基於非線性模型的危化品洩露預警方法與流程
2023-09-17 20:27:52 2
本發明涉及危化品洩露監測技術領域，尤其是涉及一種檢測針對性強、準確度高的基於非線性模型的危化品洩露預警方法。
背景技術：
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)是一種分布式傳感網絡，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網絡設置靈活，設備位置可以隨時更改，還可以跟網際網路進行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。WSN廣泛應用於軍事、智能交通、環境監控、醫療衛生等多個領域。
倉庫環境中，芳胺及其衍生物，N-亞硝基化合物，烷基化劑，稠環芳烴，含硫化合物，苯及其化合物，氟化氫，重氮甲烷等等是常見的揮發性有毒有害試劑，雖然一些單位的倉庫實行了有毒有害試劑的專人管理和獨立空間存放，但是畢竟試劑是要從倉庫中人為取出並且在倉庫環境中進行實驗操作，因此，在實驗過程中由於操作和存放方式的不當而引發的倉庫安全事故層出不窮。因此，如果在倉庫環境空間內對有毒有害氣體進行有效監測是一項重要而困難的工作。
技術實現要素：
本發明的發明目的是為了克服現有技術中的無法對倉庫中的芳胺及其衍生物，氟化氫或重氮甲烷洩漏進行檢測的不足，提供了一種檢測針對性強、準確度高的基於非線性模型的危化品洩露預警方法。
為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種基於非線性模型的危化品洩露預警方法，包括設於危化品倉庫內的控制器、第一無線收發器、溫度傳感器、溼度傳感器和m個氣體檢測裝置；每個氣體檢測裝置均包括第二無線收發器、單片機(52)和11個氣體傳感器；控制器分別與第一無線收發器、溫度傳感器和溼度傳感器電連接；每個氣體檢測裝置的單片機分別與第二無線收發器和各個氣體傳感器電連接；各個氣體傳感器分別為SB-19-00傳感器、SB-AD3-00傳感器、TGS-2600傳感器、SB-AQ1-06傳感器、TGS-202傳感器、TGS-813傳感器、TGS-2620傳感器、SB-42A-00傳感器、TGS-822傳感器、SB-11A-00傳感器和SB-12A-00傳感器；
包括如下步驟：
(1-1)控制器控制每個傳感器工作，第二無線收發器每隔時間T1發送1次各個氣體傳感器的檢測值；
(1-2)控制器選取溫度傳感器、溼度傳感器和各個氣體傳感器在前後兩個長度均為L的時間段內的檢測值；其中，前後兩個時間段分別為時間段A和時間段B，L＝n×T1，則控制獲得時間段A和時間段B內每個傳感器的n個檢測值；
(1-3)利用溫度傳感器和溼度傳感器的檢測值對每個氣體傳感器的檢測值進行修正處理；
(1-4)判斷時間段A和時間段B內每個氣體傳感器的Sc的相似度；
(1-5)控制器利用時間段B內剩餘的yi組成每個氣體傳感器的檢測信號I′(t)，計算所有氣體傳感器的I′(t)的平均信號I(t)；
(1-6)將I(t)輸入非線性模型中，調整非線性模型的μ值，使非線性模型發生共振；
(1-7)非線性模型輸出互相關係數，若互相關係數在區間[0.85，1.1]內時，控制器做出危化品倉庫中有芳胺及其衍生物，氟化氫或重氮甲烷洩漏的判斷。
本發明的11個氣體傳感器用於檢測洩漏的有毒試劑的揮發氣體，11個不同的氣體傳感器可以全方位鎖定有芳胺、其衍生物或N-亞硝基化合物的揮發氣體，採用溫度和溼度傳感器的檢測值對每個氣體傳感器的檢測值進行修正處理，可有效消除溫溼度基線變化所造成的傳感器信號波動，提高了檢測的準確度；相似度處理進一步提高了檢測的準確度。
作為優選，步驟(1-1)包括如下步驟：
控制器控制溫度傳感器和溼度傳感器開始檢測；控制器通過第一無線收發器發送開始工作的指令，每個氣體檢測裝置的第二無線收發器收到指令後，每個氣體檢測裝置的單片機控制各個氣體傳感器開始檢測，單片機控制第二無線收發器每隔時間T1發送1次各個氣體傳感器的檢測值。
作為優選，步驟(1-3)包括如下步驟：
對於時間段A和時間段B內的每個氣體傳感器的每個檢測值S101均進行如下處理：
設定溫度傳感器和溼度傳感器的檢測值分別為S102和S103；
控制器利用公式計算每個氣體傳感器修正後的檢測值Sc。
作為優選，步驟(1-4)包括如下步驟：
設定時間段A的每個Sc為xi，時間段B的每個Sc為yi，i＝1，2，...，n；
利用公式計算兩個時間段對應Sc的相似度；
若si＜1，則將與si對應的yi刪除；其中，為時間段A內所有Sc的平均值，是時間段B內所有Sc的平均值。
作為優選，所述非線性模型為
其中，V(t)是模型觸發單元動作電位，VT是模型觸發動作閾值電位，VR是觸發單元動作完成之後的回覆電位，μτ是模型觸發動作後靜息狀態參量，VR＜VT，ξ(t)高斯隨機激勵參量，V(t)是非線性模型的實時電位，μ是非線性模型的調整係數，τ是非線性模型的靜息常數，V(t+)是非線性模型在t+時刻的實時電位，V2(t)是V(t)的平方，μ2τ是μ2與τ的乘積。
作為優選，危化品倉庫底部設有凹槽，凹槽上設有蓋板，盛有危化品的容器設於蓋板上，蓋板上設有若干個通孔，各個氣體檢測裝置均勻分布於凹槽內。
因此，本發明具有如下有益效果：檢測針對性強，靈敏度高，準確度高。
附圖說明
圖1是本發明的一種原理框圖；
圖2是本發明的一種流程圖。
圖中：控制器1、第一無線收發器2、溫度傳感器3、溼度傳感器4、氣體檢測裝置5、第二無線收發器51、單片機52、氣體傳感器53。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的描述。
如圖1所示的實施例是一種基於非線性模型的危化品洩露預警方法，包括設於危化品倉庫內的控制器1、第一無線收發器2、溫度傳感器3、溼度傳感器4和m個氣體檢測裝置5；每個氣體檢測裝置均包括第二無線收發器51、單片機52和11個氣體傳感器53；控制器分別與第一無線收發器、溫度傳感器和溼度傳感器電連接；每個氣體檢測裝置的單片機分別與第二無線收發器和各個氣體傳感器電連接；各個氣體傳感器分別為SB-19-00傳感器、SB-AD3-00傳感器、TGS-2600傳感器、SB-AQ1-06傳感器、TGS-202傳感器、TGS-813傳感器、TGS-2620傳感器、SB-42A-00傳感器、TGS-822傳感器、SB-11A-00傳感器和SB-12A-00傳感器；
包括如下步驟：
步驟100，傳感器開始工作，第二無線收發器發送各個氣體傳感器的檢測值；
控制器控制溫度傳感器和溼度傳感器開始檢測；控制器通過第一無線收發器發送開始工作的指令，每個氣體檢測裝置的第二無線收發器收到指令後，每個氣體檢測裝置的單片機控制各個氣體傳感器開始檢測，單片機控制第二無線收發器每隔時間1秒發送1次各個氣體傳感器的檢測值；
步驟200，選取時間段A和時間段B的檢測值
控制器選取溫度傳感器、溼度傳感器和各個氣體傳感器在前後兩個長度均為L＝30分鐘的時間段內的檢測值；其中，前後兩個時間段分別為時間段A和時間段B，則控制獲得時間段A和時間段B內每個傳感器的1800個檢測值；
步驟300，利用溫度傳感器和溼度傳感器的檢測值對每個氣體傳感器的檢測值進行修正處理；
對於時間段A和時間段B內的每個氣體傳感器的每個檢測值S101均進行如下處理：
設定溫度傳感器和溼度傳感器的檢測值分別為S102和S103；
控制器利用公式汁算每個氣體傳感器修正後的檢測值Sc。
步驟400，判斷時間段A和時間段B內每個氣體傳感器的Sc的相似度；
設定時間段A的每個Sc為xi，時間段B的每個Sc為yi，i＝1，2，...，n；
利用公式計算兩個時間段對應Sc的相似度；
若si＜1，則將與si對應的yi刪除；其中，為時間段A內所有Sc的平均值，是時間段B內所有Sc的平均值。
步驟500，控制器利用時間段B內剩餘的yi組成每個氣體傳感器的檢測信號I′(t)，計算所有氣體傳感器的I′(t)的平均信號I(t)；
步驟600，將I(t)輸入非線性模型中，調整非線性模型的μ值，使非線性模型發生共振；
非線性模型為
其中，V(t)是模型觸發單元動作電位，VT是模型觸發動作閾值電位，VR是觸發單元動作完成之後的回覆電位，μτ是模型觸發動作後靜息狀態參量，VR＜VT，ξ(t)高斯隨機激勵參量，V(t)是非線性模型的實時電位，μ是非線性模型的調整係數，τ是非線性模型的靜息常數，V(t+)是非線性模型在t+時刻的實時電位，V2(t)是V(t)的平方，μ2τ是μ2與τ的乘積。
步驟700，非線性模型輸出互相關係數，若互相關係數在區間[0.85，1.1]內時，控制器做出危化品倉庫中有芳胺及其衍生物，氟化氫或重氮甲烷洩漏的判斷。
危化品倉庫底部設有凹槽，凹槽上設有蓋板，盛有危化品的容器設於蓋板上，蓋板上設有若干個通孔，各個氣體檢測裝置均勻分布於凹槽內。
應理解，本實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。