一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法与流程

本发明涉及油品检测领域，具体为一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法。

背景技术：

1、当前炼化企业的原油运输和调度主要依赖油气管路，油气管路往往会根据生产和采购计划运输多种原油，不可避免地导致管路中出现多种传输原油混合的情况。管路中混油界面的识别是否精准会对后续的原油储存和加工造成影响。其中混油开始和结束时间界定的超前和滞后都会导致一部分原油被送入调度计划以外的储罐和装置，为后续油品调合和加工生产埋下不可控因素。因此，混油界面识别方法一直以来都受到炼化企业重点关注。

2、在当前主流的混油界面识别方法中，光谱测量法通过测算混油导致管路中固定节点的连续光谱标准偏差进行混油界面识别，由于直接监测油品光谱，而光谱包含了油品的组成信息因此具有很高的精度。

3、然而，不同油品光谱之间存在差异，在管路中前后运输的油品连续光谱的标准偏差通常也具有较大差距，根据前一种运输油品制定的混油识别阈值难以用于混油结束判别以及后一种运输油品的混油开始判别，导致混油识别的漏报和误报。因此，亟需一种能够对当前油品光谱情况进行学习和自适应设置识别阈值的方法，解决识别阈值不匹配的情况，提高基于光谱的混油界面识别精度，增强识别方法的可靠性，满足炼化企业混油识别需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法，该方法通过实时学习输油管路中油品的近红外光谱特征，自适应生成当前检测时间的混油工况识别阈值，降低混油识别误报、漏报情况。

2、本发明具有以下步骤：

3、(1)实时采集输油管路中油品的波数段在5600cm-1到6200cm-1的近红外光谱数据，采样间隔时间为tint，对光谱进行3阶savitzky-golay卷积求导以及矢量归一化的预处理；

4、(2)设置初始参数，包括阈值学习时间长度tsl、连续标准偏差窗口值m、过滤系数ffilt、阈值作用间隙时间tr、混油活跃估计时间tma、阈值冗余度dre、混油开始状态判别窗口值nos、混油结束状态判别指数noe以及混油最长持续时间tmm；

5、(3)当采集光谱时长超过tsl+tr时，记录当前时刻tnow和最近一次混油开始时刻tms，实时计算当前时间油品的混油开始判别阈值dth和混油结束指数cder，具体计算过程如下：

6、(3-1)计算混油活跃系数fma：

7、

8、该计算过程首次执行时，tms＝0；

9、(3-2)计算阈值学习终止时刻tsle和开始时刻tsls：

10、tsle＝tnow-tr

11、tsls＝tsle-tsl

12、(3-3)设置学习区间计算时间节点t＝tsls+m·tint，以t时刻采集的样本为终点，向前提取连续的m个光谱，计算光谱的标准偏差，并将结果加入学习区间标准偏差集合dcs，向后滚动计算区间标准偏差，直到t＝tsle；

13、(3-4)计算阈值标准偏差dtcs：

14、dtcs＝ffilt·dmax

15、其中dmax为dcs集合中的最大值；

16、(3-5)当前时间混油开始判别阈值dth计算公式如下：

17、dth＝dtcs·(1+dr)/fma

18、(3-6)对dcs进行3阶savitzky-golay卷积平滑，设置学习区间标准偏差导数迭代时刻tder＝tsls+tnder，tnder为求导间隔时间，tder时刻学习区间标准偏差导数dder计算公式如下：

19、

20、其中为tder时刻的光谱标准偏差，为tder-tnder时刻的光谱标准偏差，将dder放入dder中，向后滚动计算区间标准偏差导数，直到tder＝tsle；

21、(3-7)统计dder集合中小于0的样本所占比例，结果放入cder。

22、(4)基于自适应生成的混油开始判别阈值dth和混油结束指数cder，进行混油开始时刻tms和混油结束时刻tme的计算。优选的实施例中，具体包括：

23、(4-1)根据dth和当前时间混油光谱标准偏差dcsd判断混油开始状态，判别步骤如下：

24、(4-1-1)以当前时刻tnow采集的样本为终点，向前提取连续的m个光谱，计算光谱的标准偏差作为当前混油时刻标准偏差dcsd；

25、(4-1-2)设置开始阈值超限统计量ns，如果dcsd＞dth，ns＝ns+1；

26、(4-1-3)如果ns＝nos，判断出现混油开始状态。

27、如果发生混油开始状况，记录混油开始时刻tms，转向步骤(4-2)，否则继续执行步骤(4-1)；

28、(4-2)进行混油结束状况判别，当dcsd≤dth且cder≥noe时，混油正常结束，记录混油结束时刻tme；

29、(4-3)如果tnow-tms≥tmm，则混油强制结束，记录混油结束时刻tme。

30、有益效果：

31、本发明针对基于近红外光谱的输油管路混油界面识别方法存在的单一检测阈值无法匹配混油动态变化场景的情况，设计一种自适应计算识别阈值的混油识别方法，该方法学习历史连续光谱的标准偏差，实时计算出当前时间的混油识别阈值，精准识别混油开始和结束时间，解决识别阈值不匹配的情况，提高基于光谱的混油界面识别精度，增强识别方法的可靠性，满足炼化企业的混油识别需求。

技术特征：

1.一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法，其特征在于可实时学习输油管路中油品的近红外光谱特征，自适应生成当前检测时间的混油工况识别阈值，降低混油识别误报、漏报情况，具有以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法，其特征在于步骤(5)具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法，其特征在于预处理方法包括：对光谱进行3阶savitzky-golay卷积求导以及矢量归一化。

4.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法，其特征在于当前时刻tnow的混油开始判别阈值dth和混油结束指数cder的计算步骤如下：

5.根据权利要求2所述的一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法，其特征在于混油开始状态判别步骤如下：

技术总结
本发明提出了一种基于近红外光谱的输油管路中混油界面自适应识别方法，针对基于近红外光谱的输油管路混油界面识别方法存在的单一检测阈值无法匹配混油动态变化场景的情况，设计一种自适应计算识别阈值的混油识别方法，该方法学习历史连续光谱的标准偏差，实时计算出当前时间的混油识别阈值，精准识别混油开始和结束时间，解决识别阈值不匹配的情况，提高基于光谱的混油界面识别精度，增强识别方法的可靠性，满足炼化企业的混油识别需求。

技术研发人员：陈夕松,刘克淳,胡云云,梅彬
受保护的技术使用者：南京富岛软件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15