输水管道的泄漏检测与定位

输水管道是一个城市的生命线，其泄漏问题会严重浪费水资源、造成经济损失并危害居民生命健康，因此及时有效地检测并定位泄漏源对城市的可持续发展具有重要意义。本书阐述了输水管道泄漏检测与定位的基本理论和方法，详细介绍了基于负压波信号和声发射信号的降噪方法、泄漏故障特征挖掘方法、泄漏检测方法以及泄漏点定位方法。本书以变分模态分解等基本信号处理方法为基础，利用人工智能研究了负压波信号和声发射信号降噪；利用特征提取技术，展开了泄漏点识别与定位技术的研究，其中包括负压波信号压降特征提取、声发射信号异常点识别等；利用仿真泄漏信号、实验室模拟泄漏试验平台采集的泄漏信号以及真实输水管道模拟泄漏信号，验证了各种方法的有效性；利用深度学习构造迁移模型，解决了实际运行输水管道泄漏特征数据较少的问题。 本书可供从事管道检测和运维的工程技术人员阅读使用，也可供相关专业的在校师生及科研人员参考。

江竹，西华大学能源与动力工程学院学术委员会主任委员，教授。主要从事信号处理、故障诊断等领域教研工作。作为项目负责人主持科研项目十余项，其中包括国家重大基础研究（973）项目专题2项，总装备部预研重点基金项目2项，国家重点实验室开放基金2项，其他省部级项目3项。发表论文40余篇，其中SCI/EI检索30余篇。 李正贵，青海理工学院/西华大学教授，博士生导师,享受国务院政府特殊津贴专家、第十二届发明创业奖-人物奖获得者，中国产学研合作奖人物获得者，流体及动力机械教育部重点实验室执行主任。国家自然科学基金项目评委，教育部学位论文评审专家。多年从事水力机械流动机理研究、特种流体机械新产品开发，主持国家重点研发计划项目子课题1项，主研国家重点研发计划项目专题1项、主持完成国家重点工程子项目2项，主持国家自然基金面上项目2项、主持省级科研项目5项，其他科研项目20多项；完成重大技术改造及关键技术攻关23项；发表学术论文160余篇，ESI 6篇，SCI 50余篇，获得国防科技进步奖及其他省部级科技奖6项，获得中央企业科技奖8项。

前言 第1章　绪论1 1.1　输水管道泄漏检测与定位技术发展现状1 1.2　负压波技术7 1.3　声发射技术9 1.3.1　声信号的传播特性9 1.3.2　声信号的幅频特性10 1.3.3　声信号的衰减特性11 1.4　输水管道泄漏定位技术11 1.5　本章小结14 第2章　负压波信号降噪15 2.1　VMD信号分解原理及参数设置16 2.1.1　VMD原理16 2.1.2　参数设置的影响18 2.2　基于信息熵的VMD参数优化与信号降噪22 2.2.1　信息熵22 2.2.2　VMD参数优化23 2.2.3　基于皮尔逊相关系数的有效IMF筛选24 2.2.4　仿真试验28 2.3　基于遗传算法和模糊熵的VMD参数优化与信号降噪30 2.3.1　压力信号重构及信号噪声估计30 2.3.2　基于遗传算法和模糊熵的VMD参数优化与信号降噪33 2.3.3　仿真分析39 2.4　基于北方苍鹰算法的VMD参数优化与信号降噪43 2.4.1　基于北方苍鹰算法的变分模态分解43 2.4.2　基于北方苍鹰算法的优化变分模态分解45 2.4.3　评价指标47 2.4.4　仿真验证48 2.5　本章小结51 第3章　声发射信号降噪52 3.1　噪声的构成52 3.2　VMD-互相关系数算法53 3.3　VMD-希尔伯特变换算法54 3.3.1　希尔伯特变换原理54 3.3.2　VMD-希尔伯特变换算法流程57 3.4　仿真试验59 3.4.1　互相关算法60 3.4.2　VMD-互相关系数算法61 3.4.3　VMD-希尔伯特变换算法64 3.5　本章小结67 第4章　输水管道泄漏识别和泄漏点定位方法68 4.1　基于负压波信号的输水管道泄漏识别与泄漏点定位68 4.1.1　试验设备68 4.1.2　整体试验系统69 4.1.3　泄漏定位试验设计71 4.2　基于负压波信号管道泄漏识别与泄漏点定位方法72 4.2.1　基于VMD的泄漏定位72 4.2.2　基于改进变分模态分解的泄漏定位82 4.2.3　基于负压波信号高频成分的泄漏定位89 4.3　基于声发射信号管道泄漏识别与泄漏点定位116 4.3.1　输水管道泄漏定位试验系统116 4.3.2　泄漏模拟试验121 4.4　本章小结130 第5章　原水管道泄漏识别和泄漏点定位131 5.1　原水管道泄漏检测方法131 5.1.1　负压波数据集133 5.1.2　基于变窗法的Transformer139 5.1.3　基于参数的Transformer-TL141 5.2　泄漏定位方法143 5.2.1　负压波拐点初定位143 5.2.2　负压波拐点定位145 5.3　试验与结果分析146 5.3.1　泄漏检测结果与分析146 5.3.2　泄漏定位结果与分析151 5.4　本章小结153 参考文献154