[发明专利]一种瓦斯传感器的布设方法在审

专利信息
申请号: 201810520831.X 申请日: 2018-05-28
公开(公告)号: CN108918813A 公开(公告)日: 2018-11-30
发明(设计)人: 赵丹;潘竞涛;张辉 申请(专利权)人: 辽宁工程技术大学
主分类号: G01N33/22 分类号: G01N33/22;G06F17/50;G06N3/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 123000*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要: 发明公开了一种瓦斯传感器的布设方法,包括以下步骤,瓦斯传感器布设模型的建立:矿井通风有向图G,矿井通风网络图变为一个有向图G=(V,E),其中,V=V1+V2,V1代表通风网络图中的巷道交汇节点集,V2代表依据相关技术规范必须安装瓦斯传感器的位置虚节点集,E=(e1,e2,…,en)代表与V关联的巷道分支集,n为巷道交汇点与虚节点的和,本发明验证了混合GA‑DBPSO算法在求解瓦斯传感器布设模型方面的可行性和有效性。
搜索关键词: 瓦斯传感器 布设 巷道 通风 网络图 虚节点 有向图 矿井 技术规范 交汇点 节点集 求解 算法 交汇 验证 关联
【主权项】:
1.一种瓦斯传感器的布设方法,其特征在于,包括以下步骤,瓦斯传感器布设模型的建立:(1)矿井通风有向图G矿井通风网络图变为一个有向图G=(V,E),其中,V=V1+V2,V1代表通风网络图中的巷道交汇节点集,V2代表依据相关技术规范必须安装瓦斯传感器的位置虚节点集,E=(e1,e2,…,en)代表与V关联的巷道分支集,n为巷道交汇点与虚节点的和;(2)有向图邻接矩阵A邻接矩阵被用来描述有向图中任意两个节点是否有边相连,对于一个有向图G=(V,E),则邻接矩阵A可按如下方式构建:式中:V——有向图节点集合,i,j——节点的序号,n——节点总数,A(i,j)——邻接矩阵A中,第i行第j列的元素;由式1.1可知,邻接矩阵是一个n×n阶的0‑1方阵;简易有向图的邻接矩阵如下:由上述邻接矩阵可知,邻接矩阵中主对角线上的元素均为零,并且第i行非零元素的个数即为第i个节点的出度,第i列非零元素的个数为第i个节点的入度;(3)节点监测时间矩阵T由邻接矩阵A的构建方式获得启示,节点监测时间矩阵可按如下方法获得:式中:tij——节点i处的风流流经到节点j处的最短时间;节点监测时间矩阵中的元素取值可按下式确定:式中:l(i,j)——节点i和下游节点j之间的巷道长度,m;u(i,j)——节点i和下游节点j之间的风流速度,m/s;tik——节点i处风流到过渡节点k的最短时间,s;tkj——过渡节点k处风流到节点j的最短时间,s;式1.4中的第二个式子的求解是属于图论理论中的最短路径问题;节点监测时间矩阵的求解是一个计算通风网络图中风流从特定节点分别到其他所有节点最短时间的过程,属于单源最短路径问题,故采用适用于求解单源最短路径问题的算法——深度优先搜索算法求解节点监测时间矩阵;(4)瓦斯传感器最短报警时间tA瓦斯传感器在最短报警时间内做出预警才能够避免瓦斯超限事故的扩大化;瓦斯传感器最短报警时间可按下式计算:tA=tF+tR  1.5式中:tF——瓦斯异常涌出后运移到瓦斯传感器位置并达到报警浓度的时间,s;tR——瓦斯传感器的响应时间,s,一般≤30s;(5)节点有效监测矩阵C根据瓦斯传感器布设模型建立流程图可知,在指定瓦斯传感器最短报警时间的基础之上,节点有效监测矩阵的形式如式1.6所示,矩阵中的元素可按式1.7取值:上述式1.6和1.7中,当上游节点i到下游节点j的风流流经最短时间tij不大于选择的瓦斯传感器最短报警时间tA时,cij的值取为1,表示下游节点j处的瓦斯传感器能够有效的监测到上游节点i处的瓦斯浓度变化;当上游节点i到下游节点j的风流流经最短时间tij大于选择的瓦斯传感器最短报警时间tA时,cij的值取为0,表示下游节点j处的瓦斯传感器不能有效的监测到上游节点i处的瓦斯浓度变化;由此可知,节点有效监测矩阵是一个主对角线均为1的0‑1型n阶方阵,并且节点有效监测矩阵中第j列中的非零元素所在行对应的节点组成的集合即为节点j处的瓦斯传感器的监测范围集合,即D[j]={i|cij=1,i∈n};(6)瓦斯传感器布设优化模型的目标函数及约束条件在设计瓦斯传感器布设优化模型的目标函数前,做如下设定:对于通风系统有向图G=(V,E),设需要被监测瓦斯浓度变化的节点集合为I,相关规范规定必须安装瓦斯传感器的节点集合为M,可供选择安装瓦斯传感器的节点集合为J,那么,利用最少数量的瓦斯传感器实现对通风网络有向图中所有节点处的瓦斯浓度变化进行监测的过程可转化为寻找节点集合J的一个子集J′,满足J′∪M使得节点集合I中元素节点均被覆盖到的问题,瓦斯传感器布设问题属于设施选址领域中的位置集合覆盖问题;结合位置集合覆盖的定义,即针对一个n阶0‑1矩阵,在保证最小成本的情况下在矩阵中选择一些列使其能覆盖所有的行,则瓦斯传感器布设优化模型的目标函数的建立如下:满足:式1.8即为瓦斯传感器布设位置集合覆盖模型的目标函数,Ω为多个满足条件的全覆盖子集J′组成的集合群;bj为节点j处布设瓦斯传感器的成本,其值为节点j的重要度的倒数;xj表示二进制决策变量,节点j被选择时,xj=1,节点j未被选择时,xj=0;式1.9和式1.10为目标函数的两个约束条件;式1.9表示需要被监测瓦斯浓度的节点至少被一个节点处的瓦斯传感器所监测,N[i]为节点i处的瓦斯传感器的监测范围集合。
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