[发明专利]一种基于无人机系统的气体泄漏扩散过程的预测方法

摘要

基于无人机系统的气体泄漏扩散过程的预测方法，本发明属于危险气体泄漏的扩散过程预测领域。在以往的预测中，危险气体在各个方向的扩散系数都是凭经验确定的，与真实的值之间差距很大。在本方案中，采取的方法是用无人机实时获取气体浓度，并代入高斯烟团模型从而获得实时的气体扩散系数。泄漏点附近的摄像机会记录泄漏的情况。此时以泄漏源为烟团中心，使用携带电子鼻节点和微型摄像头的无人机沿着烟团以一定半径的圆周测量泄漏点周围的气体浓度，然后将获取的信息传送到中心计算机。中心计算机利用高斯烟团模型和当时的风速，以及摄像机记录的图像位置信息，确定高斯烟团模型的参数，当确定了参数之后，中心计算机根据得出的高斯烟团模型和实时的风速值对泄漏后的动态扩散过程进行预测。

主权项

一种基于无人机系统的气体泄漏扩散过程的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：在容易发生气体泄漏的容器附近安装摄像机和风速仪，这两者的设备系统都要与中心计算机相连。摄像机负责记录气体源泄漏的全过程和无人机的飞行轨迹，并将图像信息传至中心计算机，以便对无人机进行控制。风速仪用来测算实时的风速值，并将数据信息传至中心计算机，以便中心计算机进行后续的计算。步骤二：在无人机上安装一定数量的针对泄漏气体的传感器，形成完备的电子鼻检测系统。保证传感器之间能相互发射并接收信号，并能使各个传感器采集到关于浓度的数据完整、快速地发射至中心计算机。同时，在无人机上安装微型摄像头和远程控制系统，同样与中心计算机相连。保证微型摄像头的图像可以传至中心计算机，使人可以根据该图像和步骤一中摄像机拍摄的图像一起控制无人机的飞行轨迹，并能使无人机的飞行轨迹以坐标点的形式传送至中心计算机。步骤三：已知瞬时泄漏源的位置坐标，立即开启无人机系统，控制无人机到达气体泄漏源附近，使无人机能以气体泄漏源为圆心，以一定半径(半径大小视初始烟团的大小而定，略大于初始烟团的半径)飞行。同时，在这个过程中，无人机的飞行轨迹和测量的浓度数据传送至中心计算机。步骤四：中心计算机识别出无人机的以泄漏源为中心、以一定长度为半径的飞行轨迹，采用该轨迹上的位置坐标与气体浓度值，结合当时的风速值和已知的气体泄漏源的位置坐标，利用非线性最小二乘法，计算出气体的扩散系数。然后，中心计算机将所得气体的扩散系数和实时的风速值，代入高斯烟团模型中，从而动态地预测气体的扩散过程。