一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，包括环境采集组件、通讯组件、巡检机器人以及中央处理系统；通讯组件连接所述环境采集组件，环境采集组件分布于建筑物结构上，用于周期性采集目标位置的振动数据；通讯组件连接中央处理系统，用于系统的数据通讯互传；所述巡视机器人用于巡视指定位置的结构健康情况，作出数据收集和分析，并上传到所述中央处理系统；中央处理系统用于对收集的数据进行处理计算，对巡检机器人进行智能控制，以及进行仿真实验和模型预测，并对危险情况作出预警。本发明专利技术使用足够的传感器覆盖待检测区域作为长期的自动化检测手段，提供了具备智能化、自动化的检测手段和预警效果。自动化的检测手段和预警效果。自动化的检测手段和预警效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统


[0001]本专利技术属于结构检测
，具体涉及一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统。

技术介绍

[0002]随着世界能源需求的高速增长，能源利用率以及生产率都成为世界各国全力在研究和发展的焦点，其中对于环保、高效的能源开发和利用技术尤其重要。核能作为一种高效能源，正在替代传统的化石能源成为人类社会其中一种最重要的能源使用。核电技术在过去几十年的发展有了长足进步，核电站的设计建造也经历了四代的发展，在经历了若干次严重的核安全事故后，人们对于核电站的安全保护设计也越来越重视。目前对于核电站的核心工作区域，例如反应堆、蒸汽炉等设备的保护、检测、防护、监控等的安全设施已然十分严密且谨慎；但对于核电站建筑结构本身的关注还是集中在设计以及运行之初，在运行一段时间后建筑安全关注度会逐渐被忽视。进一步的，对于建筑结构的定期检测目前还是大量使用人工操作，使用的检测手法一般为目视或者基本的仪器检测，未能做到长期不间断的、智能化的检测，或者不能做出风险预测。
[0003]目前已有若干的技术方案开始关注建筑结构的损伤检查与安全预警。如CN111881949A，US5195046A，US6192758
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B1都提出了一些对于结构检查或者分析的方法，在使用传感器之余，配合计算机能提供对于当前状态的报告，但是做不到对于结构的动态监控和预测，也达不到智能预警的效果。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，使用足够的传感器覆盖待检测区域作为长期的自动化检测手段，加入了三维模型的定量化仿真计算，再配合机器人作为巡检手段，提供了具备智能化、自动化的检测手段和预警效果。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，包括环境采集组件102、通讯组件、巡检机器人104以及中央处理系统103；通讯组件连接所述环境采集组件102，所述环境采集组件102分布于建筑物结构上，用于周期性采集目标位置的振动数据；通讯组件连接中央处理系统103，用于系统的数据通讯互传；所述巡视机器人104用于巡视指定位置的结构健康情况，作出数据收集和分析，并上传到所述中央处理系统103；所述中央处理系统103用于对收集的数据进行处理计算，对所述的巡检机器人104进行智能控制，以及进行仿真实验和模型预测，并对危险情况作出预警。
[0007]所述环境采集组件102采用预埋置方式，在建筑建造时，预置于建筑结构内部；所述环境采集组件102或采用二次安装方式，在建筑完成后根据实际需要，采用钻孔内嵌方式安装，或者安装于建筑结构的外部预定位置。
[0008]所述通讯组件基于有线通信、近距无线通信、短距无线通信以及长距离无线通信等各种通信技术的其中一种或多种进行通讯；所述通讯模块可使用单终端模式，或是多节点网关模式进行通讯。
[0009]所述巡检机器人104包括探伤系统，用于探测建筑结构的结构健康状况；所述巡检机器人104包括三维空间扫描装置，用于对三维空间进行空间扫描，并生成三维模形；所述巡检机器人104包括移动装置，用于使机器人根据预设路线进行空间中的移动；所述巡检机器人104包括中央主控；所述中央主控连接并控制中央处理系统103，用于接收由总系统发送的指令；所述中央主控连接探伤系统、所述三维空间扫描装置以及移动装置，用于对机器人的行为进行控制。
[0010]所述中央处理系统103包括存储器和中央处理器；所述存储器包括随机存取存储器以及可擦写存储器；所述随机存取存储器用于作为输入数据的缓存，并等待将数据写入所述可擦写存储器；所述可擦写存储器用于存储可执行程序以及数据库105；所述中央处理器可调用所述存储器中的可执行程序，并调取所述数据库105的数据进行运算。
[0011]所述中央处理系统103采用有限元分析程序对三维模型106进行振动仿真实验，并建立一系列不同振源、振动参数的实验数据库105；仿真实验使用中央处理系统103并采用机器学习和深度算法，结合由环境采集组件102得到的振动数据，对建筑结构当前状况进行仿真计算以及机器学习以进行风险评估，并且一旦发生的振动反映出对建筑结构可能做成损坏的结果，预警系统发出预警，并安排所述巡检机器人104或技术人员对目标位置进行进一步排查。
[0012]所述中央处理系统103使用以下机器学习流程，建立破坏风险预测所用的模型，作为预警的根据：
[0013]S1，组织并分析振动的产生和影响因素，并将这些因素标准化描述，得到原始数据集[A]；所述的原始数据集[A]至少包括振动差生的源头，各振源的振动开始与结束的周期，各振源在振动持续周期内基于时间分布的各项振动特性，由所述环境采集组件102采集到的真实数据，核电站的各区域的三维模型106以及基于所述三维模形的振动仿真测试实验的结果；
[0014]S2，将原始数据集[A]划分为训练集[E]和测试集[T]，目的是使后续对模型进行训练时候提供更明确和有利的训练条件；
[0015]S3，构建振动高发区域以及振动强烈区域的预测模型；所述振动高发区域以及振动强烈区域的预测模型采用4层的深度神经网格，包括1个输入层，2个中间训练层和1个输出层；所述深度神经网格利用训练集[E]和测试集[T]分别对振动高发区域以及振动强烈区域进行机器学习训练；训练集[E]可使用单独区域作为单位，例如核反应堆区、压力容器室、蒸汽发生器室、主循环泵房，或者以单位面积划分的网格区域为单位，例如第10平方米划分为一个单位面积进行网格划分；通过以上训练，了解在各种振动发生叠加的概率，以及叠加后产生的影响，在以上训练的输出层中，输出各个区域或网格单位发生高发振动或强烈振动的概率；
[0016]S4，构建振动破坏风险预测模型；其中所述振动破坏风险预测模型采用4层的深度神经网格，包括1个输入层，2个中间训练层和1个输出层；机器算法采用误差逆传播法，利用原始数据集[A]对振动破坏风险预测模型进行机器训练，使输出可以表示上述各个区域或
网格单位发生破坏风险的概率；进一步的，对破坏风险预测模型的输出概率进行分级转换，得到4个危险程度等级，作为振动破坏风险预测模型的最后输出；
[0017]S5，获取训练好的振动高发区域以及振动强烈区域的预测模型，以及训练好的振动破坏风险预测模型；
[0018]S6，按照预设规则利用训练好的振动高发区域以及振动强烈区域的预测模型对感兴趣的区域，或者对全体核电站区域进行预测，得到各区域发生振动高发或振动强烈的概率；
[0019]S7，获取S6所得结果后，利用训练好的振动破坏风险预测模型再对S6所得结果从高概率至低概率按序进行预测，获得最终的具有振动破坏风险概率的结果。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]1.基于真实建筑结构的三维模型106，能最大限度使用计算机完成各类的仿真实验，大幅提高计算效率；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，其特征在于，包括环境采集组件(102)、通讯组件、巡检机器人(104)以及中央处理系统(103)；通讯组件连接所述环境采集组件(102)，所述环境采集组件(102)分布于建筑物结构上，用于周期性采集目标位置的振动数据；通讯组件连接中央处理系统(103)，用于系统的数据通讯互传；所述巡视机器人(104)用于巡视指定位置的结构健康情况，作出数据收集和分析，并上传到所述中央处理系统(103)；所述中央处理系统(103)用于对收集的数据进行处理计算，对所述的巡检机器人(104)进行智能控制，以及进行仿真实验和模型预测，并对危险情况作出预警。2.根据权利要求1所述的一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，其特征在于，所述环境采集组件(102)采用预埋置方式，在建筑建造时，预置于建筑结构内部；所述环境采集组件(102)或采用二次安装方式，在建筑完成后根据实际需要，采用钻孔内嵌方式安装，或者安装于建筑结构的外部预定位置。3.根据权利要求1所述的一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，其特征在于，所述通讯组件基于有线通信、近距无线通信、短距无线通信以及长距离无线通信等各种通信技术的其中一种或多种进行通讯；所述通讯模块可使用单终端模式，或是多节点网关模式进行通讯。4.根据权利要求1所述的一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，其特征在于，所述巡检机器人(104)包括探伤系统，用于探测建筑结构的结构健康状况；所述巡检机器人(104)包括三维空间扫描装置，用于对三维空间进行空间扫描，并生成三维模形；所述巡检机器人(104)包括移动装置，用于使机器人根据预设路线进行空间中的移动；所述巡检机器人(104)包括中央主控；所述中央主控连接并控制中央处理系统(103)，用于接收由总系统发送的指令；所述中央主控连接探伤系统、所述三维空间扫描装置以及移动装置，用于对机器人的行为进行控制。5.根据权利要求1所述的一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，其特征在于，所述中央处理系统(103)包括存储器和中央处理器；所述存储器包括随机存取存储器以及可擦写存储器；所述随机存取存储器用于作为输入数据的缓存，并等待将数据写入所述可擦写存储器；所述可擦写存储器用于存储可执行程序以及数据库(105)；所述中央处理器可调用所述存储器中的可执行程序，并调取所述数据库(105)的数据进行运算。6.根据权利要求1所述的一种基于振动的核电站结构损伤智能预警系统，其特征在于，所述中央处理系统(103)采用有限元分析程序对三维模型(106)进行振动仿真实验，并建立一系列不同振源、振动参数的实验数据库105；仿真实验使用中央处理系统(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭东，董雷，卫大为，赵博，王丹，张卫军，张恒，胡启龙，余俨，武怡明，卢文娟，丁涛，何奇，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：