CN106774009A - 基于非线性模型的危化品泄露预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非线性模型的危化品泄露预警方法，包括设于危化品仓库内的控制器、第一无线收发器、温度传感器、湿度传感器和m个气体检测装置；每个气体检测装置均包括第二无线收发器、单片机和11个气体传感器；控制器分别与第一无线收发器、温度传感器和湿度传感器电连接；每个气体检测装置的单片机分别与第二无线收发器和各个气体传感器电连接。本发明具有检测针对性强，灵敏度高，准确度高的特点。

Description

基于非线性模型的危化品泄露预警方法

技术领域

本发明涉及危化品泄露监测技术领域，尤其是涉及一种检测针对性强、准确度高的基于非线性模型的危化品泄露预警方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。WSN广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。

仓库环境中，芳胺及其衍生物，N-亚硝基化合物，烷基化剂，稠环芳烃，含硫化合物，苯及其化合物，氟化氢，重氮甲烷等等是常见的挥发性有毒有害试剂，虽然一些单位的仓库实行了有毒有害试剂的专人管理和独立空间存放，但是毕竟试剂是要从仓库中人为取出并且在仓库环境中进行实验操作，因此，在实验过程中由于操作和存放方式的不当而引发的仓库安全事故层出不穷。因此，如果在仓库环境空间内对有毒有害气体进行有效监测是一项重要而困难的工作。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的无法对仓库中的芳胺及其衍生物，氟化氢或重氮甲烷泄漏进行检测的不足，提供了一种检测针对性强、准确度高的基于非线性模型的危化品泄露预警方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于非线性模型的危化品泄露预警方法，包括设于危化品仓库内的控制器、第一无线收发器、温度传感器、湿度传感器和m个气体检测装置；每个气体检测装置均包括第二无线收发器、单片机(52)和11个气体传感器；控制器分别与第一无线收发器、温度传感器和湿度传感器电连接；每个气体检测装置的单片机分别与第二无线收发器和各个气体传感器电连接；各个气体传感器分别为SB-19-00传感器、SB-AD3-00传感器、TGS-2600传感器、SB-AQ1-06传感器、TGS-202传感器、TGS-813传感器、TGS-2620传感器、SB-42A-00传感器、TGS-822传感器、SB-11A-00传感器和SB-12A-00传感器；

包括如下步骤：

(1-1)控制器控制每个传感器工作，第二无线收发器每隔时间T1发送1次各个气体传感器的检测值；

(1-2)控制器选取温度传感器、湿度传感器和各个气体传感器在前后两个长度均为L的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段A和时间段B，L＝n×T1，则控制获得时间段A和时间段B内每个传感器的n个检测值；

(1-3)利用温度传感器和湿度传感器的检测值对每个气体传感器的检测值进行修正处理；

(1-4)判断时间段A和时间段B内每个气体传感器的Sc的相似度；

(1-5)控制器利用时间段B内剩余的y_i组成每个气体传感器的检测信号I′(t)，计算所有气体传感器的I′(t)的平均信号I(t)；

(1-6)将I(t)输入非线性模型中，调整非线性模型的μ值，使非线性模型发生共振；

(1-7)非线性模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，控制器做出危化品仓库中有芳胺及其衍生物，氟化氢或重氮甲烷泄漏的判断。

本发明的11个气体传感器用于检测泄漏的有毒试剂的挥发气体，11个不同的气体传感器可以全方位锁定有芳胺、其衍生物或N-亚硝基化合物的挥发气体，采用温度和湿度传感器的检测值对每个气体传感器的检测值进行修正处理，可有效消除温湿度基线变化所造成的传感器信号波动，提高了检测的准确度；相似度处理进一步提高了检测的准确度。

作为优选，步骤(1-1)包括如下步骤：

控制器控制温度传感器和湿度传感器开始检测；控制器通过第一无线收发器发送开始工作的指令，每个气体检测装置的第二无线收发器收到指令后，每个气体检测装置的单片机控制各个气体传感器开始检测，单片机控制第二无线收发器每隔时间T1发送1次各个气体传感器的检测值。

作为优选，步骤(1-3)包括如下步骤：

对于时间段A和时间段B内的每个气体传感器的每个检测值S101均进行如下处理：

设定温度传感器和湿度传感器的检测值分别为S102和S103；

控制器利用公式计算每个气体传感器修正后的检测值Sc。

作为优选，步骤(1-4)包括如下步骤：

设定时间段A的每个Sc为x_i，时间段B的每个Sc为y_i，i＝1，2，...，n；

利用公式计算两个时间段对应Sc的相似度；

若s_i＜1，则将与s_i对应的y_i删除；其中，为时间段A内所有Sc的平均值，是时间段B内所有Sc的平均值。

作为优选，所述非线性模型为

其中，V(t)是模型触发单元动作电位，V_T是模型触发动作阈值电位，V_R是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，V_R＜V_T，ξ(t)高斯随机激励参量，V(t)是非线性模型的实时电位，μ是非线性模型的调整系数，τ是非线性模型的静息常数，V(t⁺)是非线性模型在t⁺时刻的实时电位，V²(t)是V(t)的平方，μ²τ是μ²与τ的乘积。

作为优选，危化品仓库底部设有凹槽，凹槽上设有盖板，盛有危化品的容器设于盖板上，盖板上设有若干个通孔，各个气体检测装置均匀分布于凹槽内。

因此，本发明具有如下有益效果：检测针对性强，灵敏度高，准确度高。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的一种流程图。

图中：控制器1、第一无线收发器2、温度传感器3、湿度传感器4、气体检测装置5、第二无线收发器51、单片机52、气体传感器53。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种基于非线性模型的危化品泄露预警方法，包括设于危化品仓库内的控制器1、第一无线收发器2、温度传感器3、湿度传感器4和m个气体检测装置5；每个气体检测装置均包括第二无线收发器51、单片机52和11个气体传感器53；控制器分别与第一无线收发器、温度传感器和湿度传感器电连接；每个气体检测装置的单片机分别与第二无线收发器和各个气体传感器电连接；各个气体传感器分别为SB-19-00传感器、SB-AD3-00传感器、TGS-2600传感器、SB-AQ1-06传感器、TGS-202传感器、TGS-813传感器、TGS-2620传感器、SB-42A-00传感器、TGS-822传感器、SB-11A-00传感器和SB-12A-00传感器；

包括如下步骤：

步骤100，传感器开始工作，第二无线收发器发送各个气体传感器的检测值；

控制器控制温度传感器和湿度传感器开始检测；控制器通过第一无线收发器发送开始工作的指令，每个气体检测装置的第二无线收发器收到指令后，每个气体检测装置的单片机控制各个气体传感器开始检测，单片机控制第二无线收发器每隔时间1秒发送1次各个气体传感器的检测值；

步骤200，选取时间段A和时间段B的检测值

控制器选取温度传感器、湿度传感器和各个气体传感器在前后两个长度均为L＝30分钟的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段A和时间段B，则控制获得时间段A和时间段B内每个传感器的1800个检测值；

步骤300，利用温度传感器和湿度传感器的检测值对每个气体传感器的检测值进行修正处理；

对于时间段A和时间段B内的每个气体传感器的每个检测值S101均进行如下处理：

设定温度传感器和湿度传感器的检测值分别为S102和S103；

控制器利用公式汁算每个气体传感器修正后的检测值Sc。

步骤400，判断时间段A和时间段B内每个气体传感器的Sc的相似度；

设定时间段A的每个Sc为x_i，时间段B的每个Sc为y_i，i＝1，2，...，n；

利用公式计算两个时间段对应Sc的相似度；

若s_i＜1，则将与s_i对应的y_i删除；其中，为时间段A内所有Sc的平均值，是时间段B内所有Sc的平均值。

步骤500，控制器利用时间段B内剩余的y_i组成每个气体传感器的检测信号I′(t)，计算所有气体传感器的I′(t)的平均信号I(t)；

步骤600，将I(t)输入非线性模型中，调整非线性模型的μ值，使非线性模型发生共振；

非线性模型为

其中，V(t)是模型触发单元动作电位，V_T是模型触发动作阈值电位，V_R是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，V_R＜V_T，ξ(t)高斯随机激励参量，V(t)是非线性模型的实时电位，μ是非线性模型的调整系数，τ是非线性模型的静息常数，V(t⁺)是非线性模型在t⁺时刻的实时电位，V²(t)是V(t)的平方，μ²τ是μ²与τ的乘积。

步骤700，非线性模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，控制器做出危化品仓库中有芳胺及其衍生物，氟化氢或重氮甲烷泄漏的判断。

危化品仓库底部设有凹槽，凹槽上设有盖板，盛有危化品的容器设于盖板上，盖板上设有若干个通孔，各个气体检测装置均匀分布于凹槽内。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种基于非线性模型的危化品泄露预警方法，其特征是，包括设于危化品仓库内的控制器(1)、第一无线收发器(2)、温度传感器(3)、湿度传感器(4)和m个气体检测装置(5)；每个气体检测装置均包括第二无线收发器(51)、单片机(52)和11个气体传感器(53)；控制器分别与第一无线收发器、温度传感器和湿度传感器电连接；每个气体检测装置的单片机分别与第二无线收发器和各个气体传感器电连接；各个气体传感器分别为SB-19-00传感器、SB-AD3-00传感器、TGS-2600传感器、SB-AQ1-06传感器、TGS-202传感器、TGS-813传感器、TGS-2620传感器、SB-42A-00传感器、TGS-822传感器、SB-11A-00传感器和SB-12A-00传感器；

包括如下步骤：

(1-1)控制器控制每个传感器工作，第二无线收发器每隔时间T1发送1次各个气体传感器的检测值；

(1-2)控制器选取温度传感器、湿度传感器和各个气体传感器在前后两个长度均为L的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段A和时间段B，L＝n×T1，则控制获得时间段A和时间段B内每个传感器的n个检测值；

(1-3)利用温度传感器和湿度传感器的检测值对每个气体传感器的检测值进行修正处理；

(1-4)判断时间段A和时间段B内每个气体传感器的Sc的相似度；

(1-5)控制器利用时间段B内剩余的y_i组成每个气体传感器的检测信号I′(t)，计算所有气体传感器的I′(t)的平均信号I(t)；

(1-6)将I(t)输入非线性模型中，调整非线性模型的μ值，使非线性模型发生共振；

(1-7)非线性模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，控制器做出危化品仓库中有芳胺及其衍生物，氟化氢或重氮甲烷泄漏的判断。

2.根据权利要求1所述的基于非线性模型的危化品泄露预警方法，其特征是，步骤(1-1)包括如下步骤：

控制器控制温度传感器和湿度传感器开始检测；控制器通过第一无线收发器发送开始工作的指令，每个气体检测装置的第二无线收发器收到指令后，每个气体检测装置的单片机控制各个气体传感器开始检测，单片机控制第二无线收发器每隔时间T1发送1次各个气体传感器的检测值。

3.根据权利要求1所述的基于非线性模型的危化品泄露预警方法，其特征是，步骤(1-3)包括如下步骤：

对于时间段A和时间段B内的每个气体传感器的每个检测值S101均进行如下处理：

设定温度传感器和湿度传感器的检测值分别为S102和S103；

控制器利用公式计算每个气体传感器修正后的检测值Sc。

4.根据权利要求1所述的基于非线性模型的危化品泄露预警方法，其特征是，步骤(1-4)包括如下步骤：

设定时间段A的每个Sc为x_i，时间段B的每个Sc为y_i，i＝1，2，...，n；

利用公式计算两个时间段对应Sc的相似度；

若s_i＜1，则将与s_i对应的y_i删除；其中，为时间段A内所有Sc的平均值，是时间段B内所有Sc的平均值。

5.根据权利要求1所述的基于非线性模型的危化品泄露预警方法，其特征是，所述非线性模型为

$\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{dV}}^2\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}=\frac{V^2\left(t\right)}{{\mathrm{\&mu;}}^2\mathrm{\&tau;}}-\frac{V\left(t\right)}{\mathrm{\&tau;}}+\mathrm{\&mu;}+I\left(t\right)+\frac{\mathrm{\&tau;}}{\mathrm{\&mu;}}\mathrm{\&xi;}\left(t\right)& V\left(t\right)<V_T\\ V\left(t^{+}\right)=V_R& V\left(t\right)=V_T\end{array}\right.$

其中，V(t)是模型触发单元动作电位，V_T是模型触发动作阈值电位，V_R是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，V_R＜V_T，ξ(t)高斯随机激励参量，V(t)是非线性模型的实时电位，μ是非线性模型的调整系数，τ是非线性模型的静息常数，V(t⁺)是非线性模型在t⁺时刻的实时电位，V²(t)是V(t)的平方，μ²τ是μ²与τ的乘积。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于非线性模型的危化品泄露预警方法，其特征是，危化品仓库底部设有凹槽，凹槽上设有盖板，盛有危化品的容器设于盖板上，盖板上设有若干个通孔，各个气体检测装置均匀分布于凹槽内。