本發(fā)明涉及管道故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法。

背景技術(shù)：
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石油和天然氣等是具有流體特性的不可再生資源，又因其沒(méi)有一定的形狀，管道運(yùn)輸在不受氣候驟變和環(huán)境突變的影響的同時(shí)還可以跨越長(zhǎng)距離大量運(yùn)輸，因此管道運(yùn)輸成為運(yùn)輸石油和天然氣等流體的必然選擇。當(dāng)油氣輸送過(guò)程中，發(fā)生管道泄漏尤其爆管時(shí)，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，能源損失，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響，重則會(huì)造成人員傷亡，管道運(yùn)輸?shù)男孤z測(cè)與管道維護(hù)是管道運(yùn)輸?shù)闹匾y題之一。

在國(guó)內(nèi)外范疇上，行業(yè)公認(rèn)且行之有效的安全檢測(cè)最有效手段就是管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，即為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，而不同于任何以往的破壞性檢測(cè)。該檢測(cè)技術(shù)就是在不破壞管道化學(xué)性質(zhì)和原有狀態(tài)的基礎(chǔ)上，能夠獲取管道特征的檢查方法。管道內(nèi)檢測(cè)器裝置借助管道內(nèi)介質(zhì)的物理流動(dòng)作用作為動(dòng)力在管道內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)內(nèi)檢測(cè)裝置在管道中被取出后，再針對(duì)于檢測(cè)器所采集到的完整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和處理。并且經(jīng)過(guò)相應(yīng)計(jì)算得到管道被腐蝕的缺陷形狀和具體所處位置信息。因此，管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)能夠攻克所檢測(cè)管道的缺陷位置難題，不僅能夠準(zhǔn)確定位，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警，并且能夠識(shí)別出缺陷的類(lèi)型甚至大小，進(jìn)而在維護(hù)管道方面提供了強(qiáng)而有力的科學(xué)依據(jù)與特征提取方法，在很大程度上避免了管道的盲目維修，大大地減少了管道維修所花費(fèi)的人力和物力等。管道內(nèi)檢測(cè)機(jī)器人主要通過(guò)直接無(wú)損的方法對(duì)管道進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，其在管道中行走前進(jìn)的動(dòng)力為管道輸送介質(zhì)，通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得出管道的變形、缺陷、腐燭、裂紋程度情況并且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行準(zhǔn)確定位。管道無(wú)損檢測(cè)在管道安全工程中能夠準(zhǔn)確無(wú)誤定位到管道缺陷部位，詳細(xì)了解到管道運(yùn)行狀況，是保證管道科學(xué)高效與安全有效運(yùn)營(yíng)的方法。通過(guò)采用科學(xué)有效地?zé)o損檢測(cè)手段實(shí)現(xiàn)了管道的壽命預(yù)測(cè)，延長(zhǎng)管道的使用壽命以及故前預(yù)防，并且經(jīng)濟(jì)效益也得到了大大提升。

然而管道內(nèi)檢測(cè)器在采集管道漏磁數(shù)據(jù)過(guò)程中，會(huì)摻雜各種各樣的噪聲信號(hào)。即使抑制了外界干擾源，在漏磁檢測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)的整個(gè)過(guò)程中差不多依然會(huì)出現(xiàn)噪聲，其中有少量的系統(tǒng)噪聲，大多數(shù)為隨機(jī)噪聲。從漏磁信號(hào)濾波根源來(lái)說(shuō)，濾波方法均為低通濾波算法。低通濾波算法本身是一把雙刃劍，它不僅可以實(shí)現(xiàn)漏磁信號(hào)噪聲濾除，而且能夠消除漏磁信號(hào)中部分有用高頻信息。以此看來(lái)，我們?cè)谘芯棵糠N去噪方法的過(guò)程，本質(zhì)上就是在保留高頻信息與去噪之間進(jìn)行權(quán)衡?，F(xiàn)有漏磁數(shù)據(jù)濾波技術(shù)存在很多不足之處，例如現(xiàn)有管道壽命預(yù)測(cè)不準(zhǔn)，管道故障診斷時(shí)難于進(jìn)行特征提取，濾波效果不明顯等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法，使管道壽命預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確，管道故障診斷時(shí)更加易于特征提取，濾波效果明顯，并具有快速精準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)處理功能。

一種管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法，包括以下步驟：

步驟1：利用管道內(nèi)檢測(cè)器裝置采集漏磁信號(hào)，進(jìn)行放大處理后存儲(chǔ)，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，進(jìn)行基值校正縮放復(fù)原，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為實(shí)際數(shù)字電壓信號(hào)；

步驟2：用改進(jìn)的平均中值校正方法對(duì)步驟1輸出的數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行基線(xiàn)校正，具體步驟如下：

步驟2-1：將可能存在的缺陷信號(hào)去除掉，允許去除掉比缺陷信號(hào)范圍更大的信號(hào)數(shù)據(jù)，盡可能只保留無(wú)缺陷處的表示磁場(chǎng)強(qiáng)度的漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)；

步驟2-2：按公式對(duì)軸向漏磁信號(hào)進(jìn)行基線(xiàn)校正，得到校正后的軸向漏磁信號(hào)矩陣X∈R^p×q，其中，q為管道內(nèi)檢測(cè)器中的軸向霍爾傳感器個(gè)數(shù)，p為每個(gè)霍爾傳感器的數(shù)據(jù)總里程點(diǎn)數(shù)，V_v(u)′為第v個(gè)霍爾傳感器在第u個(gè)里程點(diǎn)處檢測(cè)到的校正后的電壓值，V_v(u)為第v個(gè)霍爾傳感器在第u個(gè)里程點(diǎn)處檢測(cè)到的校正前的電壓值，V_v為第v個(gè)霍爾傳感器檢測(cè)到的p個(gè)電壓值的中值；

步驟3：用變尺度窗插值擬合算法對(duì)步驟2輸出的漏磁信號(hào)進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的查找、剔除和補(bǔ)償，具體步驟如下：

步驟3-1：讀取基線(xiàn)校正后的單通道漏磁數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)1×g的變尺度滑動(dòng)窗，g為滑動(dòng)窗的寬度；

步驟3-2：將滑動(dòng)窗從單通道漏磁數(shù)據(jù)首端到數(shù)據(jù)末端進(jìn)行滑動(dòng)，通過(guò)滑動(dòng)窗中的數(shù)據(jù)差值擬合出下一點(diǎn)，將這個(gè)點(diǎn)再和實(shí)際的點(diǎn)進(jìn)行比較得到差值，將該差值和預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，如果差值比預(yù)設(shè)閾值大，則判定為是異常點(diǎn)，反之，則為正常點(diǎn)；

步驟3-3：如果單通道漏磁數(shù)據(jù)本身存在很多異常點(diǎn)，則會(huì)記錄很多的離散異常點(diǎn)，若這些異常點(diǎn)離得很近，則認(rèn)為其間的數(shù)據(jù)有可能也無(wú)效，需要對(duì)所有的離散異常點(diǎn)進(jìn)行重組；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鄰近插值計(jì)算，如果兩個(gè)異常點(diǎn)之間數(shù)據(jù)少于兩個(gè)，則將其合并為一段，反之，則不進(jìn)行重組；

步驟3-4：利用三次樣條插值對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，輸出補(bǔ)償后的漏磁信號(hào)；

步驟4：用基于閾值的方法對(duì)步驟3輸出的漏磁信號(hào)進(jìn)行單通道信號(hào)分類(lèi)，將其中的非管道部件漏磁信號(hào)分為無(wú)缺陷信號(hào)、小波動(dòng)信號(hào)和大缺陷信號(hào)，具體步驟如下：

步驟4-1：設(shè)漏磁信號(hào)峰值閾值為σ，若某通道漏磁信號(hào)峰值超過(guò)σ，則該通道內(nèi)的對(duì)應(yīng)位置為焊縫，并向左右兩邊的數(shù)據(jù)各擴(kuò)充一個(gè)寬度ε，為該管道的管道部件漏測(cè)信號(hào)，剩余的數(shù)據(jù)為非管道部件漏磁信號(hào)；

步驟4-2：將海量非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分割，分段進(jìn)行處理，分別對(duì)每段數(shù)據(jù)利用求中值乘系數(shù)θ₁(θ₁＞1)的方法自動(dòng)計(jì)算自適應(yīng)閾值λ₁，λ₁用于區(qū)分漏磁信號(hào)是否含缺陷，如果非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)沒(méi)有超過(guò)閾值λ₁，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是無(wú)缺陷漏磁信號(hào)，記為ψ₁，如果非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值λ₁，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是疑似有缺陷的漏磁信號(hào)，記為ψ₁′；

步驟4-3：對(duì)疑似有缺陷的漏磁信號(hào)ψ₁′進(jìn)行信號(hào)段擴(kuò)展，在擴(kuò)展后的信號(hào)段中尋找波谷值與波峰值，再求最大波谷差，然后根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)得到小缺陷信號(hào)的峰谷差，即自適應(yīng)閾值λ₂，λ₂用于判斷疑似有缺陷的漏磁信號(hào)的波動(dòng)情況，如果擴(kuò)展后的信號(hào)段中的漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)沒(méi)有超過(guò)λ₂，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是小波動(dòng)信號(hào)，記為ψ₂，如果擴(kuò)展后的信號(hào)段中的漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)超過(guò)λ₂，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是大缺陷信號(hào)，記為ψ₃；

步驟4-4：當(dāng)該管道的全部非管道部件漏磁信號(hào)分類(lèi)處理完畢后，信號(hào)段間會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，需重新標(biāo)定，將ψ₂與ψ₁重疊部分歸為ψ₂，將ψ₃與ψ₁重疊部分歸為ψ₃，將ψ₃與ψ₂重疊部分歸為ψ₃；

步驟4-5：判斷是否所有管道均完成漏磁信號(hào)分類(lèi)處理，若沒(méi)有完成，則返回步驟4-1至步驟4-4，對(duì)下一管道進(jìn)行漏磁信號(hào)分類(lèi)處理，若完成，則執(zhí)行步驟5；

步驟5：對(duì)步驟4中不同的信號(hào)類(lèi)別采取相應(yīng)的自適應(yīng)濾波算法進(jìn)行線(xiàn)濾波，具體步驟如下：

步驟5-1：對(duì)無(wú)缺陷漏磁信號(hào)ψ₁進(jìn)行線(xiàn)濾波，先通過(guò)FFT濾波算法進(jìn)行粗濾波，直接進(jìn)行高頻段噪聲的剔除，再通過(guò)中值濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步削減，最后通過(guò)平滑均值濾波平滑漏磁信號(hào)，進(jìn)行無(wú)缺陷信號(hào)混合濾波；

步驟5-2：對(duì)小波動(dòng)信號(hào)ψ₂進(jìn)行線(xiàn)濾波，先通過(guò)等紋低通濾波算法對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)貝塞爾濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，進(jìn)行小波動(dòng)信號(hào)混合濾波；

步驟5-3：對(duì)大缺陷信號(hào)ψ₃進(jìn)行線(xiàn)濾波，先通過(guò)窗函數(shù)法濾波算法對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)小波濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，進(jìn)行大缺陷信號(hào)混合濾波；

步驟6：通過(guò)對(duì)比和分析相鄰?fù)ǖ篱g噪聲影響的程度，進(jìn)行漏磁信號(hào)多通道均衡化；

步驟7：用基于連通域的方法對(duì)步驟6輸出的非管道部件漏磁信號(hào)進(jìn)行多通道信號(hào)區(qū)域分類(lèi)，分為無(wú)缺陷區(qū)域、小波動(dòng)區(qū)域和大缺陷區(qū)域，具體步驟如下：

步驟7-1：將海量非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分割，分區(qū)域進(jìn)行處理，分別對(duì)每區(qū)域漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)利用求中值乘系數(shù)θ₂(θ₂＞1)的方法自動(dòng)計(jì)算自適應(yīng)區(qū)域閾值λ₃，λ₃用于區(qū)分該漏磁信號(hào)區(qū)域是否含有缺陷，如果區(qū)域閾值λ₃為0，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)闊o(wú)缺陷區(qū)域，記為ψ₄，如果區(qū)域閾值λ₃為1，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)橐伤朴腥毕莸膮^(qū)域，記為ψ₄′；

步驟7-2：對(duì)疑似有缺陷的區(qū)域ψ₄′進(jìn)行區(qū)域擴(kuò)展，在擴(kuò)展后的區(qū)域中尋找波谷值與波峰值，再求最大波谷差，然后根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)得到小缺陷信號(hào)的峰谷差即自適應(yīng)區(qū)域閾值λ₄，λ₄用于判斷疑似有缺陷的漏磁信號(hào)區(qū)域的波動(dòng)情況，如果區(qū)域閾值λ₄為0，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)樾〔▌?dòng)區(qū)域，記為ψ₅，如果區(qū)域閾值λ₄為1，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)榇笕毕輩^(qū)域，記為ψ₆；

步驟7-3：當(dāng)該管道的全部非管道部件漏磁信號(hào)處理完畢后，信號(hào)段間會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，需重新標(biāo)定，將ψ₅與ψ₄重疊部分歸為ψ₅，將ψ₆與ψ₄重疊部分歸為ψ₆，將ψ₆與ψ₅重疊部分歸為ψ₆；

步驟7-4：判斷是否所有管道均完成漏磁信號(hào)區(qū)域分類(lèi)處理，若沒(méi)有完成，則返回步驟7-1至步驟7-4，對(duì)下一管道進(jìn)行漏磁信號(hào)區(qū)域分類(lèi)處理，若完成，則執(zhí)行步驟8；

步驟8：對(duì)步驟7中不同的信號(hào)區(qū)域采取相應(yīng)的濾波算法進(jìn)行面濾波，具體步驟如下：

步驟8-1：對(duì)無(wú)缺陷區(qū)域ψ₄進(jìn)行面濾波，先通過(guò)中值濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行削減，再通過(guò)均值濾波平滑曲線(xiàn)，進(jìn)行無(wú)缺陷區(qū)域混合濾波；

步驟8-2：對(duì)小波動(dòng)區(qū)域ψ₅進(jìn)行面濾波，先通過(guò)高斯濾波算法對(duì)小缺陷區(qū)域漏磁信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)去噪與盡可能大的使缺陷信號(hào)不失真，再通過(guò)巴特沃斯濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，達(dá)到缺陷信號(hào)圖像增強(qiáng)的效果，進(jìn)行小波動(dòng)區(qū)域混合濾波；

步驟8-3：對(duì)大缺陷區(qū)域ψ₆進(jìn)行面濾波，先通過(guò)高斯濾波算法對(duì)大缺陷區(qū)域漏磁信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)小波包濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，進(jìn)行大缺陷區(qū)域混合濾波。

進(jìn)一步地，所述步驟6的漏磁信號(hào)多通道均衡化，具體包括以下步驟：

步驟6-1：選擇管道系統(tǒng)n+1條通道中的一個(gè)通道為參考通道，其余n條為輔助通道，c_ref(t)和c_i(t)分別為參考通道和第i條輔助通道的固有時(shí)域脈沖響應(yīng)，C_ref(jω)和C_i(jω)分別為參考通道和第i條輔助通道的頻域傳遞函數(shù)，其中，i＝1，2，…，n，輔助通道和參考通道的輸入信號(hào)均為d(t)，第i條輔助通道和參考通道的輸出信號(hào)分別為信號(hào)x_i(t)和y_ref(t)，且分別滿(mǎn)足式(1)和式(2)；

步驟6-2：采用窗函數(shù)法均衡濾波器進(jìn)行濾波，使n+1條通道的每個(gè)傳遞函數(shù)均能完好的配對(duì)，保證通過(guò)參考通道的延遲量與通過(guò)輔助通道的延遲量相同，即輸出信號(hào)等效，如式(3)和式(4)所示；

C_ref(jω)×H_ref(jω)＝H_i(jω)×C_i(jω)，i＝1，2，…，n (3)

其中，H_ref(jω)是具有線(xiàn)性相位響應(yīng)的全通濾波器的傳遞函數(shù)，H_i(jω)表示第i條通道所需的均衡化傳遞函數(shù)；

則第i條通道所需的均衡化傳遞函數(shù)H_i(jω)為式(5)；

第N個(gè)濾波器的傳遞函數(shù)由式(6)表示；

其中，h_k表示權(quán)重系數(shù)；

定義a(ω)＝[1，e^-jω，…，e^-jω(N-1)]^T和h＝[h₁，h₂，…，h_N]^T，a(ω)和h均為N×1向量，a^T(ω)h的結(jié)果為自適應(yīng)均衡化后的頻率響應(yīng)。

選擇權(quán)重系數(shù)向量h使得向量規(guī)范γ最小，向量規(guī)范γ表示理想濾波器響應(yīng)與實(shí)際獲得的響應(yīng)之間的最小平方差，用式(7)表示；

其中，a(ω_z)表示同一里程點(diǎn)數(shù)、不同通道的電壓量組成的向量；W_z表示對(duì)角權(quán)重矩陣，是一個(gè)加權(quán)矩陣；ω_z表示第z個(gè)里程點(diǎn)，H(jω_z)表示同一里程點(diǎn)數(shù)、不同通道所需的均衡化傳遞函數(shù)組成的向量。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供一種管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法，一方面在濾波前對(duì)漏磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了查找、剔除與補(bǔ)償，減輕了濾波負(fù)擔(dān)；另一方面對(duì)漏磁數(shù)據(jù)進(jìn)行了線(xiàn)濾波和面濾波的結(jié)合，濾波失真小，效果理想，濾波的同時(shí)能更多地保留有用信息。其中，針對(duì)漏磁數(shù)據(jù)特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)海量漏磁數(shù)據(jù)區(qū)域的劃分，有效提高漏磁數(shù)據(jù)區(qū)域劃分的準(zhǔn)確性和智能化；并能實(shí)現(xiàn)漏磁信號(hào)多通道均衡化，提高測(cè)試設(shè)備的使用性能，更加易于缺陷特征提取和定位估測(cè)水平；針對(duì)不同漏磁數(shù)據(jù)區(qū)域的特點(diǎn)，再結(jié)合多種經(jīng)典濾波算法的特點(diǎn)，提出基于漏磁內(nèi)檢測(cè)器的自適應(yīng)單通道濾波方法和多通道濾波方法，從而快速、精準(zhǔn)地完成大數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，管道壽命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，管道故障診斷時(shí)方便特征提取，濾波效果明顯。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法總流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的管道漏磁信號(hào)異常數(shù)據(jù)中的信號(hào)奇異點(diǎn)和缺陷信號(hào)曲線(xiàn)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的管道漏磁信號(hào)異常數(shù)據(jù)中的信號(hào)缺失點(diǎn)曲線(xiàn)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的管道漏磁信號(hào)異常數(shù)據(jù)的查找、剔除和補(bǔ)償流程圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的單通道數(shù)據(jù)分類(lèi)流程圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的非管道部件漏磁數(shù)據(jù)分類(lèi)曲線(xiàn)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的單通道自適應(yīng)濾波算法示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的自適應(yīng)均衡器流程圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的多通道數(shù)據(jù)分類(lèi)流程圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的多通道自適應(yīng)濾波算法示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

一種管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法，該方法主要包括三大部分：前期處理部分，用于完成采集數(shù)據(jù)的校正；單通道濾波部分，用于完成線(xiàn)濾波；多通道濾波部分，用于完成面濾波。本實(shí)施例提供的一種管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法，如圖1所示，具體步驟如下所述。

步驟1：利用管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器裝置采集漏磁信號(hào)，對(duì)采集信號(hào)放大處理后進(jìn)行存儲(chǔ)，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，進(jìn)行基值校正縮放復(fù)原，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為實(shí)際數(shù)字電壓信號(hào)。

步驟2：用改進(jìn)的平均中值校正方法對(duì)步驟1輸出的數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步基線(xiàn)校正，使漏磁信號(hào)更加易于數(shù)據(jù)處理，具體步驟如下：

步驟2-1：將可能存在的缺陷信號(hào)去除掉，允許去除掉比缺陷信號(hào)范圍更大的信號(hào)數(shù)據(jù)，盡可能只保留無(wú)缺陷處的表示磁場(chǎng)強(qiáng)度的漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)；

步驟2-2：按公式對(duì)軸向漏磁信號(hào)進(jìn)行基線(xiàn)校正，得到校正后的軸向漏磁信號(hào)矩陣X∈R^p×q。其中，q為管道內(nèi)檢測(cè)器中的軸向霍爾傳感器個(gè)數(shù)，p為每個(gè)霍爾傳感器的數(shù)據(jù)總里程點(diǎn)數(shù)，本實(shí)施例中，p是采集到的海底管道總里程點(diǎn)數(shù)，海底管道長(zhǎng)度1米對(duì)應(yīng)500個(gè)里程數(shù)據(jù)；V_v(u)′為第v個(gè)霍爾傳感器在第u個(gè)里程點(diǎn)處檢測(cè)到的校正后的電壓值，V_v(u)為第v個(gè)霍爾傳感器在第u個(gè)里程點(diǎn)處檢測(cè)到的校正前的電壓值；V_v為第v個(gè)霍爾傳感器檢測(cè)到的p個(gè)電壓值的中值，取值在2.5V左右。

管道漏磁信號(hào)異常數(shù)據(jù)示意圖，如圖2和圖3所示。在采集到的數(shù)據(jù)中，常見(jiàn)的異常數(shù)據(jù)有兩種，一種為信號(hào)奇異點(diǎn)，其特點(diǎn)為突然有一個(gè)值或連續(xù)幾個(gè)值幅值突然增大很多，一種為信號(hào)缺失點(diǎn)，其特點(diǎn)為連續(xù)幾個(gè)值幅值等于基值。

步驟3：用變尺度窗插值擬合算法對(duì)步驟2輸出的漏磁信號(hào)進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的查找、剔除和補(bǔ)償，其流程如圖4所示，具體步驟如下：

步驟3-1：讀取基線(xiàn)校正后的單通道漏磁數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)1×g的變尺度滑動(dòng)窗，g為滑動(dòng)窗的寬度，取值在4-10之間，本實(shí)施例中，g取值為5；

步驟3-2：將滑動(dòng)窗從單通道漏磁數(shù)據(jù)首端到數(shù)據(jù)末端進(jìn)行滑動(dòng)，通過(guò)滑動(dòng)窗中的數(shù)據(jù)差值擬合出下一點(diǎn)，將這個(gè)點(diǎn)再和實(shí)際的點(diǎn)進(jìn)行比較得到差值，將該差值和預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，如果差值比預(yù)設(shè)閾值大，則判定為是異常點(diǎn)，記錄并保存該異常點(diǎn)信息，反之，則為正常點(diǎn)，滑動(dòng)窗想右移動(dòng)一個(gè)窗口大小的單位；本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)閾值設(shè)為0.04；

步驟3-3：漏磁數(shù)據(jù)解析完成后，如果數(shù)據(jù)本身存在很多異常點(diǎn)，則會(huì)記錄很多的離散異常點(diǎn)，異常點(diǎn)查找結(jié)束后，這些異常點(diǎn)若離得很近，則認(rèn)為其間的數(shù)據(jù)有可能也無(wú)效，因此需要對(duì)所有的離散異常點(diǎn)進(jìn)行重組；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鄰近插值計(jì)算，如果兩個(gè)異常點(diǎn)之間數(shù)據(jù)少于兩個(gè)，即U(i+1)-U(i)＜3，則將其合并為一段，再進(jìn)行下一組異常點(diǎn)的比較，反之，則不進(jìn)行重組，繼續(xù)下一組異常點(diǎn)的比較，直到全部數(shù)據(jù)完成重組；

步驟3-4：利用三次樣條插值對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，利用三次樣條插值函數(shù)將缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)償回來(lái)，輸出補(bǔ)償后的漏磁信號(hào)；

步驟4：用基于閾值的方法對(duì)步驟3輸出的漏磁信號(hào)進(jìn)行單通道信號(hào)分類(lèi)，將其中的非管道部件漏磁信號(hào)分為無(wú)缺陷信號(hào)、小波動(dòng)信號(hào)和大缺陷信號(hào)，單通道數(shù)據(jù)分類(lèi)流程如圖5所示，具體步驟如下：

步驟4-1：由于焊縫處各通道峰值均很高，因此設(shè)定漏磁信號(hào)峰值閾值為σ，若某通道漏磁信號(hào)峰值超過(guò)σ，則該通道內(nèi)的對(duì)應(yīng)位置為焊縫，并向左右兩邊的數(shù)據(jù)各擴(kuò)充一個(gè)寬度ε，為該管道的管道部件漏測(cè)信號(hào)，剩余的數(shù)據(jù)為非管道部件漏磁信號(hào)。

步驟4-2：為了自動(dòng)識(shí)別自適應(yīng)閾值準(zhǔn)確，將海量非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分割，分段進(jìn)行處理，分別對(duì)每段數(shù)據(jù)利用求中值乘系數(shù)θ₁(θ₁＞1)的方法自動(dòng)計(jì)算自適應(yīng)閾值λ₁，λ₁用于區(qū)分漏磁信號(hào)是否含缺陷，如果非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)沒(méi)有超過(guò)閾值λ₁，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是無(wú)缺陷漏磁信號(hào)，記為ψ₁，如果非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值λ₁，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是疑似有缺陷的漏磁信號(hào)，記為ψ₁′；

步驟4-3：對(duì)疑似有缺陷的漏磁信號(hào)ψ₁′進(jìn)行信號(hào)段擴(kuò)展，在擴(kuò)展后的信號(hào)段中尋找波谷值與波峰值，再求最大波谷差，然后根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)得到小缺陷信號(hào)的峰谷差，即自適應(yīng)閾值λ₂，λ₂用于判斷疑似有缺陷的漏磁信號(hào)的波動(dòng)情況，如果擴(kuò)展后的信號(hào)段中的漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)沒(méi)有超過(guò)λ₂，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是小波動(dòng)信號(hào)，記為ψ₂，如果擴(kuò)展后的信號(hào)段中的漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)超過(guò)λ₂，則該漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)是大缺陷信號(hào)，記為ψ₃；

步驟4-4：當(dāng)該管道的全部非管道部件漏磁信號(hào)分類(lèi)處理完畢后，信號(hào)段間會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，需重新標(biāo)定，將ψ₂與ψ₁重疊部分歸為ψ₂，將ψ₃與ψ₁重疊部分歸為ψ₃，將ψ₃與ψ₂重疊部分歸為ψ₃；

步驟4-5：判斷是否所有管道均完成漏磁信號(hào)分類(lèi)處理，若沒(méi)有完成，則返回步驟4-1至步驟4-4，對(duì)下一管道進(jìn)行漏磁信號(hào)分類(lèi)處理，若完成，則執(zhí)行步驟5。

圖6為本實(shí)施例中非管道部件漏磁數(shù)據(jù)單通道數(shù)據(jù)分類(lèi)后信號(hào)的曲線(xiàn)示意圖。

步驟5：對(duì)步驟4中不同的信號(hào)類(lèi)別采取相應(yīng)的自適應(yīng)濾波算法進(jìn)行線(xiàn)濾波，本實(shí)施例單通道自適應(yīng)濾波算法為，信號(hào)段ψ₁采用無(wú)缺陷信號(hào)混合濾波算法；信號(hào)段ψ₂采用小波動(dòng)信號(hào)混合濾波算法；信號(hào)段ψ₃采用大缺陷信號(hào)混合濾波算法，如圖7所示，具體步驟如下：

步驟5-1：對(duì)無(wú)缺陷漏磁信號(hào)ψ₁進(jìn)行線(xiàn)濾波；

對(duì)于ψ₁，盡可能削弱信號(hào)幅度，平滑地濾除此區(qū)域信號(hào)，使幅值接近基值的平坦信號(hào)；FFT方法可以從頻譜分析圖上直接對(duì)高頻信號(hào)即噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除，當(dāng)中值濾波的參數(shù)取的較大時(shí)，信號(hào)幅度也會(huì)大幅度減小，同時(shí)平滑均值濾波最大的特點(diǎn)就是使信號(hào)更加平滑；

先通過(guò)FFT濾波算法進(jìn)行粗濾波，直接進(jìn)行高頻段噪聲的剔除，再通過(guò)中值濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步削減，最后通過(guò)平滑均值濾波平滑漏磁信號(hào)，通過(guò)選取合適的參數(shù)，使三種方法完美的結(jié)合在一起，進(jìn)行無(wú)缺陷信號(hào)混合濾波；

步驟5-2：對(duì)小波動(dòng)信號(hào)ψ₂進(jìn)行線(xiàn)濾波；

對(duì)于ψ₂，既有可能是小缺陷又有可能是大幅度噪聲信號(hào)，若為噪聲信號(hào)，應(yīng)達(dá)到削減其幅值，類(lèi)似于處理不含有缺陷的信號(hào)的效果，若為小缺陷信號(hào)，則應(yīng)保證平滑信號(hào)地情況下使其幅度稍微增大，即圖像增強(qiáng)；等紋低通濾波最大的特點(diǎn)就是最大誤差最小化，并且其最大逼近誤差均勻分布；貝塞爾濾波最大的特點(diǎn)就是失真小，不存在過(guò)沖現(xiàn)象，且參數(shù)適當(dāng)時(shí)，可使圖像增強(qiáng)；通過(guò)等紋低通濾波和貝塞爾濾波混合濾波算法處理含有小缺陷信號(hào)的數(shù)據(jù)；

因此先通過(guò)等紋低通濾波算法對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)貝塞爾濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，通過(guò)選取合適的參數(shù)，使兩種方法完美的結(jié)合在一起，進(jìn)行小波動(dòng)信號(hào)混合濾波；

步驟5-3：對(duì)大缺陷信號(hào)ψ₃進(jìn)行線(xiàn)濾波；

對(duì)于ψ₃，應(yīng)保證在不失真的情況下，即保證缺陷信號(hào)的峰谷差盡量不變，使其更加平滑；窗函數(shù)法濾波在濾除噪聲的同時(shí)，可使圖像平滑，且失真較?。恍〔ǚ治龇椒芡瑫r(shí)在時(shí)、頻域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，能有效的區(qū)分信號(hào)中的缺陷信號(hào)和噪聲，從而完成含有較大缺陷信號(hào)的去噪；

因此先通過(guò)窗函數(shù)法濾波算法對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)小波濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，通過(guò)選取合適的參數(shù)，使兩種方法完美的結(jié)合在一起，進(jìn)行大缺陷信號(hào)混合濾波。

步驟6：通過(guò)對(duì)比和分析相鄰?fù)ǖ篱g噪聲影響的程度，進(jìn)行漏磁信號(hào)多通道均衡化，本實(shí)施例的自適應(yīng)均衡器進(jìn)行均衡化的過(guò)程如圖8所示，信號(hào)s₁(t)到s_n(t)是所需的均衡化處理后的信號(hào)，具體步驟如下：

步驟6-1：管道系統(tǒng)里有n+1條通道，選擇管道系統(tǒng)n+1條通道中的一個(gè)通道為參考通道，其余n條為輔助通道，c_ref(t)和c_i(t)分別為參考通道和第i條輔助通道的固有時(shí)域脈沖響應(yīng)，C_ref(jω)和C_i(jω)(i＝1，2，…，n)分別為參考通道和第i條輔助通道的頻域傳遞函數(shù)，每個(gè)通道中包括漏磁傳感器、放大器、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器，第i條輔助通道和參考通道的輸入信號(hào)均為d(t)，第i條輔助通道和參考通道的輸出信號(hào)分別為信號(hào)x_i(t)(i＝1，2，…，n)和y_ref(t)，且分別滿(mǎn)足式(1)和式(2)；

步驟6-2：為了保證n+1條通道的每個(gè)傳遞函數(shù)均能完好的配對(duì)，采用窗函數(shù)法均衡濾波器進(jìn)行濾波，H_ref(jω)是具有線(xiàn)性相位響應(yīng)的全通濾波器，要保證通過(guò)參考通道的延遲量與通過(guò)輔助通道的延遲量相同，即輸出信號(hào)等效，如式(3)和式(4)所示；

C_ref(jω)×H_ref(jω)＝H_i(jω)×C_i(jω)，i＝1，2，…，n (3)

其中，H_i(jω)表示第i條通道所需的均衡化傳遞函數(shù)；

則第i條通道所需的均衡化傳遞函數(shù)H_i(jω)為式(5)；

第N個(gè)濾波器的傳遞函數(shù)由式(6)表示：

其中，h_k表示權(quán)重系數(shù)；

定義a(ω)＝[1，e^-jω，…，e^-jω(N-1)]^T和h＝[h₁，h₂，…，h_N]^T，a(幼和h均為N×1向量，a^T(ω)ha^T(ω)h的結(jié)果為自適應(yīng)均衡化后的頻率響應(yīng)。

選擇權(quán)重系數(shù)向量h使得向量規(guī)范γ最小，向量規(guī)范γ表示理想濾波器響應(yīng)與實(shí)際獲得的響應(yīng)之間的最小平方差，用式(7)表示；

其中，a(ω_z)表示同一里程點(diǎn)數(shù)、不同通道的電壓量組成的向量；W_z表示對(duì)角權(quán)重矩陣，和在不同頻率下的需求與擬合精度關(guān)，是一個(gè)加權(quán)矩陣；ω_z表示第z個(gè)里程點(diǎn)，H(jω_z)表示同一里程點(diǎn)數(shù)、不同通道所需的均衡化傳遞函數(shù)組成的向量；

為達(dá)到更好的均衡效果，將式(7)進(jìn)行優(yōu)化，得到式(8)；

通過(guò)對(duì)采樣后的y_ref和x_i序列進(jìn)行M點(diǎn)離散傅里葉變換即DFT，得到均衡器所需的響應(yīng)值如式(9)；

用H_i(jω)替代則

式中，m為需要均衡化的帶寬采樣點(diǎn)數(shù)量；

設(shè)置頻率響應(yīng)H_ref(jω)作為均衡化效果好壞的標(biāo)準(zhǔn)，頻率響應(yīng)H_i(jω)的不匹配特性如式(11)所示，

其中，D(jω)表示頻率響應(yīng)H_i(jω)的不匹配特性，ΔH(jω)表示幅度不匹配性，Δφ(ω)表示相位不匹配性；

定義通道的幅度不匹配和相位不匹配分別為為式(12)和式(13)。

步驟7：用基于連通域的方法對(duì)步驟6輸出的非管道部件漏磁信號(hào)進(jìn)行多通道信號(hào)區(qū)域分類(lèi)，分為無(wú)缺陷區(qū)域、小波動(dòng)區(qū)域和大缺陷區(qū)域，本實(shí)施例多通道數(shù)據(jù)分類(lèi)流程如圖9所示，具體步驟如下：

步驟7-1：將海量非管道部件漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分割，分區(qū)域進(jìn)行處理，分別對(duì)每區(qū)域漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)利用求中值乘系數(shù)θ₂(θ₂＞1)的方法自動(dòng)計(jì)算自適應(yīng)區(qū)域閾值λ₃，λ₃用于區(qū)分該漏磁信號(hào)區(qū)域是否含有缺陷，如果區(qū)域閾值λ₃為0，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)闊o(wú)缺陷區(qū)域，記為ψ₄，如果區(qū)域閾值λ₃為1，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)橐伤朴腥毕莸膮^(qū)域，記為ψ₄′；

步驟7-2：對(duì)疑似有缺陷的區(qū)域ψ₄′進(jìn)行區(qū)域擴(kuò)展，在擴(kuò)展后的區(qū)域中尋找信號(hào)波谷值與波峰值，再求最大波谷差，然后根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)得到小缺陷信號(hào)的峰谷差即自適應(yīng)區(qū)域閾值λ₄，λ₄用于判斷疑似有缺陷的漏磁信號(hào)區(qū)域的波動(dòng)情況，如果區(qū)域閾值λ₄為0，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)樾〔▌?dòng)區(qū)域，記為ψ₅，如果區(qū)域閾值λ₄為1，則該漏磁信號(hào)區(qū)域?yàn)榇笕毕輩^(qū)域，記為ψ₆；

步驟7-3：當(dāng)該管道的全部非管道部件漏磁信號(hào)處理完畢后，信號(hào)段間會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，需重新標(biāo)定，將ψ₅與ψ₄重疊部分歸為ψ₅，將ψ₆與ψ₄重疊部分歸為ψ₆，將ψ₆與ψ₅重疊部分歸為ψ₆；

步驟7-4：判斷是否所有管道均完成漏磁信號(hào)區(qū)域分類(lèi)處理，若沒(méi)有完成，則返回步驟7-1至步驟7-4，對(duì)下一管道進(jìn)行漏磁信號(hào)區(qū)域分類(lèi)處理，若完成，則執(zhí)行步驟8。

步驟8：對(duì)步驟7中不同的信號(hào)區(qū)域采取相應(yīng)的濾波算法進(jìn)行面濾波，本實(shí)施例多通道自適應(yīng)濾波算法如圖10所示，具體步驟如下：

步驟8-1：對(duì)無(wú)缺陷區(qū)域ψ₄進(jìn)行面濾波；

當(dāng)使用中值濾波時(shí)，信號(hào)幅度會(huì)大幅度減小，同時(shí)均值濾波最大的特點(diǎn)就是使信號(hào)更加平滑；

因此對(duì)于ψ₄，先通過(guò)中值濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行削減，再通過(guò)均值濾波平滑曲線(xiàn)，通過(guò)選取合適的參數(shù)，使兩種方法完美的結(jié)合在一起，進(jìn)行無(wú)缺陷區(qū)域混合濾波算法；

步驟8-2：對(duì)小波動(dòng)區(qū)域ψ₅進(jìn)行面濾波；

若為噪聲信號(hào)，應(yīng)達(dá)到削減其幅值，類(lèi)似于處理不含有缺陷的信號(hào)的效果，若為小缺陷做應(yīng)保證平滑信號(hào)地情況下使其幅度稍微增大，即圖像增強(qiáng)；高斯濾波的特點(diǎn)為能對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，能量低的就排除掉，噪聲屬于低能量部分，完美的避免了對(duì)缺陷信號(hào)的失真，與噪聲信號(hào)能量的衰減；巴特沃斯濾波最大的特點(diǎn)就曲線(xiàn)最大限度平坦，沒(méi)有起伏；

因此對(duì)于ψ₅，先通過(guò)高斯濾波算法對(duì)小缺陷區(qū)域漏磁信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)去噪與盡可能大的使缺陷信號(hào)不失真，再通過(guò)巴特沃斯濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，以及實(shí)現(xiàn)缺陷信號(hào)的圖像增強(qiáng)，通過(guò)選取合適的參數(shù)，使兩種方法完美的結(jié)合在一起，進(jìn)行小波動(dòng)區(qū)域混合濾波算法；

步驟8-3：對(duì)大缺陷區(qū)域ψ₆進(jìn)行面濾波；

小波包濾波方法能同時(shí)在時(shí)、頻域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，能有效的區(qū)分信號(hào)中的缺陷信號(hào)和噪聲，從而完成含有較大缺陷信號(hào)的去噪。高斯濾波可顯著提高信噪比，可使信號(hào)波形平滑，且失真較??；

因此對(duì)于ψ₆，先通過(guò)高斯濾波算法對(duì)大缺陷區(qū)域漏磁信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)小波包濾波算法對(duì)幅值進(jìn)行進(jìn)一步平滑，通過(guò)選取合適的參數(shù)，使兩種方法完美的結(jié)合在一起，進(jìn)行大缺陷區(qū)域混合濾波算法，最終實(shí)現(xiàn)在有用信號(hào)損失最小的情況下的漏磁信號(hào)濾波處理。

本實(shí)施例提供一種管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的自適應(yīng)濾波方法，一方面在濾波前對(duì)漏磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了查找、剔除與補(bǔ)償，減輕了濾波負(fù)擔(dān)；另一方面對(duì)漏磁數(shù)據(jù)進(jìn)行了線(xiàn)濾波和面濾波的結(jié)合，濾波失真小，效果理想，濾波的同時(shí)能更多地保留有用信息。其中，針對(duì)漏磁數(shù)據(jù)特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)海量漏磁數(shù)據(jù)區(qū)域的劃分，有效提高漏磁數(shù)據(jù)區(qū)域劃分的準(zhǔn)確性和智能化；并能實(shí)現(xiàn)漏磁信號(hào)多通道均衡化，提高測(cè)試設(shè)備的使用性能，更加易于缺陷特征提取和定位估測(cè)水平；針對(duì)不同漏磁數(shù)據(jù)區(qū)域的特點(diǎn)，再結(jié)合多種經(jīng)典濾波算法的特點(diǎn)，提出基于漏磁內(nèi)檢測(cè)器的自適應(yīng)單通道濾波方法和多通道濾波方法，從而快速、精準(zhǔn)地完成大數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，管道壽命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，管道故障診斷時(shí)方便特征提取，濾波效果明顯。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。