[发明专利]一种气体泄漏源定位方法

摘要

本发明公开了一种气体泄漏源定位方法，包括以下步骤1)、监测厂区区域划分和传感器节点的部署；2)、三维空间坐标系的建立；3)、建立气体扩散模型；4)、确定泄漏位置判定方法；5)、搜索模型的建立；6)、泄漏源强和位置确定。本发明与现有技术相比，具有成本低、容易部署、对监控区域限制条件低、应用广泛、定位精度高、定位速度快等优点。

主权项

一种气体泄漏源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、监测厂区区域划分和传感器节点的部署：对厂区划分成大小相似的若干个矩形区域，对于任意的划分区域，采用网格化部署传感器，以保证不同的下风向都有对应的传感器存在；2)、三维空间坐标系的建立：基于厂区的各个划分矩形区域的顶点和泄漏源的位置，分别建立右手笛卡尔坐标系A和B，其中坐标系A建立以矩形区域的两边分别为x轴和y轴，垂直于平面xoy的为z轴，坐标系B建立是以泄漏源垂直于海平面的交点为顶点，风向为x1轴，垂直于海平面的轴为z1轴；当以三维空间坐标系A为标准,记泄漏源的位置Q坐标(x0,y0,z0)，风向与x轴的坐标系夹角为θ，传感器的位置P坐标为(x,y,h)；当以泄漏源的位置建立的坐标系B为标准，此时的传感器位置P坐标(s,t,h)，存在如式(1)和式(2)的换算关系：s＝(x‑x0)cosθ+(y‑y0)sinθ  (1)t＝‑(x‑x0)sinθ+(y‑y0)cosθ  (2)3)、建立气体扩散模型：基于环境数据和传感器数据，利用帕斯奎尔分类方法，获得大气稳定度，得到相关扩散系数，通过菲克扩散定律和质量守恒定律，建立的气体扩散模型为：C=Q2πμσxσyexp(-12y2σy2)(exp(-12(z-Hσz)2)+exp(-12(z+Hσz)2))---(3)]]>其中参数：C:扩散到(x,y,z)处的浓度，单位kg/m3,Q：泄漏源强度，单位kg/s，μ：水平风速，单位是m/s，H：有效源高度，单位是m，σy：水平方向含参数x扩散系数，单位是m，σz：垂直方向含参数x扩散系数，单位是m，x：传感器距泄漏源下风向距离，单位是m，y：传感器距羽流中心线侧风向距离，单位是m，z：传感器位置高度，单位是m；4)、确定泄漏位置判定方法：基于步骤3)建立的气体扩散模型，泄漏源的位置是依据传感器检测的浓度与扩散模型的浓度接近程度作为判定标准，即通过求解目标函数如式(4)所示的最大值，其中σi为误差参数，5)、搜索模型的建立:基于厂区的网格划分，以每个划分的矩形区域分别建立智能搜索模型，模型的步骤如下：a)适应度函数的选取：搜索的方法采用遗传算法，适应度函数的选取如式(4)所示，b)初始化种群：依据划分矩形区域的边界和区域内的泄漏源个数，通过对其二进制编码和解码，确定初始群体，c)选择：遗传算法中的染色体的选择采用如式(5)所示的轮盘赌选择法，选择适应度高的个体，p(i)=J(i)Σi=1nJ(i)---(5),]]>d)交叉和变异：遗传算法中的交叉算子采用一点交叉，变异算子采用单点变异的方法；6)、泄漏源强和位置确定：基于遗传算法得到的划分矩形区域内的最优可行解，通过泄漏源位置、传感器部署的先验信息和划分区域内传感数据交互验证，确定出泄漏源的位置和源强。