室内易燃气体泄漏源监控定位系统研究

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随着工业化的发展,化学易燃气体已日益遍及我们生产生活的每个角落,每年因化学易燃气体在生产仓储及使用过程中泄漏引发的事故造成极大损失,其危险隐患绝不容忽视。本文设计的室内易燃气体泄漏源监控定位系统旨在实现对室内易燃气体泄漏的报警、监控和泄漏源定位,从而为危险源的及时处理提供瞬时安全响应。本文围绕室内易燃气体泄漏源监控及定位,开展以下工作:(1)采用“传感网络-控制处理中心-后台监控管理系统”三层系统结构设计。1)节点处理器采用STC15F2K60S2芯片,搭配气体浓度传感器构建485总线传感网络;2)控制处理平台以S3C2440A搭建Linux嵌入式环境进行数据处理,配合云台摄像子模块以UDP协议网络传输监控视频至后台;3)后台监控管理系统采用C#开发,根据管理需要包括巡视监控控制界面、云台手动控制界面、坐标系构建界面和节点气体浓度显示界面四个功能界面。(2)提出了基于CSMA/CD及自适应CRC校验退避的改进485总线通信协议。通过引入载波监听多路访问/冲突检测机制进行信道侦听,以自适应CRC校验退避机制进行冲突处理,能够实现各传感节点主动上传浓度信息且提高了总线通信效率,保证了室内各点气体浓度上传和报警的及时准确性。(3)提出了基于云台摄像头测距的自动室内坐标系构建方法。泄漏源反算不仅需要知道各节点浓度还需要其坐标,人为进行测量会存在误差且操作麻烦等缺陷,本文以云台摄像头进行标记图案识别,PID控制算法进行图案中心锁定,能够获取摄像头角度参数并计算得到各节点距离,自动实现室内坐标系构建。(4)提出了应用于室内易燃气体泄漏源定位的破坏自修复量子遗传算法。通过构建高斯烟团模型为室内易燃气体扩散的先验模型,以破坏自修复量子遗传算法定位泄漏源坐标。该算法以量子计算融入遗传算法过程提高了搜索效率,以破坏自修复机制改善了全局寻优性,极大的提高了算法的性能。通过设计的对照实验结果表明本文所提算法与传统遗传算法、混合遗传-NelderMead算法相比泄漏源定位精度更高,平均相对误差低于5%。
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