[发明专利]基于复杂网络的油罐区火蔓延预测与分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及火灾预测领域，具体而言涉及一种基于复杂网络的油罐区火蔓延预测与分析方法。

背景技术

石油生产中的物料往往具有易燃、易爆等危险性，这些潜在的危险决定了在生产、运输、存储等多个环节中，必须严格管理和控制，如果稍有不慎，就可能会酿成重大事故，给人们的生命财产造成破坏和损失。油罐区的占地面积大，收发作业频繁，设备检修次数多，是火灾的多发地。因此，如果能够在油罐火灾进行建模和研究，预测火灾发生时燃烧特性的变化趋势和未来趋势，对火灾的扑灭和现场救护是非常有意义的。

目前，针对油罐火灾，现有技术中已经有了从理论和实验的角度的相关研究。庄磊等（大型油罐火灾的热辐射危害特性[J].安全与环境学报,2008,8(4):110-114.）对柴油油罐燃烧进行数值模拟，得出了无风和有风情况下油罐热辐射空间分布规律，并引入热辐射危害判据分析消防人员灭火的最小安全距离以及燃烧油罐对相邻油罐的热破坏。夏建军等（油罐火灾模型试验的安全性分析[J].消防科学与技术,2012,31(2):122-125.）采用数学计算和FDS软件模拟对缩小尺寸的油罐火灾模拟试验进行安全性分析，得到火焰跳动频率、倾斜角、火焰高度和热辐射安全距离等参数数据，并与实际的模型试验进行比较。赵洪海（油罐火灾特性的小尺寸实验研究[J].消防科学与技术,2010(1):26-29.）研究了不同油罐直径、油罐高度、水垫层厚度、油层厚度下油罐火灾的燃烧特性以及周围热辐射通量的分布规律，并分析了这些因素对燃烧过程的影响。

以上现有技术多着眼于单个油罐燃烧特性的研究，对于研究油罐区火灾蔓延具有一定的意义，然而其未能从整个油罐区的角度来考虑油罐燃烧对于周围环境的影响，也没有涉及多个油罐同时着火时的叠加影响以及不同状态的油罐之间的相互影响，对于油罐区火灾蔓延的复杂性没有深入的研究与分析。因此，现有技术还不能满足准确、快速监测油罐区火灾状态和预测火灾蔓延的需求。

发明内容

本发明从从油罐区全局角度出发，综合整个油罐区信息，提出一种基于复杂网络的油罐区火蔓延预测与分析方法，利用油罐区火蔓延模型实现火蔓延预测、火蔓延参考时间分析以及安全距离分析。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于复杂网络的油罐区火蔓延预测与分析方法，包括以下步骤：

在油罐区的各油罐位置以及相邻油罐的中间位置布置传感器节点，节点间连接构成传感器网络；

在一个计算机系统内建立油罐区火蔓延的加权有向网络；以及

基于前述建立的加权有向网络，利用火灾的发生状态以及前述传感器节点所监测的环境数据进行火蔓延预测和相关分析。

进一步的实施例中，前述传感器节点所采集的环境信息至少包括：温度、湿度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、可燃气体浓度、风速以及风向。

进一步的实施例中，加权有向网络的建立包括以下步骤：

步骤1、将油罐区的每个油罐抽象为网络节点，构成油罐集合V，V=﹛v₁,v₂,…,v_m﹜；

步骤2、赋予每个网络节点属性，用于反应每个油罐的状态信息，构成属性集合A：

A=｛p,d,o,s,q｝，

其中：p为节点位置，d为节点直径，o为储存油料性质，s为节点状态，q为节点中心接受热辐射强度；

步骤3、将火灾蔓延路径抽象为有向边，构成边集合E：

E=﹛e_ij︱i≤m,j≤m,i≠j﹜，

其中，该集合E为一V×V的子集，边e_ij表示已经着火的油罐与其相邻的未着火油罐之间的一个有向边，作为潜在的火灾蔓延路径，即火灾可能从边的起点vi朝向边的终点v_j蔓延；

步骤4、赋予边权值，构成边的权值集合W：

W=﹛w_ij︱i≤m,j≤m,i≠j﹜，

其中，某一条边e_ij的权值w_ij表示火灾从起点v_i向终点v_j蔓延的危险程度，w_ij∈[0,1]，当边e_ij表示的火蔓延确实发生后，w_ij=1，即：

步骤5、建立油罐区火蔓延加权有向网络G，G为一个三元组<V，E，W>。