一种危险气体探测器量化部署方法技术

本发明专利技术提供一种危险气体探测器量化部署方法

【技术实现步骤摘要】
一种危险气体探测器量化部署方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及危险气体监测
，特别是涉及一种危险气体探测器量化部署方法
、
系统及存储介质
。

技术介绍

[0002]高效
、
合理的部署危险气体探测器是安全的重要保障，同时也影响着经济效益
。
英国健康与安全执行委员会
(The Health and Safety Executive
，
HSE)
指出，在安装了气体传感器的园区中发生的事故超过一半的事故无法被气体传感器监测到
。
[0003]已有的探测器部署方案主要是依据经验或者相关规定进行部署，并没有全面考虑影响气体扩散的因素，包括泄漏源位置
、
数量
、
气体组分
、
气象条件
、
化工园区设备及建筑结构部署等，归根究底是没有采用量化部署机制
。
针对这一问题，国内外学者们提出的基于轻量级的气体扩散模型的部署方案并没有全面考虑泄漏情景，只能得到局部最优解，因此探测器部署并不准确，监测效率不高
。
[0004]目前，危险气体探测器的部署优化问题已被证实为
NP
‑
hard
问题
(Non
‑
Deterministic Polynomial)
，因此近些年随机规划被用来研究探测器部署方案
。
根据一些意外性场景的重视程度不同，学者们提出了不同的模型
。
比如基于
P
‑
中值问题
(P
‑
Median Problems
，
PMP)
的混合整数线性规划
(Mixed
‑
Integer Linear Programming Formulation
，
MILP)
模型，分记为
SP
模型
、SPC
模型和
SP
‑
CVaR
模型
(Conditional
‑
Value
‑
at
‑
Risk
，
CVaR)。
为了提高探测系统的容错率，考虑探测器的不可用性和投票策略
(voting Strategies)
提出了
SP
‑
U
和
SP
‑
UV
模型，但是已有的研究大多基于等概率研究场景，忽略了泄漏场景发生的概率
。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种危险气体探测器量化部署方法
、
系统及存储介质，用于解决现有技术中大多基于等概率研究场景，忽略了泄漏场景发生的概率，探测器部署方案主要是依据经验或者相关规定进行部署，并没有全面考虑影响气体扩散的因素，没有采用量化部署机制，只能得到局部最优解，而导致探测器部署并不准确，监测效率不高的问题
。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种危险气体探测器量化部署方法，包括如下步骤：
[0007]S1
：确定泄漏场景变量，根据泄漏场景变量构建泄漏场景模型来计算泄漏场景发生的概率，其中，泄漏场景变量包括泄漏源变量和泄漏环境变量；
[0008]S2
：根据泄漏场景变量及泄漏场景发生概率，建立化工园区的仿真模型并进行网格的划分，根据仿真模型确定要部署危险气体探测器的候选监测点个数及对应的候选监测点，仿真获取各候选监测点对应的危险气体浓度的实时数据；
[0009]S3
：使用概率加权的累积检测时间和风险值修正项构建部署模型，根据泄漏场景
发生的概率
、
对部署模型的约束条件和实时数据确定在所有已识别的泄漏场景中最小化预期检测时间；
[0010]S4
：根据对探测器数目的最大部署数量和候选监测点，采用人工蜂群算法
(ABC)
对部署模型进行优化求解，计算得到最大程度覆盖泄漏场景的探测器部署方案
。
[0011]于本专利技术的一实施例中，
S1
中，泄漏环境变量包括风速
、
风向
、
温度和相对湿度
。
[0012]于本专利技术的一实施例中，
S1
中，泄漏场景模型为泄漏装置发生泄漏后的气体扩散态势受泄漏源位置
、
泄漏速率
、
风速
、
风向
、
温度和湿度的因素综合影响下的泄漏场景发生的概率的计算模型
。
[0013]于本专利技术的一实施例中，泄漏场景发生的概率为泄漏源变量和泄漏环境变量相互独立发生概率的组合概率，即公式表示为：
P(S
advt
)
＝
P(l
a
)*P(e
dvt
)
，其中，
P(S
advt
)
为泄漏场景发生概率，
P(l
a
)
为泄漏源变量发生的概率，
P(e
dvt
)
为环境变量发生的概率
。
[0014]于本专利技术的一实施例中，泄漏源变量发生的概率
P(l
a
)
中，
L
＝
[l
a
]1≤a≤n
，其中，
L
为泄漏源变量的集合，
l
a
为第
a
个泄漏源，
n
为泄漏源的总个数
。
[0015]于本专利技术的一实施例中，环境变量发生的概率
P(e
dvt
)
中，
E
＝
[e
dvt
]1≤d≤8,0≤v≤6,0≤t≤30
，其中，
E
为环境变量的集合，
e
dvt
为第
d
个风向方位时风速为
v、
温度为
t
的风场环境
。
[0016]于本专利技术的一实施例中，环境变量发生的概率
P(e
dvt
)
＝
P(d)*P(v)*P(t)
，其中，
P(d)
为第
d
个风向方位发生的概率，
P(v)
为风速等于
v
发生的概率，
P(t)
为温度等于
t
发生的概率
。
[0017]于本专利技术的一实施例中，
S2
中，建立化工园区的仿真模型并进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种危险气体探测器量化部署方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
：确定泄漏场景变量，根据所述泄漏场景变量构建泄漏场景模型来计算泄漏场景发生的概率，其中，所述泄漏场景变量包括泄漏源变量和泄漏环境变量；
S2
：根据所述泄漏场景变量及所述泄漏场景发生概率，建立化工园区的仿真模型并进行网格的划分，根据所述仿真模型确定要部署危险气体探测器的候选监测点个数及对应的候选监测点，仿真获取各所述候选监测点对应的危险气体浓度的实时数据；
S3
：使用概率加权的累积检测时间和风险值修正项构建部署模型，根据所述泄漏场景发生的概率
、
对所述部署模型的约束条件和所述实时数据确定在所有已识别的泄漏场景中最小化预期检测时间；
S4
：根据对探测器数目的最大部署数量和所述候选监测点，采用人工蜂群算法
(ABC)
对所述部署模型进行优化求解，计算得到最大程度覆盖泄漏场景的探测器部署方案
。2.
根据权利要求1所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述
S1
中，所述泄漏环境变量包括风速
、
风向
、
温度和相对湿度
。3.
根据权利要求1所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述
S1
中，所述泄漏场景模型为泄漏装置发生泄漏后的气体扩散态势受泄漏源位置
、
泄漏速率
、
风速
、
风向
、
温度和湿度的因素综合影响下的所述泄漏场景发生的概率的计算模型
。4.
根据权利要求1所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述泄漏场景发生的概率为所述泄漏源变量和所述泄漏环境变量相互独立发生概率的组合概率，即公式表示为：
P(S
advt
)
＝
P(l
a
)*P(e
dvt
)
，其中，
P(S
advt
)
为泄漏场景发生概率，
P(l
a
)
为泄漏源变量发生的概率，
P(e
dvt
)
为环境变量发生的概率
。5.
根据权利要求4所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述泄漏源变量发生的概率
P(l
a
)
中，
L
＝
[l
a
]
1≤a≤n
，其中，
L
为泄漏源变量的集合，
l
a
为第
a
个泄漏源，
n
为泄漏源的总个数
。6.
根据权利要求4所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述环境变量发生的概率
P(e
dvt
)
中，
E
＝
[e
dvt
]
1≤d≤8,0≤v≤6,0≤t≤30
，其中，
E
为环境变量的集合，
e
dvt
为第
d
个风向方位时风速为
v、
温度为
t
的风场环境
。7.
根据权利要求6所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述环境变量发生的概率
P(e
dvt
)
＝
P(d)*P(v)*P(t)
，其中，
P(d)
为第
d
个风向方位发生的概率，
P(v)
为风速等于
v
发生的概率，
P(t)
为温度等于
t
发生的概率
。8.
根据权利要求1所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述
S2
中，建立化工园区的仿真模型并进行网格的划分，包括：利用
ANSYS
软件进行
3D
模型创建以及网格的划分，然后通过
Fluent
对包括风速
、
风向
、
泄漏源位置的实际环境进行模拟仿真；其中，所述网格的划分包括：对化工园区的布局和探测器部署情况的划分
。9.
根据权利要求1所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述
S2
中，仿真获取各所述候选监测点对应的所述危险气体浓度的所述实时数据中，仿真时间步长为
0.1s
，每次仿真总共包含
600
个时间步长
。10.
根据权利要求1所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述
S2
中，所述实时数据包括危险气体的实时浓度数据和首次采集到所述危险气体的实时浓度数据达到
报警阈值的时间
。11.
根据权利要求1所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述
S3
中，所述部署模型的目标函数为其中，
I
表示所有泄漏场景，
J
表示气体探测器候选位置集合，
P
i
表示泄漏场景
i
发生的概率，
t
i,j
表示在泄漏场景
i
中监测点
j
首次检测到所用的时间
(
浓度大于探测器报警阈值
)
，
Y
i
，
j
是二元决策变量，泄漏场景
i
由探测器
j
检测到时
Y
i
，
j
为1，否则
Y
i
，
j
为0，项为概率加权累计检测时间，表示泄漏的累积风险，项为风险值修正项，
λ
为平衡两项的系数
。12.
根据权利要求
11
所述的危险气体探测器量化部署方法，其特征在于：所述部署模型的所述约束条件包括：对探测器的数量的限制，满足约束条件：其中，
N
为允许布置的探测器数量，
y
j
是一个二元变量，如果监测点
j
有探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜烨，钱寒霄，王宇，权越，刘建，姜兆能，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：