CN106287225A - 一种燃气在线监测预警系统及其检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明自主研发探测器终端和城市燃气在线实时监测系统，利用现场的终端探测器实时采集输气站设备周边然气浓度，并把数据以无线的方式实时的传输给分站，并利用贝叶斯算法对采集到的数据进行分析预测，对比分析数据趋势，判断当前燃气设备状态，并把处理后的结果发送给主站和工作人员手机上；采用基于周期轮询和中断嵌套的调度方式，当检测出数据明显上升时或者主站轮询时从机无应答，系统则会针对性的进行多次问询，确定当前故障原因并及时向主站发送预警信号，避免虚警。数据在主站会根据融合技术对决策层进行进一步分析，拟合状态变化曲线，确保信息预测的正确率。终端、分站、主站以及手机用户可及时通信和控制，自成一个系统。

Description

一种燃气在线监测预警系统及其检测控制方法

技术领域

基于多点融合技术及贝叶斯算法的气体在线监测预警系统及检测控制专用于城市燃气输送站在线实时监测和管理。

背景技术

目前天然气已普及到各家各户，大量的市场使更加竞争激烈，家用燃具质量得不到保证，以及设备长期使用老化、腐蚀等原因，经常会导致燃气易泄露等一系列问题；而且我国天然气技术科技投入不足，设备落后，供配系统发展缓慢，达不到国际标准，燃气的在线实时预警控制手段与国外有较大差距。燃气联网系统初步建立，良好的城市燃气信息化系统亟需很大程度的发展。本方法则是采用多点融合技术并结合贝叶斯算法，全面、及时、高效的监测气体输送站站内燃气浓度变化，加强了城市燃气抢险应急系统，提高了燃气使用的安全性，全面促进燃气信息化系统的良好发展。城市燃气的可靠监管与大家的安全生活息息相关，燃气一旦泄露且发生爆炸事故，不仅造成严重财产损失，甚至会造成人身伤亡。但是现在对于城市燃气的监管手段比较局限，主要还是靠自身来管理维护，难免会有疏忽的时候，更没有实时闭环调控手段的在线监测预警措施。

本发明结合多点融合技术和贝叶斯算法，预测燃气浓度变化趋势，对燃气设备的安全使用提出建议，并且有针对性的进行安全防护解决措施。

发明内容

本检测方法主要是对城市燃气进行安全监管并及时预警，采用多级阶梯智能监管和闭环控制。基于贝叶斯算法，采用浓度自适应报警功能，将界定数值存储作为先验知识，事先界定出正常、故障、警告三大类别，并应用到估计量中，对于每一类的训练数据，我们都用一个多元正态分布来拟合它们，即通过求得某一分类训练数据的平均值和协方差矩阵来拟合出一个正态分布，系统利用现场多个终端探测器实时的采集气体输送站周边天然气的浓度，并把数据以无线的方式实时的传输给分站，分站采用多传感器数据融合技术，对数据进行分析并消除数据之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低决策的不确定性，初步分析后，分站中新的检测数据，就分别求取这个数据点在每个类别的正态分布中的大小，然后用这个值乘以原先的先验概率便是所要求得的后验概率了，根据后验概率的大小就可以判断出这个新数据属于哪一类别的正态分布圈，最终做出靠谱的预测。

分站同时把处理后的信息结果发送给控制室主站和工作人员手机上；主站通过对数据层拟合出当前输送站气体变化曲线及未来发展趋势，获得加气站设备的最真实状态，同时由于采用多传感器融合技术，数据需进行多方校验，控制了虚警概率。当检测出数据明显上升时或者主站轮询时从机无应答，系统则会针对性的进行循环冗余问询，确定当前故障原因并及时向控制室主站发送预警信号。若为燃气泄漏，系统会根据气体浓度变化率大小来控制电磁阀开合程度；若泄漏明显，终端则会立即触发电磁阀，并且向主站发送预警信号，主站工作人员则立即前往故障点排查，在最短的时间内消除隐患。在这个过程中，主站随时监管隐患状态，直到故障排除后，电磁阀自动恢复开合状态，主站报警解除，确保监管的有效性。工作人员手机与服务器终端绑定，及时有效的进行交互式通信，为实现无人值守输气站提供可能。

这种燃气监测控制方法采用基于周期轮询和中断嵌套的调度方式，不仅保证了所有终端都可被问询到，而且当中途突然有某个点发生故障泄漏等状况，可及时向主站报警和手机短信提醒，也预防了人为因素的刻意破坏。

这种燃气监测和控制方法为一闭环整体控制，大大提高了燃气安全监管的可靠性，减少了燃气泄漏意外的发生，保护了大家的人身安全以及避免不必要的财产损失。

这种监测方法实现了数据采集、实时通讯、应急处理之间紧密联合，实现数据间的交流沟通，更加全面的监控，加强了系统薄弱点间的通信交流，避免了相互之间通信不及时造成的损失，先进的技术，科学的管理模式，保障燃气信息化系统安全运行。

该方法基于多传感器融合技术和贝叶斯理论，具有良好的容错性、互补性、实时性和经济性，对系统的决策、规划、反应速度得到很大提高。

附图说明

附图为城市燃气在线监测系统的结构示意图。

图1为系统总体结构框图：1-控制室主站，2-手机通信端，3-分站，4～n为终端。

图2为终端控制器框图：1-CPU，2-传感器模块，3-A/D转换模块，4-无线模块，5和6-报警模块，7-阀门控制模块,8-自检模块。

图3为分站框图：1-CPU，2-无线模块，3-GPRS模块，4-以太网网络模块。

图4为贝叶斯算法运用过程框图：1-确定特征属性，2-获取训练样本，3-对每个类别计算先验概率p(y),4-对每个特征属性计算所有划分的条件概率，5-对每个类别计算后验概率p(x|y)*p(y),6-以后验概率最大项作为数据x所属类别，7-正常，8-故障，9-警告。

实施方式

参照说明书附图对本发明的输气站燃气在线实时监测和检测控制方法做以下说明。具体操作是：终端主控器通过气体传感器采集模块，采集设备周边天然气实时的浓度变化，转换后经无线模块将数据发送到分站，分站根据多传感器融合技术对多方数据进行对比校验，并把校验完的结果传送到控制室主站，发送到主站的结果则会在服务器界面动态的显示当前状态以及变化趋势。当某点有燃气泄漏或设备离线状态时，终端主控器会立马报警并使电磁阀做出相应动作，主站会立马响应报警，同时分站第一时间向工作人员手机发报警短信，通知专业人员及时前往故障点查看处理，提前规避大事故的发生。

该发明具有远程调控功能，工作人员不仅可以随时查看各个点是否有故障发生，而且可以远程控制任意终端电磁阀的关断，通过向分站发送查询指令，所需信息就会及时反馈，方便工作人员对然气设备状态随时了解，若发生持续泄漏，设备会立马触发电磁阀自动闭合，将危险源头关闭，消除隐患。实现了网络上的互联通信，保障用气安全。并且采用无线传输，所以不用敷设电缆，这样根本解决了敷设电缆带来的麻烦，通过使用无线监测终端，可以节省敷设电缆的投资。

Claims (6)

1.本发明主要结合当前输送站燃气易泄露、危害大且不易察觉的特点，自主研发了城市燃气在线监测管理系统，并提出了一种基于贝叶斯理论的新型安全稳定的天然气监测预警方法，通过终端多传感器采集燃气浓度，并通过多点融合技术和贝叶斯算法对采集到的信号进行预测辨识，分析出当前状态，并把分析结果以无线的方式实时传输到分站，分站通过以太网把数据实时上传总站。同时，主站工作人员手机和分站可进行短信通信，及时获取加气站监控信息，贯彻了安全第一，预防为主的方针。

2.根据权利要求书1所述的新方法，其特征在于系统采用周期轮询和中断嵌套的调度方式对终端进行查询，并在一定周期内全部轮询一遍，当从机无应答时，则会进行循环冗余问询，避免了偶然因素的混淆。

3.根据权利要求书1所述的新方法，其特征在于不仅可对燃气浓度进行监测，还可以进行断电检测。

4.根据权利要求书1所述的新方法，其特征在于燃气监测入网，可24h实时反映出输气站是否出现燃气泄漏等不正常状况，便于及时处理。

5.根据权利要求书1所述的新方法，其特征在于出现不良状况时终端可根据泄漏可燃气体浓度变化率控制电磁阀开合的程度，如果达到报警浓度，立即关闭电磁阀并且向主站工作人员发送短信进行提醒，同时主站也会立即预警，提醒工作人员马上排查安全隐患，避免事故发生。

6.根据权利要求书1所述的新方法，其特征在于终端采用多点融合技术和贝叶斯算法对采集数据进行对比校验精确的判断出数据所属类型，以结构风险最小化原则来寻求全局最优解，并避免虚警概率。