CN110728826A

CN110728826A - 一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法

Info

Publication number: CN110728826A
Application number: CN201910420520.0A
Authority: CN
Inventors: 吕桂林; 温欣; 赵巍平; 郑繁; 杨欣伟; 崔波; 梁爽; 罗广强; 胡晓楠
Original assignee: TANGSHAN INDUSTRIAL VOCATIONAL TECHNICAL COLLEGE
Current assignee: TANGSHAN INDUSTRIAL VOCATIONAL TECHNICAL COLLEGE
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-01-24

Abstract

一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法，其特征是：以倾斜摄影航测同一位置及多个不同角度的具有高分辨率的影像为基础，经过计算进行三维建模，使用BIM技术处理建筑单体和内部信息，通过数据转换在GIS中对空间地理信息化数据进行集成与分析。本发明涉及三维建模技术领域，涉及一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法。本发明能够自动建立三维模型，具有效率高、精度高、真实性高以及低成本的特点，结合BIM对建筑模型进行精细化内部处理，通过3DGIS对模型处理进行三维可视化，建模具有快速、真实的特点，管理和分析具有空间可视化特点。解决了传统三维建模效率低成本高、精度低和不能进行地理信息化管理等问题。

Description

一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法

技术领域

本发明涉及三维建模技术领域，具体地讲，涉及一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法。

背景技术

随着中国城市建设的飞速发展，城市在空间向外扩张的同时也在朝着地下迈进，一些大城市的地下空间利用已经非常的广泛。在城市地下空间被大规模利用的同时，地下空间灾害也在逐渐增多。城市地下空间在拥有较强的抵抗自然灾害、有效利用土地等优势的同时，也具有以下劣势：一是人员和车辆进出都会受到限制，尤其是灾害发生的时候容易造成拥堵；二是城市地下空间的有限性，在发生灾害的时候不利于有害物质的扩散；三是自然采光和视野的局限性，照明系统在救灾过程中往往起到至关重要的作用；四是救援力量难以及时到达现场，灾害发生时消防车、救护车等救援设备难以进入地下空间。因此，在开发城市地下空间的同时必须进行安全防护及监控预警，通过基于智慧技术的灾害预警系统可以达到灾害预警、报警的要求。

在人和车流量流量密集，并且空间相对密闭的的城市地里，有毒有害气体往往比地上空间严重很多，污染项目主要包括氮氧化物、可吸入颗粒、总悬浮颗粒、一氧化碳、二氧化碳、总挥发性有机物的超标等问题。其中氮氧化物、可吸入颗粒、二氧化碳、一氧化碳四项指标是城市地下空间有毒有害气体的主要常规指标，用这四项指标来评价城市地下空间的有毒有害气体情况符合城市地下空间的特点。其中氮氧化物产生的危害不会立刻显示出来，通常会在经过6-7个小时的潜伏期后水肿和呼吸窘迫综合征等症状；可吸入颗粒被人体吸入以后，会在人的呼吸系统中积累，可以引发多种疾病，对人体危害很大；二氧化碳浓度过高会会使人体出现气闷、头晕、头痛，浓度达到10％以上时，会使得人出现丧失知觉、呼吸停止，甚至死亡；一氧化碳极易与血红蛋白结合，使得血红蛋白失去携带氧气的能力，造成窒息甚至死亡。

现阶段城市地下工程防灾减灾体系主要针对的是火灾，目前火灾报警和自动控制系统相对较为成熟，但是城市地下空间的有毒有害气体没有引起足够的重视，空气环境相对舒适度较差，长时间处于此类地下空间使得人群易产生闷热、压抑、烦躁，甚至更严重的后果。现有的城市地下空间有毒有害气体监测大部分还停留在临时检测阶段，较少地下空间实现了有毒有害气体实时数据监测报警，各项污染指标的预测数据也不够精确。此外，现有的报警系统大多只能根据发出警报传感器的位置确定警报发生的位置，不能实现三维位置的显示，也不能展现出现警报周边建筑结构情况。

目前，对于地下空间有毒有害气体指标的预测计算主要采取以下计算方法，包括DelPhi法、层次分析法、模糊综合评价法和BP神经网络评价法，取得了一定的效果，然而不同的预测方法对于不同的指标会产生不同的精度，说明这些预测方法对于某个特点的指标会有比较好的效果，但是对于其他指标预测就没有那么精确了。因此，本发明针对某种特定的城市地下空间有毒有害气体指标，采用多种方法进行历史样本的预测计算，将这些计算数据和历史数据做比较，找到误差最小的预测方法，将该方法确定为该项指标的预测计算方法。通过采用BIM+3DGIS+IOT技术实现报警信息的三维模型展示，也可以查看出现有毒有害气体警报位置的周边建筑结构布置情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法，用于解决城市地下空间有毒有害气体预警报警问题，解决了各个有毒有害气体指标预测精度不高的问题，解决灾害信息和灾害周边建筑信息的三维显示问题。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法，其特征是：1、具体包括以下步骤：

步骤1：基于BIM+3DGIS技术建立的城市地下空间三维数据模型；

步骤2：基于物联网技术对每个有毒有害气体指标进行实时监控，作为报警数据；同时再结合提前调查获取的地下空间有毒有害气体相关数据，采用误差最低的预测方法进行灾害数据预测，作为预警数据；

步骤3：使用预警数据和报警数据分别与该指标安全规定阈值进行比较：

如果某一有毒有害气体指标预警数据或者报警数据小于该指标的第一规定阈值时，则不发出预警或者报警；

如果某一有毒有害气体指标预警数据或者报警数据大于该指标的第一规定阈值并且小于第二规定阈值时，则给出对应的三级报警或者预警；

如果某一有毒有害气体指标预警数据或者报警数据大于该指标的第二规定阈值并且小于第三规定阈值时，则给出对应的二级报警或者预警；

如果某一有毒有害气体指标预警数据或者报警数据大于该指标的第三规定阈值时，则给出对应的一级报警或者预警；

步骤4：将预警或者报警结果以不用颜色和文字信息在具有三维可视化终端上显示。

作为对本技术方案的进一步限定，所述预测误差公式为：

其中，Δ_i为第i种预测方法的平均计算误差；

A_i,j为使用第i种预测方法对第j个样本得到的预测结果；

B_j为是第j个样本的真实数据；

P_i为使用第i种预测方法进行的样本预测次数，i＝1,2,3,…,N，N是所采用的预测方法的数量。

作为对本技术方案的进一步限定，所述第一规定阈值指的是该指标国家规定标准值的50％，所述第二规定阈值指的是该指标国家规定标准值的80％，所述第三规定阈值指的是该指标国家规定标准值的100％。

作为对本技术方案的进一步限定，所述地下空间有毒有害气体指标主要包括氮氧化物、可吸入颗粒、二氧化碳、一氧化碳。

作为对本技术方案的进一步限定，所述灾害数据包括实时获得的污染指标、通风状况、空调状况、人或车流量、安全管理水平、装修、火灾、地质状况。

作为对本技术方案的进一步限定，所述的实时监控数据通过物联网技术(IOT)将布置在城市地下空间的多种传感器数据上传到数据库。

作为对本技术方案的进一步限定，所述的报警、预警系统，三维可视化终端指的是PC端和手机端。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：能够对城市地下空间有毒有害气体进行预警和报警，既可以根据实时的监测数据进行报警，又可以根据预测数据进行有毒有害气体预警；选择误差最低的预测方法作为该项指标的预测计算方法，提高了预测精度；通过采用BIM+3DGIS+IOT技术实现报警信息的三维模型展示，也可以查看出现警报位置的周边建筑结构布置情况。本发明使用系统具有预警和报警的双重功能；采用误差最低的预测方法，计算每个指标的预测数据，提高了预测精度；预警、报警信息的三维可视化显示提高了灾害应急反应速度。

附图说明

图1是本发明有毒有害气体预警报警系统工作的流程示意图。

图2是本发明预警报警信息的生成的流程示意图。

图3是本发明有毒有害气体指实时标监控流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1是实施案例提供的一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法的流程示意图。如图1所示，实施案例采取的预警报警系统工作过程包括：

步骤S1：使用BIM的三维建模技术，建立该地下空间的三维模型，并将数据导入到所在地区的3DGIS三维地理信息模型里，形成本案例的三维数据模型。

步骤S2：基于物联网技术对每个有毒有害气体指标进行实时监控，并将监控数据存入到数据库中。

步骤S3：使用误差最小的预测方法对每个污染指标进行预警数据计算，并将数据存入数据库。

分别针对地下空间有毒有害气体的四个指标氮氧化物、可吸入颗粒、二氧化碳、一氧化碳，进行各种预测方法的历史数据预测计算，用预测数据同历史真实数据作对比，计算出每种预测方法对某项指标的误差，并选择误差最低的预测方法作为该项指标的预测计算方法，将该预测方法计算出来的预测结果作为预警的基础数据存入对应的预警数据库中。选用每种有毒有害气体指标的国家标准作为确定阈值的基础，也将该阈值作为度量值存入数据库。

表1展示的是采用两种预测方法对某个指标进行预测计算的结果，表中还包括真实历史数据。

	样本1	样本2	样本3	样本4	样本5	样本6	样本7	样本8
									预测方法1	0.065	0.085	0.109	0.061	0.085	0.131	0.072	0.138
预测方法2	0.063	0.093	0.107	0.09	0.096	0.088	0.1	0.14
									真实数据	0.072	0.103	0.124	0.081	0.107	0.097	0.13	0.122

根据表一数据，用公式

分别计算两种预测方法的平均误差，预测方法1的的计算误差是22.2％，预测方法2的计算误差是13.1％，通过比较两种预测方法的误差，可以确定对于该指标，预测方法2的误差小于预测方法1，再用此比较方法对所有的预测方法进行误差比较，选择误差最小的预测方法作为该指标项目的最终预测方法，最后将此方法得到的预测数据作为预警基础数据。

步骤S4：根据每个有毒有害气体指标的国家标准作为基础数据，设置每个指标的三个预警阈值，第一阈值、第二阈值、第三阈值分别为国家标准的50％、80％、100％，并将这些阈值数据存入数据库中。

步骤S5：从数据库中取出将来n天的预测数据作为预警数据，从数据库中提提取实时监控数据作为报警数据，将报警数据/预警数据与该指标的阈值进行比较，具体分析步骤包括：报警数据/预警数据小于第一阈值时，则有毒有害气体浓度为达标，不发出报警、预警；报警数据/预警数据大于第一阈值并小于第二阈值时，发出三级报警/预警；报警数据/预警数据大于第二阈值并小于第三阈值时，发出二级报警/预警；报警数据/预警数据大于第三阈值时，发出一级报警/预警；

步骤S6：将报警、预警结果以不用颜色和文字信息在三维可视化终端上显示。

图2是预警/报警信息的生成的流程图，是图1预警/报警信息形成的细化。步骤分为：

1)从预警/报警数据库中取出数据，对每一项有毒有害气体指标进行数据进行分析。

2)对于步骤1)中得到的某一项指标数据同阈值进行比较，如果数据值小于第一阈值，则该数据正常，不会产生报警/预警信息；否则将视为异常数据。

3)对于步骤2)得到的异常数据，分析与第一阈值、第二阈值、第三阈值之间的关系，如果报警数据/预警数据大于第一阈值并小于第二阈值，发出三级报警/预警；如果报警数据/预警数据大于第二阈值并小于第三阈值，发出二级报警/预警；如果报警数据/预警数据大于第三阈值，发出一级报警/预警。

4)对于步骤3)中得到的预警/报警信息，讲这些信息存放到对应的日志中，以便于随时调用和用户查看。

图3是有毒有害气体指标监控流程图，是图1获取实时监控数据的细化。步骤分为：

1)通过布置在城市地下空间各个位置的各种传感器节点获取地下有毒有害气体指标实时数据。传感器节点包括PM10传感器、CO传感器、CO2传感器、NO传感器、NO2传感器、供电单元、定位单元和模拟信号处理单元。所述供电单元采用蓄电池，所述模拟信号处理单元包括处理器和存储器。

2)对于步骤1)中获取的有毒有害气体指标实时数据通过IOT技术传递到集成数据处理中心。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法，其特征是：具体包括以下步骤：

步骤1：基于BIM+3DGIS技术建立的城市地下空间三维数据模型；

2.根据权利要求1所述的基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法，其特征是：所述预测误差公式为：

其中，Δ_i为第i种预测方法的平均计算误差；

A_i,j为使用第i种预测方法对第j个样本得到的预测结果；

B_j为是第j个样本的真实数据；

3.根据权利要求1所述的基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法，其特征是：所述第一规定阈值指的是该指标国家规定标准值的50％，所述第二规定阈值指的是该指标国家规定标准值的80％，所述第三规定阈值指的是该指标国家规定标准值的100％。

4.根据权利要求1所述的基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法的测量方法，其特征是：所述地下空间有毒有害气体指标主要包括氮氧化物、可吸入颗粒、二氧化碳、一氧化碳。

5.根据权利要求1所述的基于智慧技术的地下空间有毒有害气体预警报警方法的测量方法，其特征是：所述灾害数据包括实时获得的污染指标、通风状况、空调状况、人或车流量、安全管理水平、装修、火灾、地质状况。