基于时空条件动态建模的三维温度场监测方法技术

本发明专利技术公布了一种基于时空条件动态建模的三维温度场监测方法，利用温度传感器获取传感数据，基于混和效应模型框架，利用基于热传导机制的温度场物理模型与基于时空相关性的统计模型，通过建立新型的三维温度场模型对三维温度传感数据进行分析，利用基于时空相关性的统计模型中的参数，通过统计过程控制工具对温度场演变过程实现动态监测。采用本发明专利技术方法，能够解决现有传统的温度场建模方法与无线传感器技术在温度场监测中出现的误差较大、提供的温度场信息有缺漏或者损失等问题，并对温度场演变过程是否稳定实现准确全面的监测；且可降低温度场传感器配置成本、优化温度场建模方法，提升温度场监测质量。

3-D Temperature Field Monitoring Method Based on Spatio-temporal Conditions Dynamic Modeling

【技术实现步骤摘要】
基于时空条件动态建模的三维温度场监测方法
本专利技术属于工业工程
，涉及三维温度场传感数据的动态监测方法，具体涉及一种基于时空条件动态建模的三维温度场监测方法。
技术介绍
温度场监测方法在工业工程领域中具有十分重要的意义。近年来，温度场的检测技术得到科研与工程人员的广泛关注，并且已经在温室气体温度场监测、工件内部温度场监测、台式个人计算机温度场监测、粮仓中储粮温度场监测等许多方面得到应用。温度场传感数据的动态监测技术能够在系统设计、执行和维护等方面向人类提供充分的信息指导，具有提高系统性能的效果。温度场监测技术旨在通过对温度场的建模进而对温度场演变过程是否稳定进行监测。温度场是一个三维非稳态热传导系统，它不仅随着空间位置的变化发生变化，还随着时间的推移也在发生变化。温度场的演变通常受到外部因素(如环境温度)、内部因素(如水分迁移)和其他不确定性因素的共同影响。传统的温度场建模方法和近年来基于无线传感技术的温度场建模方法达不到对温度场演变过程监测的要求。传统的温度场建模方法是一种基于热传导原理的仿真方法(如文献[1]～[2])。该方法通过热力学物理模型来模拟温度场的演变过程，但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时空条件动态建模的三维温度场监测方法，利用温度传感器获取传感数据，基于混和效应模型框架，利用基于热传导机制的温度场物理模型与基于时空相关性的统计模型，通过建立新型的三维温度场模型对三维温度传感数据进行分析，利用基于时空相关性的统计模型中的参数，通过统计过程控制工具对温度场演变过程实现动态监测；包括如下步骤：1)设定数据采集的空间范围和时间间隔，利用无线温度传感器采集三维温度场的温度数据，采集得到的数据记为

【技术特征摘要】
1.一种基于时空条件动态建模的三维温度场监测方法，利用温度传感器获取传感数据，基于混和效应模型框架，利用基于热传导机制的温度场物理模型与基于时空相关性的统计模型，通过建立新型的三维温度场模型对三维温度传感数据进行分析，利用基于时空相关性的统计模型中的参数，通过统计过程控制工具对温度场演变过程实现动态监测；包括如下步骤：1)设定数据采集的空间范围和时间间隔，利用无线温度传感器采集三维温度场的温度数据，采集得到的数据记为表示三维温度场在时空点的温度值；T∈R+，其中S表示数据空间变量的取值范围，T表示数据时间变量t的取值范围，R3是三维实数空间，R+是一维非负数空间；2)建立三维温度场的混和效应模型；包括：A.构建混合效应模型框架：利用基于热传导机制的温度场物理模型与基于时空相关性的统计模型，构建一种混合效应模型框架的温度场模型如下：其中，为三维温度场某时空点的温度值；表示在时空点处的全局温度趋势项，表示由外部因素引起的大尺度下的温度场的均值趋势情况；表示在时空点处的局部温度变化项，表示由内部因素引起的表征时空相关性的温度场的局部温度变化情况；表示在时空点处的高斯白噪声项，表示由随机或不可控因素引起的温度变化情况；表示第i个空间测量点在第j个时间点上的坐标，(xi,yi,zi)是三位直角坐标系中的形式；B.全局温度趋势项的建模，执行如下操作：B1.建立全局温度趋势项模型：在三维直角坐标系下，设温度场内无热源且温度场各向同性传热，对全局温度趋势项建立三维非稳态傅里叶传热模型，表示为式2：式2中，μ(xi,yi,zi,tj)表示在三维直角坐标系下的全局温度趋势项；ρ表示温度场中传热物质的密度，c表示温度场中传热物质的比热容，λ表示在三维直角坐标系下温度场中各向同性传热物质的热导率；是拉普拉斯算子；B2.全局温度趋势项的求解：在三维直角坐标系下，采用有限差分法，利用式3对式2求解：其中，(i,j,k,τ)表示坐标(x,y,z,t)对应的网格位置，Δx，Δy，Δz和Δt分别表示空间、时间方向的网格间隔；μτ是在空间位置点(i,j,k)和时间点τ下的全局温度趋势项，μτ+1是在空间位置点(i,j,k)和时间点τ+1下的全局温度趋势项，μi+1是在空间位置点(i+1,j,k)和时间点τ下的全局温度趋势项；C.局部温度变化项的建模，利用克里金模型表示温度场的局部温度变化：C1.基于高斯克里金模型的假设包括：用局部温度变化项表示在特定时间点t的空间域内的空间相关性，t＝t1,…,tM，为一个平稳高斯过程并满足以下条件：C11)其中，E[·]表示均值，是与相关的实值函而非常数；在给定尺度下，缓慢变化，可表示为一系列关于的基函数的线性组合，即ae,t是在特定时间点t(t＝t1,…,tM)下的系数，并且不随时间变化；C12)对于任意定义有多项式形式：其中t＝t1,…,tM且ai,t(i＝0,1,…,8)是相对应的系数；C13)其中Cov[·]表示局部温度变化项在不同时间点和下的协方差；对于任意有其中Var[·]表示方差；定义得到其中κt(·)和分别表示平稳高斯过程的相关性函数和局部温度变化项在特定时间点t下的方差；C14)对任意服从一个多元正态分布；m是观测数据的总量；将高斯核函数作为协方差函数；C2.基于高斯克里金模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：安钰，王迪，张玺，兰帅辉，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11