VMD-HD-KT 去噪法在管道泄漏信号中的去噪应用

吉林大学学报(信息科学版) ›› 2023, Vol. 41 ›› Issue (2): 202-206.

VMD-HD-KT 去噪法在管道泄漏信号中的去噪应用

王冬梅^a , 史少雄^a, 路敬祎^a,b

(东北石油大学 a. 电气信息工程学院; b. 黑龙江省网络化与智能控制重点实验室, 黑龙江大庆 163318)

收稿日期:2022-09-25 出版日期:2023-04-13 发布日期:2023-04-16
作者简介:王冬梅( 1977— ) , 女, 黑龙江大庆人, 东北石油大学副教授, 硕士生导师, 主要从事数字信号处理等研究, (Tel)86- 18745977161(E-mail)wdmlju@ 126. com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61873058); 黑龙江省自然科学基金资助项目 ( LH2020F005); 东北石油大学青年科学基金

Application of VMD-HD-KT Denoising Method in Gas Pipeline Leakage Detection

WANG Dongmei ^a , SHI Shaoxiong^a, LU Jingyi ^a,b

(a. School of Electrical and Information Engineering; b. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Networking and Intelligent Control, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

Received:2022-09-25 Online:2023-04-13 Published:2023-04-16

摘要/Abstract

摘要： 针对变分模态分解(VMD: Variational Mode Decomposition)难以选取预设尺度 K 和其分解后难以区分有效模态和噪声模态的问题, 提出了一种由豪斯多夫距离(HD: Hausdorff Distance)确定 K 和肯德尔相关系数(KT: Kendall ‘s Tau)确定有效模态的联合准则方法(VMD-HD-KT), 并将其应用于天然气管道泄漏信号去噪。首先, 计算 K= 2 ~ 8 h 最后一个模态与原始信号的 HD, 通过评估 HD 确定 K, 然后输入 K 值进行 VMD 分解, 将原始信号分解成 K 个具有不同特征时间尺度的固有模态函数( IMF: Intrinsic Mode Functions), 选取 KKT大于 0. 1 的 IMF 作为有效模态, 最后进行信号重构。实验结果表明, VMD-HD-KT 算法可以准确选取 K 值和有效模态, 对仿真信号和管道泄漏信号有较好的去噪效果。

关键词: 变分模态分解, 豪斯多夫距离, 肯德尔相关系数, 信号去噪

Abstract: It is difficult to select the preset scale K for VMD(Variational Mode Decomposition) and to distinguish the effective mode from the noise mode after decomposition. In order to solve the problem, a joint criterion method (VMD-HD-KT) is proposed to determine the presetscale K by HD(Hausdorff Distance) and the effective mode by Kendall correlation coefficient KT(Kendall ’s Tau). And it is used to denoise the leakage signal of natural gas pipeline. First, the HD of the last mode and the original signal when K = 2 to 8 is calculated, K is determined by evaluating HD, and then K value is input for VMD decomposition. The original signal is decomposed into K IMF(Intrinsic Mode Functions) with different characteristic time scales. IMF with KKT greater than 0. 1 is selected as the effective mode for signal reconstruction. The experimental results show that the VMD- HD-KT algorithm can accurately select the preset scale K and effective modes, and has a good denoising effect on the simulation signals and pipeline leakage signals.

Key words: variational mode decomposition(VMD); hausdorff distance(HD)')">

variational mode decomposition(VMD); hausdorff distance(HD), kendall correlation coefficient, the signal denoising

中图分类号:

TN911. 72

王冬梅 , 史少雄 , 路敬祎. VMD-HD-KT 去噪法在管道泄漏信号中的去噪应用[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2023, 41(2): 202-206.

WANG Dongmei , SHI Shaoxiong , LU Jingyi . Application of VMD-HD-KT Denoising Method in Gas Pipeline Leakage Detection [J]. Journal of Jilin University (Information Science Edition), 2023, 41(2): 202-206.

[1]	徐建军, 王硕昌. 基于 VMD-分形理论的短期电力负荷预测[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2022, 40(5): 744-751.
[2]	高金兰 , 李豪 , 邓蒙. 基于GAVMD-SGRU模型的风电场短期功率预测[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2021, 39(6): 647-655.
[3]	高金兰, 王天. 基于 VMD-IWOA-LSSVM 的短期负荷预测[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2021, 39(4): 430-438.
[4]	李宏, 田雷, 路敬祎, 刘庆强. 基于 VMD 的广义二次互相关时延估计方法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2021, 39(3): 260-266.
[5]	王冬梅, 何彬, 路敬祎, 肖建利. VMD-SCT-GMF 滤波算法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2021, 39(3): 252-259.
[6]	李佳, 马海涛, 李月. 自适应秩收敛低秩算法压制沙漠地震随机噪声[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2021, 39(3): 237-245.
[7]	李宏, 褚丽鑫, 刘庆强, 路敬祎, 李富. SG-VMD-SVD 的信号去噪方法研究[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2021, 39(2): 158-165.
[8]	张超, 侯男, 路敬祎, 王闯. 改进的 PSO-VMD 算法及其在管道泄漏检测中的应用[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2021, 39(1): 28-36.
[9]	周怡娜, 路敬祎, 董宏丽, 张勇. 云相似度测量的变分模态分解去噪方法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2020, 38(1): 9-17.
[10]	高宏宇, 马立园, 董宏丽, 路敬祎, 刘文庆. 基于2D-VMD 与CC 结合的模态重构算法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2019, 37(6): 603-609.
[11]	刘霞, 李文. 基于变分模态分解的相关能量熵自适应阈值去噪[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2019, 37(5): 518-525.
[12]	梁洪卫, 刘冬冬, 阚玲玲, 高丙坤, 邹岱峰. 基于VMD改进算法的气体管道泄漏检测[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2019, 37(5): 490-496.