Page 110 - 《应用声学》2022年第4期

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1.2 都大于 “背景” 类的声压级，导致在进行分类时，通
۳వᎪፏፇ౞
1.0 ஈᤉᎪፏፇ౞ 过声压级信息就可以判断出是否有泄漏，分类相对
简单。在三分类模型中，通过细分泄漏类型，训练集
ᝫጷᬷ૯ܿѦ஝ 0.6 样本增加了一类。其中阀门泄漏和垫片泄漏的声压
0.8
级都在 20 dB 和 70 dB 之间，此时在训练过程中会
充分利用时频图上的特征信息进行判断，分类情况
0.4
更为复杂。
0.2
0.1
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 4 结论
ᝫጷ൦஝
(a) ᝫጷᬷ૯ܿѦ஝ԫӑᡖҹ 通过模拟管道气体泄漏中常见的阀门泄漏和
100 垫片泄漏，采集对应超声信号进行时频图表征，建
96
立基于 “泄漏” 和 “背景” 的二分类模型判断是否有
80
泄漏发生，并对输入时频图尺寸进行了探讨。建立
ᝫጷᬷюᆸဋ/% 60 基于“阀门泄漏”、“垫片泄漏”和“背景”的三分类模
型判断泄漏属于哪一类。对比发现，二分类模型数
40
分类时，通过声压级信息就可以判断出是否有泄漏。
20 ۳వᎪፏፇ౞ 据类型比较单一，而且进行超声截断，导致在进行
ஈᤉᎪፏፇ౞
而在三分类模型中，阀门泄漏和垫片泄漏频谱声压
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 级在同一区间内，但是其频谱特点不一样，基本消
ᝫጷ൦஝
除了绝对声压级对分类的影响。在设计 CNN 网络
(b) ᝫጷᬷюᆸဋԫӑᡖҹ
结构时，添加Inception模块可以平衡网络的宽度和
图 5 三分类模型收敛特性
深度，在加速模型收敛的同时提高三分类模型整体
Fig. 5 Convergence characteristics of the three-
性能。
category model
表 8 三分类模型测试集识别性能
参 考 文 献
Table 8 Recognition performance of three-
class model test set
[1] Sun J, Xiao Q, Wen J, et al. Natural gas pipeline
leak aperture identification and location based on local
测试集 原始模型 改进三分类模型 mean decomposition analysis[J]. Measurement, 2016, 79:
召回率 0.910 0.934 147–157.
[2] Xiao Q, Li J, Sun J, et al. Natural-gas pipeline leak
精度 0.916 0.930
location using variational mode decomposition analy-
F1-score 0.911 0.932 sis and cross-time-frequency spectrum[J]. Measurement,
漏警率 0.269 0.066 2018, 124: 163–172.
[3] Buerck J, Roth S, Kraemer K, et al. OTDR fiber-optical
虚警率 0.049 0.034
chemical sensor system for detection and location of hy-
总体识别准确率 91.05% 93.12% drocarbon leakage[J]. Journal of Hazardous Materials,
阀门泄漏 94.67% 91.00% 2003, 102(1): 13–28.
[4] Rougier J N. Probabilistic leak detection in pipelines us-
垫片泄漏 82.00% 92.67%
ing the mass imbalance approach[J]. Journal of Hydraulic
背景 96.49% 95.69% Research, 2005, 43(5): 556–566.
[5] bin Md Akib A, bin Saad N, Asirvadam V. Pressure point
和二分类模型进行对比，三分类模型总体识 analysis for early detection system[C]//2011 IEEE 7th In-
别准确率和 F1-score 均有所降低。这是因为在进行 ternational Colloquium on Signal Processing and its Ap-
plications. IEEE, 2011: 103–107.
“泄漏”和“背景”的二分类时，在超声频率段内无论
[6] Buerck J, Roth S, Kraemer K, et al. OTDR fiber-optical
是阀门泄漏还是垫片泄漏，“ 泄漏”类频谱的声压级 chemical sensor system for detection and location of hy-