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管道泄漏检测数据的压缩方法研究

作　者: 刘琳琳
导　师: 王学伟
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 输油管道管道检测数据压缩小波变换 SPIHT
分类号: TE973.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前中国长距离油气输送管线总长已超过两万公里,管道运输在我国经济和工业中发挥着重要作用。然而随着国内油气管道的增多增长,管线老化、腐蚀和各种人为的原因所引起的油气泄漏时有发生,因此必须对管道进行管理维护、泄漏检测,以保障油气管线的正常运行。由于油气管道检测设备数量较多,且采用实时检测方法,所以检测过程中获取的数据量是巨大的。大量的检测数据既会影响网络传输速度,又会占用很大的数据存储空间,造成巨大的经济和资源浪费。因此设计一种高效的数据压缩方法具有重大的现实意义。针对以上问题,本文首先提出了基于小波变换的多级树集合分裂编码,利用小波的多分辨率分析特性对管道泄漏检测数据进行小波分解,以去除信号之间的相关性减少信号的冗余性,之后对分解得到的小波系数进行多级树集合分裂编码,实现了对管道泄漏检测数据的压缩。之后针对多级数集合分裂编码的缺点,本文又提出了基于整数小波变换的改进多级数集合分裂编码,得到了较为满意的压缩效果,节省了编码存储空间,进一步提高了编解码效率。本文所做的主要工作如下：1.叙述了管道泄漏检测数据压缩的背景和意义。深入学习并研究了数据压缩的理论、技术及评价数据压缩算法性能的各项指标和公式定义。2.学习并研究了基于小波变换的数据压缩方法,提出了一种适用于管道泄漏检测数据的压缩方法。该方法主要是将一维管道泄漏检测信号转换为二维信号,然后对其进行二维小波变换,去除相关性以减少信号之间的冗余性。最后进行多级树集合分裂编码对二维变换后的小波系数进行压缩和解压缩处理,该编码方法优先传送绝对值较大的小波变换系数作为重要系数,再传送绝对值较小的小波变换系数作为非重要系数,得到了更大的压缩倍数和更小的重构误差。3.对实际工程中采集到的管道泄漏检测数据进行了深入的研究,对管道泄漏检测数据的特征进行了分析,并使用本文提出的压缩算法进行了验证,得到了较好的实验结果。4.针对多级树集合分裂编码中占用存储空间较大、存储链表复杂程度高及时间消耗大等缺点,本文提出了基于整数小波变换的改进的多级数集合分裂编码,对整数小波变换后的小波系数进行压缩处理。该方法在编码效率和压缩效果方面都能得到更令人满意的效果,更适用于管道泄漏检测的实时压缩和存储。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-25
  1.1 管道泄漏检测数据压缩的目的及意义  15-16
  1.2 管道泄漏检测系统介绍  16-17
  1.3 国内外研究现状及存在的问题  17-21
    1.3.1 管道泄漏数据压缩研究现状  17-20
    1.3.2 主要存在的问题  20-21
  1.4 本文的主要研究内容  21-22
  1.5 本文的创新之处  22-25
第二章数据压缩基本理论及评价方法  25-33
  2.1 数据压缩  25-28
    2.1.1 数据压缩的产生和发展  25-26
    2.1.2 数据压缩的基本理论  26
    2.1.3 数据压缩的系统组成  26-27
    2.1.4 数据压缩的分类  27-28
  2.2 数据压缩的评价方法  28-32
    2.2.1 数据压缩的主要性能指标  28-29
    2.2.2 数据压缩的国际标准  29-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章基于小波变换的管道泄漏数据压缩方法研究  33-51
  3.1 小波变换的基本理论  33-41
    3.1.1 连续小波变换  34-35
    3.1.2 离散小波变换  35-36
    3.1.3 多分辨率分析  36-38
    3.1.4 小波基的选择  38-41
  3.2 管道泄漏检测数据的压缩算法  41-44
    3.2.1 管道泄漏检测数据特征  41-42
    3.2.2 管道泄漏检测数据的压缩  42-44
  3.3 嵌入式小波零树编码方法及其在管道泄漏数据中的应用  44-50
    3.3.1 嵌入式小波零树编码  44-45
    3.3.2 算法的设计  45-48
    3.3.3 实验结果及分析  48-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章多级树集合分裂编码方法及管道泄漏数据压缩  51-63
  4.1 基于小波变换的多级树集合分裂编码  51
  4.2 多级树集合分裂编码在图像压缩中的应用  51-56
    4.2.1 基于SPIHT的二维压缩算法  51-52
    4.2.2 实验结果及分析  52-55
    4.2.3 基于SPIHT图像压缩算法的优越性  55-56
  4.3 多级树集合分裂编码在管道泄漏数据中的应用  56-61
    4.3.1 管道泄漏数据压缩算法的流程  56-59
    4.3.2 实验中的关键步骤  59
    4.3.3 实验结果及分析  59-61
  4.4 本章小结  61-63
第五章整数小波变换的改进SPIHT管道泄漏数据压缩  63-71
  5.1 整数小波变换  63-65
    5.1.1 整数小波变换原理  63
    5.1.2 整数小波变换提升方案  63-65
  5.2 改进的SPIHT算法在管道泄漏数据压缩的应用  65-68
    5.2.1 改进的SPIHT算法原理  65-66
    5.2.2 基于整数小波变换的改进的SPIHT算法对管道泄漏检测数据压缩的实现  66-67
    5.2.3 实验中的关键步骤  67-68
  5.3 实验结果及分析  68-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章结论与展望  71-73
  6.1 结论  71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-75
致谢  75-77
研究成果及发表的学术论文  77-79
作者与导师简介  79-80
附件  80-81

管道泄漏检测数据的压缩方法研究

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