石油管道运输系统是石油运输的重要方式,对国民经济建设具有重要意义。但是,石油管道的腐蚀老化和屡禁不止的打孔盗油等因素导致管道泄漏事故频发,不仅给企业带来经济损失,而且污染环境、影响人民的生命财产安全。因此,及时发现和精确定位管道泄漏对于减少损失、管道安全运行管理意义重大。由于石油管道工况环境复杂,泄漏方式和产生的原因很多,目前还没有具有普适性的石油管道泄漏检测和定位系统,工程现场往往需要几种方法相互补充、相互验证。用信号处理、控制工程领域的新理论、新方法解决石油管道泄漏检测和定位问题,不仅是对现有泄漏检测与定位方法的补充和验证,也是提高现有系统准确性、适用性、及时性等的好方法。本文在分析了常用管道泄漏检测方法性能指标的基础上,探讨了选择次声波信号作为研究对象的理论依据,系统研究了智能信息处理方法,并对油田现场采集信号进行了泄漏诊断与定位研究。主要研究工作如下:1、分析并验证了双边非局部均值去噪法相对于均值滤波、中值滤波、高斯滤波、非局部均值去噪、双边去噪等方法对于管内声波信号去噪更具稳定性和适用性。复杂多样的管道泄漏监测信号具有混沌特性,单一的泄漏信号降噪方法难以有效保持混沌信号局部结构特性。针对该问题,本文通过小波1级分解加半硬软阈值去噪法去除部分高频噪声,再用db9小波基4级分解加半硬软阈值去噪法去除部分中高频噪声。经过前两步粗降噪后,最后利用保持信号局部结构特性的双边非局部均值法进行降噪。实验证明这种主从递阶结构的复合降噪方法可以实现对管道泄漏监测信号有效降噪。2、提出采用随机不确定性理论中矩阵奇异值信息熵差与散度相融合构造信息偏差量的方法判别信号的相似度,并给出了构造信号EMD特征矩阵方法、构造信号Hankel特征矩阵方法和计算特征矩阵的奇异值、奇异值的离散概率分布、信号的香农对数信息熵方法。提出了定位泄漏的具体方法,即:截取长度为50采样点的无泄漏信号,以滑动窗法与实测信号进行匹配对比,绘制了信息偏差量曲线,若曲线中出现大于阈值的点,则可判定和定位泄漏。3、基于模糊集理论,提出了基于模糊相似度的泄漏检测和基于模糊熵差的定位泄漏方法;构造了信号的直觉模糊集,提出了基于直觉模糊集理论的管道泄漏检测和定位方法,增加了方法的普适性;研究了模糊C-均值聚类算法、样本加权和属性加权相结合的的模糊C-均值聚类算法、样本加权、属性加权和类加权的信息熵正则化自适应加权模糊聚类算法,并将样本、属性和类三种加权方法与正则化嵌入局部信息的核空间模糊C-均值聚类算法相结合,提出了适应时序聚类的正则化嵌入局部信息的核空间模糊C-均值聚类算法。基于该算法,提出用模糊划分熵判断和定位泄漏的方法。实验证明,基于模糊集理论方法适用于泄漏信号的识别和定位。4、提出了基于数据场理论的输油管道泄漏检测与定位方法。将高斯截断窗和数据场势函数相结合,提出了适于时间序列快速求势值分布的方法。可根据最大非零势值确定泄漏信号及判定泄漏位置。实验证明,基于数据场理论求信号奇异值的方法,也适用于石油管道泄漏信号的检测和定位研究。5、以某石化输油管道监测系统所采集的上下游站点声波和负压波信号为研究对象,分别采用本文所建议的随机不确定性、模糊不确定性和数据场等相关理论的智能信息处理方法对其进行分析处理,判别是否发生管道泄漏事件,以及泄漏的有效定位。测试结果表明,采用声波信号相比负压波信号更有利于管道泄漏检测和准确定位。