北京化工大学毕业设计（文献综述）文献综述 ——基于SPRT（序贯概率比）的天然气管道泄漏检测班级：测控0303 学号：200342081 姓名：苟武侯 指导老师：王建林摘要：基于序贯概率比检测（SPRT）的泄漏检测方法，不需要建立复杂的管道模型，所需计算量相对于一般的基于软件的系统少的多适用于液体、气体管道的传输，能够适应多种方案的转换，并且安装和维护的费用相对常规的系统要低基于SPRT的泄漏检测方法具有很广的应用前景关键词：序贯概率比检测（SPRT）；管道；泄漏检测Abstract：The gas leak-detection system based on Sequential Probability Ratio Test (SPRT) does not need complicated pipeline model, and the computational requirement is much lower than for software-based systems. The system is able to be applied to both gas and liquid pipelines, it is also able to adapt to a variety of program conversion. The installation and maintenance costs of the system are lower than conventional systems.Keyword：Sequential Probability Ratio Test (SPRT), Pipeline, Leak detection引言使用管道运输流体是一种常见的运输方式，具有高效、经济、便于管理等多项优点，因此在石油、天然气以及其他燃气运输中占有重要的地位。
但是由于管道设备老化、地理和气候条件的影响以及人为破坏等原因经常会造成泄漏事故的发生输气管道一旦泄漏，不仅会带来经济损失和环境污染，还会发生火灾和爆炸，造成人员伤亡事故因此对输气管道进行泄漏检测并对泄漏点进行定位，保障其安全性和可靠性是十分必要的使用序贯概率比检测（SPRT）的方法分析测量值，连续计算发生泄漏的概率，并利用最小二乘法进行泄漏点定位该方法不需建立复杂的数学模型，计算量较小，较好地解决实时模型法的误报另外，还具有学习能力，可以适应管道参数的变化1 管道研究历史及SPRT方法国外从20世纪70年代末开始对油气长输管道泄漏检测技术进行研究，到80年代末，相关的检测技术和设备已商品化经过几十年时间的发展，管道泄漏检测技术得到了充分地发展和完善[1,2]蔡正敏等[3]概述了管道泄漏的部位，主要分为为法兰泄漏、螺纹连接部位、泄漏填料连接部位泄漏这些泄漏一般由安装、化学腐蚀、地壳结构变化、外力影响造成的管道的泄漏现象，分为定常流情况和非定常流情况定常流情况，泄漏发生时，管道进口处的流量有所增大，而出口处的流量减小进出口处的压力相对减小，但进出口处的压力差仍保持不变而非定常流情况，由于受到管道距离以及流速等其他原因的影响，管道进出口流量和压力的变化之间有一个时间滞后，这个滞后时间是一个变化的值，它受到流速等因素的影响。
在管道泄漏情况下，进出口处的流量变化比较复杂在对非定常流进行监测时，构造一个“相对静态过程”，即利用质量守恒原理，对进出口流量的差这个相对量（均衡流量）进行监测，此时，必须考虑选取适当的相对滞后时间[4]泄漏检测的性能指标，分为性能检测指标、诊断性能指标、综合性能指标性能检测指标包括泄漏检测的灵敏度、泄漏检测的及时性和泄漏的误报率和漏报率；诊断性能指标包括正常工序操作和泄漏的分离能力和泄漏辨识的准确性；综合性能指标包括鲁棒性和自适应能力[5]天然气管道检测技术可按照直接和间接的方法进行分类，也可以按硬件和软件的方法进行分类基于统计方法SPRT的天然气管道检验，有别于常规的基于软件的检测系统，具有误报率低，计算量小、安装维护费用低等特点，具有很广的应用前景[6-8]序贯概率比检验（Sequential Probability Ratio Test），即SPRT（以下均简称SPRT），是Wald在上世纪四十年代发展起来的，并总结在他的著作《Sequential Analysis》（J.Whily，1947）中[9]SPRT是相对固定样本大小的概率统计而提出的它的采样样本数并不固定设是随机变量的分布，若为连续型，则表示的密度函数；若为离散型，则表示取值的概率密度。
是分布的未知参数按预备假设来检验零假设于是，在成立时，的分布为；而在成立时，的分布为另外，用…来表示的观测值那么，对于任何正整数m ，对立子样…的联合概率为：（1）当成立时，（2）当成立时，按被选假设来检验零假设的序贯概率比检验是：（1）如果比值满足 （1）则按被选假设来检验零假设2）如果比值满足 （2）则拒绝假设，而接受假设3）如果比值满足 （3）则继续抽取第m+1个样本，并计算比值，而后重新检查是否满足（1）或（2）或（3）如果满足（1）或（2），则实验终止，并作出接受或拒绝零假设的决定；如拒绝，就接受如果仍然是满足（3）就继续抽取第m+2个子样，直至做出最终的决定为止公式中A，B由下列关系决定 （4）这里分别为第一种错误的概率和第二种错误的概率文献[10]着重讲了具有已知方差的正态总体均值的序贯概率比检验、正态总体方差假设的序贯概率比检验，提供了类似高斯分布的信号的判断方法。
文献[11]介绍了SPRT的性质并结合一个经济性的例子说明了向管道性质详细描述了SPRT的效率问题通过这两本书的介绍，对SPRT统计方法的概念和应用有了初步了了解2 SPRT方法应用现状基于SPRT的管道泄漏检测方法一般利用管道两端的流量和压力信号来对进行向管道判断，比较单一的检测技术，大大缩短了泄漏检测的时间崔谦等[12]利用卡尔曼滤波器对检测到的信号进行预处理，使信号近似为高斯分布，然后利用序贯概率比检测法判断泄漏现场实验表明，泄漏量大于总流量的0.5%时，SPRT法检测时间较短，误报警较少得出结论是：SPRT法特别适合于微小泄漏的检测，但要求泄漏时间足够长和使用精度较高的仪表李炜等[13]首先分析了输油气管道的压力信号中掺杂有大量的噪声，常常引起误报警、定位精度差等不良结果其次提出应用序贯概率比检测（SPRT）的方法对泄漏进行检测，并指出SPRT的最大优势在于可以使采样次数大大减少同时给出了具体的基于SPRT的方法最后，通过实验证明，相对常规的基于硬件和软件的检测系统，序贯概率比检测可以使检测时间缩短50SXue Jun Zhang[14]首先提出了SPRT的数学模型；其次描述了基于SPRT的泄漏检测方法在两条丙烯管道、两条乙烯管道和一条多输入口多输出口的含硫气体管道的实际应用，比较常规的基于软件的系统，突出了基于SPRT的泄漏检测方法所需误报率低、计算量小、安装维护简单且费用低、适应性强的特点。
3 结论统计方法SPRT应用于管道检测中，可以大大的缩短检测的时间，同时并不需要建立复杂的管道模型同时能够保持很低的误报率，特别当频繁的阀门开关动作频繁时，能够很好的区分而不产生误报SPRT检测面临的问题是，如何判断由于检测仪器的不准确引起的误报以及如何缩短检测时间SPRT与信号处理技术等其他的技术结合，对于检测的综合性能会有很大的提高，将在以后的管道泄漏检测中扮演很重要的角色参考文献[1] 杨杰，王桂增．输气管道泄漏诊断技术综述[J]．化工自动化及仪表，2004，31（3）：1-5．[2] 袁朝庆，庞鑫峰，刘燕．管道泄漏检测技术现状及展望[J]．大庆石油学院学报，2006，30（2）：6-79．[3] 蔡正敏，彭飞，易发新，等．长输管道泄漏故障诊断方法的研究[J]．应用力学学报，2002，19（2）：38-43．[4] 王占山，陈钢，冯健，等．长输管道泄漏检测和定位技术[J]．沈阳工业学院学报，2003，22（2）：32-36．[5] 杨向莲．天然气管道泄漏检测技术评价及预防措施[J]．能源技术，2005，26（6）：248-250．[6] K.HWANG,S.MANDAYAM,S.S.UDPA,L.UDPA,W.LORD,M.ATZAL．Characterization of gas pipeline inspection signals using wavelet basis function neural networks[J]．NDT&E International,2000(33)：531-545．[7] YAQING TU,DONGQIANG QIU AND DU ZHANG．A revised statistical deduction approach to pipeline leak detection[R]．Instrumentation and Measurement Technology Conference,2003：1639-1642．[8] YUMEI WEN,PING LI,JIN YANG and ZHANGMIN ZHOU．Adaptive leak detection and location in underground buried pipelines[J]．International Journal of Information Acquisition,2004：269-277．[9] H.WALD AND J.WOLFOWITZ．Optimum character of the sequential probability ratio test. Ann .Math.Statist[M]．19：326-329．[10] 利人．统计推断理论基础及其应用[M]．北京：群众出版社，1982：324-341．[11] 李爱英,王凯全,邵辉．管道泄漏监测技术及其研究进展[J]．江苏石油化工学院学报,2002,14（4）：14-17．[12] 崔谦，靳世久，王立坤，等．基于序贯检验的管道泄漏检测方法[J]．石油学报，2005，26（4）：123-126．[13] 李炜，朱芸，毛海杰，等．SPRT检验法和小波变换法在管道泄漏检测中的应用[J]．计算机测量与控制，2003，13（9）：903-905．[14] XUE JUN ZHANG. Statistical leak detection in gas and liquid pipelines [J]．PIPES & PIPELINE INTERNATIONAL,1993：26-29．5。