[发明专利]一种基于时空动态耦合的三维温度传感数据分析方法

说明书

本发明公布了一种基于时空动态耦合的三维温度传感数据分析方法，利用反映传热机理的温度场物理模型与基于时空相关性的统计模型，建立混合效应模型，对三维温度传感数据进行分析，获得时空三维温度场中任一空间位置的动态温度值，即任一空间位置或任一时刻的温度值。通过本发明所提供的技术方案，将反映传热机理的温度场物理模型与基于时空相关性的统计模型相结合，建立混合效应模型，实现对三维动态温度场的估计，为温度场的实时监控提供准确、全面的信息，有助于实现温度场中传感器的最优配置，达到降低成本、节约能源的效果。

技术领域

本发明提供一种三维温度场的动态数据分析方法，具体涉及一种基于时空动态耦合的三维温度传感数据分析方法，属于工业工程领域。

背景技术

温度场的动态数据分析技术在工程领域发挥着重要作用，对提高产品质量、提升系统性能等工程任务提供重要信息。近年来，这项技术引起科研与工程人员的广泛关注，已经在生态、气象、卫生保健、粮食仓储等工程领域得到应用。温度场的动态数据分析技术能为复杂系统的监控提供全面、准确的信息，达到提高系统性能或服务质量的效果。同时，该技术有助于工程结构的优化设计，实现节约资源、降低成本的目标。

温度场的动态数据分析技术旨在实现对温度场的准确估计。传统的温度场估计方法是一种基于热传递原理的仿真方法。文献[1]～[2]中记载，该方法考虑影响温度场的变化的外部因素，如环境因素、内部传热机制，通过给定初始温度和边界条件，建立三维热力学模型，实现对三维动态温度场的估计。然而，温度场的变化不仅受到外部因素的影响，还受到内部因素及其他多种不确定因素的影响。温度场可以被视为一个随着时空变化的复杂的传热系统。传统的温度场估计方法仅能刻画在理想状态下温度场变化的轮廓和趋势。对于温度场中经常出现的由内部因素引起的局部温度变化，该方法不再适用。因此，传统的温度场估计方法误差较大，无法提供高精度的温度场信息。

随着时代的发展，无线传感器技术被广泛应用于工程领域(如文献[3])。该技术通过无线传感器采集温度数据，并利用这些数据建立温度场估计模型。由于传感器配置成本的限制，目前在温度场中安装的传感器数目较少，通过传感器只能获取一少部分稀疏的观测数据。观测数据的稀疏性会导致温度场估计模型精确度大大降低。同时，由传感器采集的温度数据存在测量误差，同样会降低温度场估计模型的精确度。因此，仅依靠无线传感器技术与数学模型相结合的方法无法实现对温度场的精准估计。

此外，作为一个复杂的传热系统，三维温度场相邻位置或相邻时刻的温度数据存在时间和空间的相关性，且温度数据的时、空相关性是相互作用的，即数据间既存在时间相关性、空间相关性，又存在时空相关性。现有的研究对温度场这一特性的描述多是在时间和空间相关性是相互独立的假设条件下进行的，没有考虑数据的时空相关性，难以实现对三维动态温度场的时空相关性进行考量和估计。

参考文献

[1]D.Wang and X.Zhang,“A prediction method for interior temperatureof grain storage via dynamics model:a simulation study”,Proceed-ings of IEEEInternational Conference of Automation Science and Engineering,pp.1477-1483,2015.

[2]C.Jia,D.Sun and C.Cao,“Finite element prediction of transienttemperature distribution in a grain storage bin”,Journal of AgriculturalEngineering Research,vol.76,no.4,pp.323–330,2000.