基于时空特征融合的原油管道运行参数异常检测

来源：石河子大学学报·自然科学版杂志2025年第6期北京时间：

作者：李洪福, 牛鹏涛, 刘春颖, 张俊鹏, 薛润斌, 李妍, 廖绮, 梁永图

单位：1 新疆油田油气储运公司研究所,新疆 克拉玛依 834000; <br/>2 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院/油气管道输送安全国家工程研究中心/城市油气输配技术北京市重点实验室,北京 102249

摘要：针对原油管道运行参数异常检测过程中存在的多变量时序数据高维、异常模式复杂及传统方法检出率低等问题,提出一种基于特征图注意力(GraphAttention,GAT)与时序自注意力(TemporalSelf-Attention)串联结构的自监督时空特征融合管道异常检测模型(Spatio-TemporalPipelineAnomalyDetection,STPAD)。首先利用特征图注意力提取不同站场多传感器参数间的空间关联特征,随后通过时序自注意力机制对提取后的特征序列捕捉长程时序依赖,最终通过预测与重构双分支协同综合评估异常状态。以新疆油田2条真实原油管道为算例,所提模型在2个案例上的F1分数分别为0.9743和0.9886,准确率分别为0.9940和0.9969,整体优于LSTM-AE、OC-SVM及OmniAnomaly等方法,有效降低了误判和漏检风险。延迟步数分析表明,模型在2个案例中的延迟步数分别为0.2891步和0.1765步,能够满足原油管道快瞬变特性对异常检测响应速度的实际需求。消融实验进一步验证了各个模块设计的有效性。所提模型实现了对原油管道运行异常的高精度、低延迟检测,具备良好的泛化能力和工程适用性。

关键词：原油管道,异常检测,图注意力,时序自注意力,深度学习

基金资助：国家自然科学基金项目(52202405)