一种融合红外图像的空预器局部堵塞定位检测方法与流程

本发明属于工业检测与图像识别，具体涉及一种融合红外图像的空预器局部堵塞定位检测方法。

背景技术：

1、空气预热器作为大型火电锅炉系统内的核心热交换设备，通过吸收锅炉尾部烟气余热加热燃烧所需空气，直接决定锅炉热效率与机组运行稳定性。在实际运行工况下，烟气中夹带的大量飞灰、未完全燃烧的碳颗粒以及燃料燃烧生成的硫酸氢铵结晶，极易在空气预热器冷端受热面发生沉积附着。此类沉积物不断累积形成局部堵塞，阻塞流体通道。受阻区域的烟气流通量锐减，阻碍热量交换进程，引发通风阻力上升、换热效率跌落，易诱发引风机失速或喘振，威胁机组出力安全。

2、现有针对空气预热器堵塞的检测手段存在探测盲区大、定位精度低的技术缺陷。基于进出口烟风压差监测的传统方法仅能反映空气预热器整体流阻变化，属于宏观整体状态监测，无法感知局部细微堵塞，无法获取堵塞发生的精确物理坐标。接触式热电偶测温方法受限于传感器部署密度，空间分辨率低，存在大量温度测点盲区。常规红外热成像检测方案能够获取表面连续温度分布，但现有数据处理逻辑依赖固定经验静态阈值分割，将超过特定温度数值或特定梯度数值的区域直接判定为堵塞区域。火力发电机组负荷频繁波动、环境送风温度更迭会导致空气预热器基准温度场发生全局性剧烈漂移。在非稳态工况下，静态固定阈值极易诱发大面积误报或漏报。纯粹依赖图像空间梯度特征进行判断，无法区分因内部金属支撑结构热桥效应引起的正常物理温度突变与真实堵塞引起的病态换热异常，抗干扰能力弱。

3、部分改进方案引入深度学习模型进行积灰识别，但多采用端到端单网络架构，直接对输入图像进行分类或分割，可解释性差，且模型基准随运行时间推移易发生漂移，对缓慢演变的早期堵塞敏感度不足。另有方案采用动态温差场进行监测，但本质仍依赖实测温度与历史均值的差值计算，未建立时空维度的预测基准，应对工况剧烈波动的能力有限，且未形成检测结果对基准的反向修正机制，长周期运行后基准偏差持续累积。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种融合红外图像的空预器局部堵塞定位检测方法，解决了现有红外检测技术依赖静态经验阈值导致的在锅炉变负荷运行、环境更迭等非稳态工况下，空气预热器局部微小堵塞检测虚警率高、识别抗干扰能力弱、定位精度差的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种融合红外图像的空预器局部堵塞定位检测方法，包括以下步骤：

4、采集空气预热器受热面的初始红外视频流信号，对初始红外视频流信号进行辐射率动态校正预处理，得到标准化红外热时空信号；

5、基于标准化红外热时空信号，采用时空图卷积网络进行时空图卷积映射处理，提取时间维度演变特征与空间维度关联特征，得到受热面动态基准信号；

6、从标准化红外热时空信号中提取实际温度网格信号，将实际温度网格信号与受热面动态基准信号进行比对处理及空间多方向一阶微分运算，得到温度残差特征信号；

7、对温度残差特征信号执行自适应密度聚类处理，通过计算核心距离搜索连通的高密度异常梯度网格集合，得到空间突变边界信号；同时对温度残差特征信号执行局部离群特征提取处理，通过比较实际距离与近邻可达距离评估网格相对邻域的离群程度，得到局部离群热源信号；

8、将空间突变边界信号反馈至时空图卷积网络进行交叉修正直至满足交互结束条件，待满足交互结束条件后，对空间突变边界信号和局部离群热源信号进行证据链融合处理，利用正交组合法则消除冲突矛盾并计算联合基本概率分配数值，得到堵塞态势置信度信号；

9、根据堵塞态势置信度信号的幅值范围进行分级判定，在幅值超过判定阈值时输出空气预热器局部堵塞定位坐标信号和严重程度信号。

10、作为本发明的一个优选技术方案，对初始红外视频流信号进行辐射率动态校正预处理，具体包括： 提取受热面材质反射属性常数及大气透射率衰减常数，构建普朗克校正函数； 利用普朗克校正函数对初始红外视频流信号记录的表观辐射亮度进行非线性反演，还原得到表征物理绝对温度的标准化红外热时空信号。

11、作为本发明的一个优选技术方案，采用时空图卷积网络进行时空图卷积映射处理，具体包括： 将空气预热器受热面划分为离散温度网格； 以离散温度网格为节点、以网格物理相邻导热路径为边，构建对应受热面的拓扑无向图结构； 利用带有自环邻接矩阵的切比雪夫多项式近似图卷积核在拓扑无向图结构上执行前向传播。

12、作为本发明的一个优选技术方案，将实际温度网格信号与受热面动态基准信号进行比对处理，具体包括： 按照同一物理坐标系进行节点配准，计算每一个坐标节点处实际温度网格信号数值与受热面动态基准信号预测数值的绝对差分结果。

13、作为本发明的一个优选技术方案，将空间突变边界信号反馈至时空图卷积网络进行交叉修正，具体包括： 提取空间突变边界信号内包含的网格节点集合，计算网格节点集合对应的平均密度置信度； 将平均密度置信度作为惩罚权重实时反馈至时空图卷积网络的损失函数中，进行模型参数联合修正； 交互结束条件为检测到连续两个计算周期内输出的交互式修正损失函数一阶导数数值低于预设收敛阈值。

14、作为本发明的一个优选技术方案，进行模型参数联合修正所依赖的交互式修正损失函数，依照如下规则构建： 交互式修正损失函数包含基础均方误差损失函数部分以及附加的反馈惩罚项部分； 反馈惩罚项部分通过计算网格节点集合内预测基准温度与历史无堵塞真实物理温度的平方差，并乘以全局惩罚超参数及平均密度置信度数值得到。

15、作为本发明的一个优选技术方案，所述全局惩罚超参数为动态调节参数，获取所述全局惩罚超参数执行如下逻辑： 提取所述网格节点集合在设定历史时间窗内的所述实际温度网格信号，生成表征真实温度演变的实际温度时间序列； 提取所述网格节点集合在所述设定历史时间窗内的所述受热面动态基准信号，生成表征理论温度演变的基准温度时间序列； 计算所述实际温度时间序列相对于所述基准温度时间序列的时序温度梯度衰减率，利用非线性映射函数将所述时序温度梯度衰减率转换为所述全局惩罚超参数，所采用的计算模型包括：

16、；

17、式中，为所述全局惩罚超参数；为设定的基础惩罚系数；为双曲正切激活函数；为映射陡度调节系数；为所述网格节点集合内包含的网格节点总数量；为所述设定历史时间窗包含的离散时间步总数；为所述网格节点集合；为所述网格节点集合内第个网格节点在第个离散时间步对应的所述实际温度网格信号数值；为所述网格节点集合内第个网格节点在第个离散时间步对应的所述受热面动态基准信号数值；为所述实际温度网格信号数值在时间维度的偏导数；为所述受热面动态基准信号数值在时间维度的偏导数；为预设的热惯性容忍度阈值。

18、作为本发明的一个优选技术方案，通过计算核心距离搜索连通的高密度异常梯度网格集合，计算核心距离时执行如下逻辑： 综合考量网格节点在受热面平面坐标系内的横纵坐标物理空间跨度差值，以及引入温度差值权重系数调节的温度残差特征数值的数值空间跨度差值。

19、作为本发明的一个优选技术方案，评估网格相对邻域的离群程度，具体包括： 提取评估节点的局部可达密度数值； 计算评估节点近邻域内所有邻居可达密度数值之和相对于评估节点对应可达密度数值的比率，生成表征独立发热异常的局部异常因子评分。

20、作为本发明的一个优选技术方案，计算联合基本概率分配数值，包括： 提取基于自适应密度聚类结果对堵塞事件分配的第一基本概率数值； 提取基于局部异常因子评分对堵塞事件分配的第二基本概率数值； 计算第一基本概率数值与第二基本概率数值的正交乘积，并除以经冲突系数修正后的归一化分母。

21、作为本发明的一个优选技术方案，计算冲突系数时执行如下逻辑： 提取密度聚类算法判定非堵塞事件发生的第一概率数值，与局部异常因子算法判定堵塞事件发生的第二概率数值进行交叉乘积运算； 提取密度聚类算法判定堵塞事件发生的第三概率数值，与局部异常因子算法判定非堵塞事件发生的第四概率数值进行交叉乘积运算； 将两次交叉乘积运算的结果相加，量化空间重叠区域的不一致性。

22、作为本发明的一个优选技术方案，根据堵塞态势置信度信号的幅值范围进行分级判定，具体包括： 建立连续置信度空间到离散严重程度区间的映射查找表，将超出判定阈值的网格节点坐标进行矩阵逆变换，输出直角坐标系下的二维几何定位参数。

23、本发明还公开了一种融合红外图像的空预器局部堵塞定位检测系统，包括： 视频流处理模块，被配置为采集空气预热器受热面的初始红外视频流信号，对初始红外视频流信号进行辐射率动态校正预处理，得到标准化红外热时空信号； 动态映射模块，被配置为基于标准化红外热时空信号，采用时空图卷积网络进行时空图卷积映射处理，提取时间维度演变特征与空间维度关联特征，得到受热面动态基准信号； 特征比对模块，被配置为从标准化红外热时空信号中提取实际温度网格信号，将实际温度网格信号与受热面动态基准信号进行比对处理及空间多方向一阶微分运算，得到温度残差特征信号； 双线提取模块，被配置为对温度残差特征信号执行自适应密度聚类处理，通过计算核心距离搜索连通的高密度异常梯度网格集合，得到空间突变边界信号；同时对温度残差特征信号执行局部离群特征提取处理，通过比较实际距离与近邻可达距离评估网格相对邻域的离群程度，得到局部离群热源信号； 证据融合模块，被配置为将空间突变边界信号反馈至时空图卷积网络进行交叉修正直至满足交互结束条件，待满足交互结束条件后，对空间突变边界信号和局部离群热源信号进行证据链融合处理，利用正交组合法则消除冲突矛盾并计算联合基本概率分配数值，得到堵塞态势置信度信号； 状态输出模块，被配置为根据堵塞态势置信度信号的幅值范围进行分级判定，在幅值超过判定阈值时输出空气预热器局部堵塞定位坐标信号和严重程度信号。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、本发明构建了动态基准预测、双支路异常提取、闭环反馈修正与证据融合的四层协同检测架构，区别于现有依赖静态阈值或单一模型的检测方案。通过辐射率动态校正预处理，从初始红外视频流信号中还原表征物理绝对温度的标准化红外热时空信号，消除了烟气衰减与材质反射带来的测温系统误差，为后续分析提供了可靠的数据基础。在此基础上，采用时空图卷积网络进行时空图卷积映射处理，提取时间维度演变特征与空间维度关联特征，生成随工况动态变化的受热面动态基准信号，有效剔除了机组负荷波动和环境温度更迭引发的全局热场漂移干扰，解决了非稳态工况下虚警率高的问题。通过将实际温度网格信号与受热面动态基准信号进行比对处理及空间多方向一阶微分运算，得到温度残差特征信号，实现了堵塞区域温度异常与正常工况的精准剥离。

26、对温度残差特征信号执行自适应密度聚类处理，提取空间突变边界信号，同时执行局部离群特征提取处理，得到局部离群热源信号，两条独立运算支路分别覆盖连续片状积灰与点状结晶堵塞两类典型形态，消除了单一算法在应对结构热桥虚假特征或细微病态特征时的识别盲区，提升了微小堵塞的检出能力。将空间突变边界信号反馈至时空图卷积网络进行交叉修正的闭环机制，避免了长周期缓慢堵塞演变被预测网络同化，使得温度残差特征信号中的堵塞分量保持纯净，提高了定位精度与判定的鲁棒性。对空间突变边界信号和局部离群热源信号进行证据链融合处理，利用正交组合法则消除冲突矛盾并计算联合基本概率分配数值，得到堵塞态势置信度信号，有效压制了金属支撑热桥区域的虚警概率，同时增强了点状堵塞的置信度响应。根据堵塞态势置信度信号的幅值范围进行分级判定，输出空气预热器局部堵塞定位坐标信号和严重程度信号，为运维决策提供了精细化的依据。

27、本发明进一步引入动态调节的全局惩罚超参数，通过计算时序温度梯度衰减率并利用非线性映射函数实时调整惩罚强度，在深度调峰或快速变负荷等极端非稳态工况下避免反馈修正过度或不足，保证了动态基准信号的预测轨迹始终锚定在无堵塞状态，增强了系统在复杂工业场景下的自适应抗干扰能力和运行稳定性。