CN108223009A - 一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法 - Google Patents

一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法 Download PDF

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万萌
彭李乔
邹宇晨
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F1/00—Ventilation of mines or tunnels; Distribution of ventilating currents
    • E21F1/08—Ventilation arrangements in connection with air ducts, e.g. arrangements for mounting ventilators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices

Abstract

本发明涉及一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法，在隧道中依次分散布置多功能检测器和射流风机；利用多功能检测器对隧道内烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn进行检测，并利用BP神经网络对隧道内烟雾浓度VIn和一氧化碳浓度COn检测值进行训练，预测出下一个时刻的烟雾浓度VIn+1和一氧化碳浓度COn+1值，然后将当前和下一时刻的值与预设的最大值进行对比分析，通过控制器控制射流风机启停；射流风机采用射流式纵向通风方式，将新鲜空气从洞口引入，再通过另外一个洞口将污染的空气排出。本发明既能保证隧道内环境质量又能最大限度地降低运营成本，达到公路工程建设追求的安全、环保、节能的目标。

Description

一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法
技术领域
本发明涉及隧道通风的技术领域，尤其涉及到一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法。
背景技术
隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。
隧道内每天都会有大量的车辆通行，而车辆所排放的尾气，含有大量的一氧化碳，氮氧化物，碳氢化合物和铅等对人体有害的成分，如不对其进行通风，所排尾气就会严重的污染空气，对司乘人员和隧道内的工作人员造成危害。
因此，隧道通风显得十分重要。
而隧道通风方式较多，分为自然通风和机械通风。
自然通风：不设通风设备的情况下，充分利用洞口的自然压力差以及车辆行驶过程中所产生的交通风来满足隧道内的风量需求。但当公路隧道较长时，如果仍然依靠自然风或者交通风就明显不够了。
机械通风：分为纵向通风、半横向通风、横向通风和混合式通风四种类型，均需要机械通风设备配合；虽然机械通风能顺利排出污染物，使运营安全性大幅度提高，但随之而来的是运营成本的提高。
如何达到公路工程建设追求的目标：安全、环保、节能，仍需要人们解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既能保证隧道内环境质量又能最大限度地降低运营成本的基于污染物浓度的隧道通风控制方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
在隧道中依次分散布置多功能检测器和射流风机；利用多功能检测器对隧道内烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn进行检测，数据处理及控制中心依据检测值控制射流风机启停；射流风机采用射流式纵向通风方式，将新鲜空气从洞口引入，再通过另外一个洞口将污染的空气排出。
进一步地，所述数据处理及控制中心依据检测值控制射流风机启停具体为：利用BP神经网络对隧道内烟雾浓度VIn和一氧化碳浓度COn检测值进行训练，预测出下一个时刻的烟雾浓度VIn+1和一氧化碳浓度COn+1值，将当前和下一时刻的值与预设的最大值进行对比分析，通过控制器控制射流风机启停。
进一步地，预测下一个时刻烟雾浓度VIn+1和一氧化碳浓度COn+1值及控制射流风机启停的具体步骤如下：
S1、数据处理及控制中心根据隧道当前时刻n的烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn，结合n-1时刻的烟雾浓度值VIn-1和一氧化碳浓度值COn-1，n-2时刻的烟雾浓度值VIn-2和一氧化碳浓度值COn-2，利用BP神经网络对数据进行训练，预测出n+1时刻的烟雾浓度值VIn+1和一氧化碳浓度值COn+1；
S2、根据预先设定的烟雾浓度最大值VImax，基于烟雾浓度的判断：当VIn≥VImax，VIn+1≥VImax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当VIn≥VImax，VIn+1<VImax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当VIn<VImax，VIn+1≥VImax，维持当前射流风机状态不变；当VIn<VImax，VIn+1<VImax，依次关闭多功能检测器附近的射流风机；
S3、根据预先设定的一氧化碳浓度最大值COmax，基于一氧化碳浓度的判断：当COn≥COmax，COn+1≥COmax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当COn≥COmax，COn+1<COmax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当COn<COmax，COn+1≥COmax，维持当前射流风机状态不变；当COn<COmax，COn+1<COmax，依次关闭多功能检测器附近的射流风机。
进一步地，BP神经网络模型共有三层，输入三个节点，分别对应n-2，n-1，n三个时刻的烟雾浓度或一氧化碳数据，输出数据为下一时刻n+1污染物浓度的预测值，隐含节点数采用试凑法求得最佳隐层数。
与现有技术相比，本方案原理和优点如下：
在隧道中依次分散布置多功能检测器和射流风机；利用多功能检测器对隧道内烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn进行检测，并利用BP神经网络对隧道内烟雾浓度VIn和一氧化碳浓度COn检测值进行训练，预测出下一个时刻的烟雾浓度VIn+1和一氧化碳浓度COn+1值，然后将当前和下一时刻的值与预设的最大值进行对比分析，通过控制器控制射流风机启停；射流风机采用射流式纵向通风方式，将新鲜空气从洞口引入，再通过另外一个洞口将污染的空气排出。本方案既能保证隧道内环境质量又能最大限度地降低运营成本，达到公路工程建设追求的安全、环保、节能的目标。
附图说明
图1为本发明中隧道通风控制的原理图；
图2为本发明中BP神经网络的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
参见附图1所示，本实施例所述的一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法，具体为：
在隧道中依次分散布置多功能检测器和射流风机；利用多功能检测器对隧道内烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn进行检测后，数据处理及控制中心根据隧道当前时刻n的烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn，结合n-1时刻的烟雾浓度值VIn-1和一氧化碳浓度值COn-1，n-2时刻的烟雾浓度值VIn-2和一氧化碳浓度值COn-2，利用BP神经网络对数据进行训练，预测n+1时刻的烟雾浓度值VIn+1和一氧化碳浓度值COn+1；BP神经网络模型如图2所示(烟雾和一氧化碳均是污染物)，BP神经网络模型共有三层，输入三个节点，分别对应n-2，n-1，n三个时刻的烟雾浓度或一氧化碳数据，输出数据为下一时刻n+1污染物浓度的预测值，隐含节点数采用试凑法求得最佳隐层数；
预测出下一个时刻的烟雾浓度VIn+1和一氧化碳浓度COn+1值后，将当前和下一时刻的值与预设的最大值进行对比分析，通过控制器控制射流风机启停，具体控制步骤如下：
根据预先设定的烟雾浓度最大值VImax，基于烟雾浓度的判断：当VIn≥VImax，VIn+1≥VImax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当VIn≥VImax，VIn+1<VImax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当VIn<VImax，VIn+1≥VImax，维持当前射流风机状态不变；当VIn<VImax，VIn+1<VImax，依次关闭多功能检测器附近的射流风机；
根据预先设定的一氧化碳浓度最大值COmax，基于一氧化碳浓度的判断：当COn≥COmax，COn+1≥COmax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当COn≥COmax，COn+1<COmax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当COn<COmax，COn+1≥COmax，维持当前射流风机状态不变；当COn<COmax，COn+1<COmax，依次关闭多功能检测器附近的射流风机。
本实施例既能保证隧道内环境质量又能最大限度地降低运营成本，达到公路工程建设追求的安全、环保、节能的目标。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法，其特征在于：在隧道中依次分散布置多功能检测器和射流风机；利用多功能检测器对隧道内烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn进行检测，数据处理及控制中心依据检测值控制射流风机启停；射流风机采用射流式纵向通风方式，将新鲜空气从洞口引入，再通过另外一个洞口将污染的空气排出。
2.根据权利要求1所述的一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法，其特征在于：所述数据处理及控制中心依据检测值控制射流风机启停具体为：利用BP神经网络对隧道内烟雾浓度VIn和一氧化碳浓度COn检测值进行训练，预测出下一个时刻的烟雾浓度VIn+1和一氧化碳浓度COn+1值，将当前和下一时刻的值与预设的最大值进行对比分析，通过控制器控制射流风机启停。
3.根据权利要求2所述的一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法，其特征在于：预测下一个时刻烟雾浓度VIn+1和一氧化碳浓度COn+1值及控制射流风机启停的具体步骤如下：
S1、数据处理及控制中心根据隧道当前时刻n的烟雾浓度值VIn和一氧化碳浓度值COn，结合n-1时刻的烟雾浓度值VIn-1和一氧化碳浓度值COn-1，n-2时刻的烟雾浓度值VIn-2和一氧化碳浓度值COn-2，利用BP神经网络对数据进行训练，预测出n+1时刻的烟雾浓度值VIn+1和一氧化碳浓度值COn+1；
S2、根据预先设定的烟雾浓度最大值VImax，基于烟雾浓度的判断：当VIn≥VImax，VIn+1≥VImax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当VIn≥VImax，VIn+1<VImax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当VIn<VImax，VIn+1≥VImax，维持当前射流风机状态不变；当VIn<VImax，VIn+1<VImax，依次关闭多功能检测器附近的射流风机；
S3、根据预先设定的一氧化碳浓度最大值COmax，基于一氧化碳浓度的判断：当COn≥COmax，COn+1≥COmax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当COn≥COmax，COn+1<COmax，开启多功能检测器前后各二组射流风机；当COn<COmax，COn+1≥COmax，维持当前射流风机状态不变；当COn<COmax，COn+1<COmax，依次关闭多功能检测器附近的射流风机。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于污染物浓度的隧道通风控制方法，其特征在于：所述BP神经网络模型共有三层，输入三个节点，分别对应n-2，n-1，n三个时刻的烟雾浓度或一氧化碳数据，输出数据为下一时刻n+1污染物浓度的预测值，隐含节点数采用试凑法求得最佳隐层数。
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