一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法技术

本发明专利技术公开了一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，结合系统风险总值、监测点布设的投资合理度、系统风险控制率构建了一个有效的监测点布设策略，能够优化到最大的利益值，有利于节省资金投入并得到最大的检测效率，以便于及时发现燃气管线泄漏情况，避免燃气泄漏而引发的次生灾害，对保障城市燃气安全运营具有重要的作用。本发明专利技术还在传统风险计算方法上，原创性的将传感器预测效果引入相邻地下空间的爆炸风险计算中，并将燃气管线泄漏影响范围内的所有相邻地下空间作为一个整体进行系统风险总值的计算。

A monitoring point layout method for risk prevention and control of gas explosion in underground space

【技术实现步骤摘要】
一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法
本专利技术涉及危险防控监控的
，尤其是一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法。
技术介绍
随着城市人口的急剧膨胀与城市区域的逐渐扩张，天然气应用的普及带来了城市燃气管线规模迅速扩大。因城市地下管线错综复杂，一旦燃气管线发生泄漏，极易扩散至相邻的雨污、电力等地下空间并导致大规模爆炸。目前城市燃气管线泄漏检测、监测方法有SCADA监控系统和人工定期巡检两种。SCADA系统是通过实时监测各节点压力流量，但仅对管线大规模泄漏导致压力骤然下降做到有效监测，无法发现管网中的微小泄漏。人工定期巡检是通过采用手持可燃气体检测终端、可燃气体检测车辆等人工巡检方式发现燃气管网微小泄漏，但该方法实时性较差。在目前不能很好的在泄漏初期发现管线泄漏的情况下，一个有效解决管线泄漏的方法就是通过对燃气管线泄漏后可能发生聚集的地点，即燃气管线相邻或相交的地下空间内布设传感器进行监测，例如对管线周边的雨污水井、燃气阀门井、电力井等进行监测，在发现燃气泄漏的同时避免泄漏后在该空间发生爆炸事故，这对保障城市燃气管线安全运行和人民生命财产安全具有重要意义。然而，燃气管线的周边区域中的相邻地下空间数量众多且分布不均，对所有的相邻地下空间进行监测是不现实的，希望从众多相邻地下空间中选取爆炸风险大、监测效果好的相邻地下空间去布设传感器，但是这个选取过程存在一定难度。经检索，中国专利公开号为CN106354983A的一种确定CO2地质埋存泄漏风险监测点的方法，该专利中通过历史数据拟合和数值模拟的方法对二氧化碳泄漏风险的位置进行风险等级划分和排序，进而对泄漏风险较大的点位指定监测；该专利方法不适用于高风险的地下空监测，如城市中商业区中，尤其在十字路口段，相邻地下空间分布密度大，爆炸风险都很高，对其都进行监测显然是不合适的。经检索，中国专利公开号为CN109443526A的一种基于噪声地图的噪声自动监测设备点位布设方法，该专利主要根据城市规模与道路密度确定监测点数量，再根据道路类型的总长分配测点数量，然后通过在噪声地图中计算得到等效声级和道路长度确定需要监测道路，最后根据相关方法布设监测点的具体位置；该专利在对监测点布设过程需要对各类型道路等因素进行布设，属于较为固定的测点布设方法，且该专利中未提出对测点的优化和监测点预测效果的内容。经检索，中国专利公开号为CN103713097A的大区域水体底泥重金属污染状况调查点位布设方法，该专利中将点位布设分为两个阶段进行，第一阶段实施调查性监测，对重点河流进行粗线条布点；第二阶段实施重点性监测，进行加密点位布设；尤其是在阶段二中，是根据第一阶段的调查结果按照相关标准对底泥受重金属污染程度进行评价，然后对分级后不同得点位之间采用二分法加密布设点位进行监测；该专利针对监测对象设计了相应得布点策略，这种布点策略也难以适用于本专利技术的研究对象，且该专利中也不存在对测点进行优化的过程。经检索，中国专利公开号为CN107451695A的一种矿井一氧化碳传感器无盲区优化布置方法，该专利针对现有监测手段的缺陷提出了一种兼顾一氧化碳高风险点和监测覆盖范围的CO传感器无盲区布置方法，借助图论和集合覆盖理论建立综合优化布置模型，为了采用启发式优化算法进行求解，定义了目标函数和约束条件；该专利中传感器布设位置为矿井的巷道中，与本专利技术的研究对象有所差异，同时该专利中并未考虑传感器的监测效果；另外，该专利中的蚁群算法的计算结果存在不唯一性，因此，该专利所得方案未必是最优方案。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，可以快速准确的获取最佳的监测点布设方案，以较低的成本获得最大限度的控制目标管线相邻地下空间爆炸总风险，以便于及时发现燃气管线泄漏情况，避免燃气泄漏而引发的次生灾害，对保障城市燃气安全运营具有重要的作用。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，包括以下步骤：S41，目标管段B的周边区域Ω中共包括N个相邻地下空间，周边区域Ω中此N个相邻地下空间构成集合Lay；预设此N个相邻地下空间内均安装有传感器；S42，对集合Lay进行第一次剔除：从此N个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间，并将所选择的该一个相邻地下空间中的传感器移除；第一次剔除后的集合Lay即第一次剔除后的周边区域Ω中包括：N-1个安装有传感器的相邻地下空间，和一个没有安装有传感器的相邻地下空间；对集合Lay进行第一次剔除后，计算第一次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRD1，计算第一次剔除后的系统风险控制率R1*；S43，按照步骤S42的方式，依次对第k-1次剔除后的集合Lay进行第k次剔除：从N-k+1个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间，并将所选择该一个相邻地下空间中的传感器移除；第k次剔除后的集合Lay中包括：N-k个安装有传感器的相邻地下空间，和k个没有安装有传感器的相邻地下空间；对集合Lay进行第k次剔除后，计算第k次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRDk，计算第一次剔除后的系统风险控制率Rk*；S44，以剩余布点数为横坐标，所述剩余布点数是指；经某次剔除后，集合Lay中剩下的未被移除传感器的相邻地下空间的数量；分别以剔除后的监测点布设的投资合理度和剔除后的系统风险控制率为纵坐标，该两个纵坐标进行归一化；拟合绘制出两条关系曲线，分别为：某次剔除与经该次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRDk之间的关系曲线，某次剔除与经该次剔除后的系统风险控制率Rk*之间的关系曲线；S45，该两条曲线的相交点所对应的剩余布点数为m，将第N-m次剔除后的集合Lay中剩下的未被移除传感器的m个相邻地下空间内安装传感器，以及将N-m个被移除传感器的相邻地下空间内不安装传感器作为监测点布设的最优策略。步骤S42～S43中，计算第k次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRDk：其中，R′表示周边区域Ω的共N个相邻地下空间内均没有安装传感器时，目标管段B的系统风险总值；Rk表示第k次剔除后的周边区域Ω的共N-k个相邻地下空间内安装有传感器时，目标管段B的系统风险总值；Ek表示第k次剔除后，对周边区域Ω中的共N-k个相邻地下空间内安装传感器所需的安全工程总投资。步骤S42～S43中，计算第k次剔除后的系统风险控制率Rk*：其中，R′表示周边区域Ω的共N个相邻地下空间内均没有安装传感器时，目标管段B的系统风险总值；Rk表示第k次剔除后的周边区域Ω的共N-k个相邻地下空间内安装有传感器时，目标管段B的系统风险总值。步骤S42～S43中，从若干个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间，并将所选择该一个相邻地下空间中的传感器移除；该一个相邻地下空间选择方式为：对此若干个均安装有传感器的相邻地下空间依次移除其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS41，目标管段B的周边区域Ω中共包括N个相邻地下空间，周边区域Ω中此N个相邻地下空间构成集合Lay；预设此N个相邻地下空间内均安装有传感器；/nS42，对集合Lay进行第一次剔除：从此N个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间，并将所选择的该一个相邻地下空间中的传感器移除；/n第一次剔除后的集合Lay即第一次剔除后的周边区域Ω中包括：N-1个安装有传感器的相邻地下空间，和一个没有安装有传感器的相邻地下空间；/n对集合Lay进行第一次剔除后，计算第一次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRD

【技术特征摘要】
1.一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，其特征在于，包括以下步骤：
S41，目标管段B的周边区域Ω中共包括N个相邻地下空间，周边区域Ω中此N个相邻地下空间构成集合Lay；预设此N个相邻地下空间内均安装有传感器；
S42，对集合Lay进行第一次剔除：从此N个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间，并将所选择的该一个相邻地下空间中的传感器移除；
第一次剔除后的集合Lay即第一次剔除后的周边区域Ω中包括：N-1个安装有传感器的相邻地下空间，和一个没有安装有传感器的相邻地下空间；
对集合Lay进行第一次剔除后，计算第一次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRD1，计算第一次剔除后的系统风险控制率R1*；
S43，按照步骤S42的方式，依次对第k-1次剔除后的集合Lay进行第k次剔除：从N-k+1个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间，并将所选择该一个相邻地下空间中的传感器移除；
第k次剔除后的集合Lay中包括：N-k个安装有传感器的相邻地下空间，和k个没有安装有传感器的相邻地下空间；
对集合Lay进行第k次剔除后，计算第k次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRDk，计算第一次剔除后的系统风险控制率Rk*；
S44，以剩余布点数为横坐标，所述剩余布点数是指；经某次剔除后，集合Lay中剩下的未被移除传感器的相邻地下空间的数量；分别以剔除后的监测点布设的投资合理度和剔除后的系统风险控制率为纵坐标，该两个纵坐标进行归一化；拟合绘制出两条关系曲线，分别为：某次剔除与经该次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRDk之间的关系曲线，某次剔除与经该次剔除后的系统风险控制率Rk*之间的关系曲线；
S45，该两条曲线的相交点所对应的剩余布点数为m，将第N-m次剔除后的集合Lay中剩下的未被移除传感器的m个相邻地下空间内安装传感器，以及将N-m个被移除传感器的相邻地下空间内不安装传感器作为监测点布设的最优策略。


2.根据权利要求1所述的一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，其特征在于，步骤S42～S43中，计算第k次剔除后的监测点布设的投资合理度SIRDk：



其中，R′表示周边区域Ω的共N个相邻地下空间内均没有安装传感器时，目标管段B的系统风险总值；Rk表示第k次剔除后的周边区域Ω的共N-k个相邻地下空间内安装有传感器时，目标管段B的系统风险总值；Ek表示第k次剔除后，对周边区域Ω中的共N-k个相邻地下空间内安装传感器所需的安全工程总投资。


3.根据权利要求1所述的一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，其特征在于，步骤S42～S43中，计算第k次剔除后的系统风险控制率Rk*：



其中，R′表示周边区域Ω的共N个相邻地下空间内均没有安装传感器时，目标管段B的系统风险总值；Rk表示第k次剔除后的周边区域Ω的共N-k个相邻地下空间内安装有传感器时，目标管段B的系统风险总值。


4.根据权利要求1所述的一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，其特征在于，步骤S42～S43中，从若干个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间，并将所选择该一个相邻地下空间中的传感器移除；该一个相邻地下空间选择方式为：
对此若干个均安装有传感器的相邻地下空间依次移除其内的传感器，并分别计算各个相邻地下空间内的传感器被移除后的目标管段B的系统风险总值，查找出系统风险总值的最小值，选择系统风险总值为最小时所对应的被移除传感器的一个相邻地下空间，并将所选择该一个相邻地下空间中的传感器移除。


5.根据权利要求4所述的一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，其特征在于，从此若干个均安装有传感器的相邻地下空间中选择一个相邻地下空间时，若存在两个或两个以上的相同的最小系统风险总值，则分别选择系统风险总值为最小时所对应的被移除传感器的该两个或两个以上的相邻地下空间，并分别将所选择该两个或两个以上的相邻地下空间中的传感器移除，即产生了两个或两个以上的并列的移除方案，对应的也产生了两个或两个以上的并列的最优策略。


6.根据权利要求2或3或4所述的一种面向地下空间燃气爆炸风险防控的监测点布设方法，其特征在于，目标管段B的系统风险总值的计算方式，包括以下步骤：
S1，对目标管段B进行离散，将该目标管段B离散为L个微元管段，建立单个微元管段对单个相邻地下空间A的风险评估模型，并计算第l个微元管段对单个相邻地下空间A的风险贡献度R(A,l)：
R(A,l)＝PL(l)·PD(A,l)·PI(A)·C(A)；
其中，A表示相邻地下空间；l表示第l个微元管段，l＝1,2,…L；R表示风险贡献度；PL表示燃气泄漏的概率表征值；PD表示泄漏后扩散的概率表征值；PI表示点火的概率表征值；C表示发生事故的后果影响度；
R(A,l)表示第l个微元管段对单个相邻地下空间A的风险贡献度；
PL(l)表示第l个微元管段发生泄漏的概率表征值；
PD(A,l)表示第l个微元管段泄漏后扩散到单个相邻地下空间A的概率表征值；
PI(A)表示单个相邻地下空间A点火的概率表征值；
C(A)表示单个相邻地下空间A发生事故的后果影响度
S2，目标管段B的周边区域Ω中存在N个相邻地下空间A；建立单个微元管段对周边区域Ω的风险评估模型，并计算第l个微元管段对周边区域Ω的风险贡献度R(Ω,l)，包括以下具体步骤：
S21，周边区域Ω的此N个相邻地下空间中，存在x个相邻地下空间内安装有传感器，将安装有传感器的此x个相邻地下空间均称为一类相邻地下空间；另外的N-x个相邻地下空间内没有安装传感器，将没有安装传感器的此N-x个相邻地下空间称为二类相邻地下空间；
由此x个一类相邻地下空间构成一类集合IT，其中，上标T表示一类相邻地下空间；表示第i个一类相邻地下空间；
由此...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宏永，侯龙飞，付明，端木维可，钱新明，袁梦琦，
申请(专利权)人：合肥泽众城市智能科技有限公司，清华大学合肥公共安全研究院，北京理工大学，安徽泽众安全科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34