一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法及系统，该方法的步骤包括：对区域环境信息进行采集，区域环境信息包括温度信息

【技术实现步骤摘要】
一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及气体检测
，尤其涉及一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法及系统
。

技术介绍

[0002]随着现代工业的快速发展，在生产过程中多种有毒有害气体被广泛地使用
。
一旦有毒有害气体发生泄漏，极易引起爆炸等事故，带来严重后果
。
如何快速并准确发现气体泄漏事故，确定泄漏源的位置和泄漏区域气体浓度，使泄漏事故能够得到有效控制是目前研究的当务之急
。
[0003]传统的气体检测技术使用的是接触型气体传感器，存在响应时间过长
、
可操作性和安全性较低和无法快速定位泄漏源等诸多缺点
。
随着气体红外成像技术的发展，为泄漏气体成像和快速定位提供了技术支撑，使对气体泄漏实现大范围和高效率监测成为了可能
。
但是，现有的基于红外成像技术的气体检测方法仅适用于气体泄漏源定位，并未综合分析区域环境中的温度信息
、
湿度信息和压强信息对气体浓度进行精确检测
。
[0004]例如在授权公告号为
CN113688801B
的中国专利中公开了一种基于光谱视频的化工气体泄漏检测方法及系统，涉及气体检测
，该方法对采集到的化工气体的光谱视频进行图像层面的预处理；将所述光谱视频在时序上划分为多个片段，在每个片段中采样一个视频帧，并分别提取每个视频帧的特征；通过在每个视频帧的特征中融合其多个相邻视频帧的局部运动信息，得到每个视频帧的短时时序增强特征；通过移位和加权逐通道的集成方法在每个视频帧的短时时序增强特征中融合时序信息，得到每个视频帧的全局时序融合特征；将短时时序增强特征和全局时序融合特征通过残差连接并入主网络，计算得到所述化工气体泄漏的检测结果
。
[0005]而在授权公告号为
CN112781791B
的中国专利中公开了一种基于光学气体成像的
VOCs
气体泄漏检测方法及系统，包括以下模块：图像采集模块，用于获取待检测区域的一帧红外图像，如果该帧红外图像为第一帧红外图像则作为背景图像；背景减除模块，用于提取当前帧红外图像的动态变化区域；参数计算模块，用于计算满足动态区域检测条件的动态变化区域的参数；气体泄漏判定模块，用于当计算的红外图像的参数满足检测条件时，判定是否发生气体泄漏；报警模块，用于发生气体泄漏时输出报警信号，并标出提取的动态变化区域
。
以上专利均存在本
技术介绍
提出的问题：现有的基于红外成像技术的气体检测方法仅适用于气体泄漏源定位，并未综合分析区域环境中的温度信息
、
湿度信息和压强信息对气体浓度进行精确检测
。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法及系统，通过构建气体检测网络和气体浓度校准网络，综合分析区域环境中的温度信息
、
湿度信和压强信息，在实现气体泄漏源定位的同时对区域环境中的气体
浓度进行检测并及时高效地输出预警信息
。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，包括下述步骤：
[0009]对区域环境信息进行采集，区域环境信息包括温度信息
、
湿度信息
、
压强信息
、
气体浓度信息和区域红外图像；
[0010]对采集到的区域红外图像进行预处理，预处理包括图像校正
、
图像去噪和数据增强；
[0011]构建气体检测网络，得到气体释放源定位信息；
[0012]构建气体浓度校准网络，综合区域环境中的温度信息和压强信息对气体浓度信息进行校准，得到区域气体浓度信息；
[0013]综合分析气体释放源定位信息和区域气体浓度信息，输出预警信息
。
[0014]作为优选的技术方案，所述气体浓度信息由半导体式气体传感器和红外线式气体传感器共同采集，具体步骤包括：
[0015]通过半导体式气体传感器获取第一气体浓度信息，通过红外线式气体传感器获取第二气体浓度信息；
[0016]若区域环境中的湿度信息大于等于预设湿度阈值，则气体浓度信息为第一气体浓度信息，若区域环境中的湿度信息小于预设湿度阈值，则气体浓度信息为第二气体浓度信息
。
[0017]作为优选的技术方案，所述图像校正具体步骤包括：
[0018]令区域红外图像的大小为，表示区域红外图像的列数，表示区域红外图像的行数，以区域红外图像第列像素点为中心构造一个大小为的滑动窗口，表示滑动窗口的列数，表示滑动窗口的行数，和均为奇数；
[0019]计算以区域红外图像中的像素点为中心的滑动窗口水平方向的梯度：
[0020]；
[0021]式中，，表示区域红外图像中第行第列像素点的灰度值；
[0022]计算以区域红外图像中的像素点为中心的滑动窗口水平方向的平均梯度：
[0023]；
[0024]沿区域红外图像第列像素点垂直滑动窗口，计算第列像素点所有滑动窗口中平均梯度最小的窗口的累积直方图：
[0025]；
[0026]式中表示区域红外图像的行数，即每列的像素点个数，表示累积直方图的灰度级，表示令像素点的灰度值为；
[0027]计算区域红外图像第列像素点所有滑动窗口中平均梯度最小的窗口的中值直方图：
[0028]；
[0029]；
[0030]式中表示将4倍的标准差向负无穷方向取整，表示标准差为的高斯权重，表示阈值；
[0031]获取区域红外图像第列像素点的校正灰度值：
[0032]；
[0033]执行上述步骤，依次获取区域红外图像每一列像素点的校正灰度值，完成图像校正
。
[0034]作为优选的技术方案，所述图像去噪用下式表示：
[0035]；
[0036]式中表示以区域红外图像第个像素点为中心的滤波模板内的像素点灰度值，表示以区域红外图像第个像素点为中心的滤波模板内每个像素点的加权系数，表示滤波模板的大小，表示滤波模板的宽度，表示滤波模板的高度，表示区域红外图像第个像素点去噪后的灰度值
。
[0037]作为优选的技术方案，所述数据增强用于对区域红外图像进行扩充，具体步骤包括：
[0038]对区域红外图像进行图像变换，所述图像变换包括水平翻转
、
垂直翻转
、
随机角度旋转和
Mosaic
随机增强中的至少一种
。
[0039]作为优选的技术方案，所述
Mosaic
随机增强的具体步骤包括：
[0040]生成一张大小的背景图，大小的背景图能够容纳4张大小为的区域红外图像；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，其特征在于，包括下述步骤：对区域环境信息进行采集，区域环境信息包括温度信息
、
湿度信息
、
压强信息
、
气体浓度信息和区域红外图像；对采集到的区域红外图像进行预处理，预处理包括图像校正
、
图像去噪和数据增强；构建气体检测网络，得到气体释放源定位信息；构建气体浓度校准网络，综合区域环境中的温度信息和压强信息对气体浓度信息进行校准，得到区域气体浓度信息；综合分析气体释放源定位信息和区域气体浓度信息，输出预警信息
。2.
根据权利要求1所述的一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，其特征在于，所述气体浓度信息由半导体式气体传感器和红外线式气体传感器共同采集，具体步骤包括：通过半导体式气体传感器获取第一气体浓度信息，通过红外线式气体传感器获取第二气体浓度信息；若区域环境中的湿度信息大于等于预设湿度阈值，则气体浓度信息为第一气体浓度信息，若区域环境中的湿度信息小于预设湿度阈值，则气体浓度信息为第二气体浓度信息
。3.
根据权利要求1所述的一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，其特征在于，所述图像校正具体步骤包括：以区域红外图像第列像素点为中心构造大小为的滑动窗口，表示滑动窗口的列数，表示滑动窗口的行数；计算以区域红外图像中的像素点为中心的滑动窗口水平方向的平均梯度，沿区域红外图像第列像素点垂直滑动窗口，计算第列像素点所有滑动窗口中平均梯度最小的窗口的累积直方图和中值直方图；通过累积直方图和中值直方图获取区域红外图像第列像素点的校正灰度值，依次获取区域红外图像每一列像素点的校正灰度值，完成图像校正
。4.
根据权利要求1所述的一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，其特征在于，所述图像去噪用下式表示：；式中表示以区域红外图像第个像素点为中心的滤波模板内的像素点灰度值，表示以区域红外图像第个像素点为中心的滤波模板内每个像素点的加权系数，表示滤波模板的大小，表示滤波模板的宽度，表示滤波模板的高度，表示区域红外图像第个像素点去噪后的灰度值
。
5.
根据权利要求1所述的一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，其特征在于，所述数据增强用于对区域红外图像进行扩充，具体步骤包括：对区域红外图像进行图像变换，所述图像变换包括水平翻转
、
垂直翻转
、
随机角度旋转和
Mosaic
随机增强中的至少一种
。6.
根据权利要求1所述的一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，其特征在于，所述气体检测网络包括气体红外特征提取单元
、
气体运动特征提取单元
、
特征融合单元和气体释放源定位单元，其中气体释放源定位单元包含2个1×1卷积层和4个3×3卷积层，气体释放源定位单元的输出为气体释放源定位信息
。7.
根据权利要求1所述的一种基于区域环境分析的气体智能检测预警方法，其特征在于，所述气体浓度校准网络可用下式表示：；式中表示校准后的区域气体浓度信息，表示输出层节点传递函数，表示输入的区域环境信息的类别数，表示中间层至输出层的连接权值，表示中间层节点传递函数，表示中间层节点数，表示输入的区域环...

【专利技术属性】
技术研发人员：付彦奎，
申请(专利权)人：南京沃唐光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：