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Leakage detection in natural gas pipeline based on unsupervised learning and stress perception

泄漏(经济) 无监督学习 人工智能 管道运输 残余物 漏磁 计算机科学 管道(软件) 机器学习 模式识别(心理学) 工程类 算法 宏观经济学 环境工程 机械工程 经济 磁铁 程序设计语言
作者
Xingyuan Miao,Hong Zhao,Zhaoyuan Xiang
出处
期刊:Chemical Engineering Research & Design [Elsevier]
卷期号:170: 76-88 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.psep.2022.12.001
摘要

Natural gas pipeline leakage can cause serious financial losses to natural gas transportation and pose accidents to the environmental safety. Currently-used supervised learning methods heavily rely on sufficient pipeline failure historical data for their training. Therefore, we propose a novel detection approach based on unsupervised learning and stress perception for determining the leakage situation in pipelines. In this study, pipeline stress signals are first acquired based on residual magnetic effect. The relationship between residual magnetic and stress is built using improved sparrow search algorithm (ISSA) and extreme learning machine (ELM). Then, the Wasserstein generative adversarial network with gradient penalty (WGAN-GP) is deployed to learn suitable features from the stress signals under the pipeline normal condition, generating high-quality stress data features. Finally, the generated stress features are supplied to the Bayesian Gaussian mixture model (BGMM). And the weighted logarithm probability (WLP) is used as the health indicator for examining pipeline status. The results demonstrate that the relative error of residual magnetic stress model is controlled within 3 %, and the WLP value of fault samples is smaller than − 100, so that the proposed method can discriminate the normal and leak conditions as well as the risk and severity of leakage. This study provides a theoretical basis and new perspective for pipeline leakage detection.
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