一范围的脉冲，则反馈串压故障；

若在第一时间段内所述调压器启动动作发生后出现压力与稳态压力的差大于差阈值，且持续时间小于第四时间阈值，则反馈瞬时欠压预警；

若在第一时间段内的稳态压力、关闭等级、稳压精度与对应预设值的偏离值超过对应的偏离阈值，则反馈疑似冰堵预警；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定放散压力值的时间超过第二时间阈值，则反馈放散阀失效故障；

若第一时间段内的调压器出口压力超过设定切断压力值的时间超过第三时间阈值，则反馈切断阀失效故障；

若第一时间段内的实际稳态压力与设定稳态压力偏离超过预设偏离阈值，则反馈出口压力偏移预警；

若第一时间段内的关闭等级超过预设关闭等级，则反馈关闭等级超标预警；

若第一时间段内的稳压精度超过预设稳压精度阈值，则反馈稳压精度过大预警。

7.一种基于数据分析的燃气调压器性能检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于根据用户类型获取所述用户对应的调压器的特征数据；

预处理模块，用于对获取到的所述特征数据进行预处理；

第一计算模块，用于若在第一时间段内所述调压器存在关闭动作，则根据预处理后的特征数据计算所述调压器的稳态压力和关闭压力；

第二计算模块，用于根据所述调压器的稳态压力和关闭压力计算所述调压器的关闭等级和调压精度；

检测判断模块，用于分析第一时间段内的所述调压器的运行状态，对所述调压器进行故障检测和预警判断。

8.一种电子设备，至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其特征在于，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6中任一项所述的方法。

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