一种受限空间内天然气泄漏源定位方法

本发明涉及一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，属于气体源受限空间定位。

背景技术：

1、随着人们对环境、能源、安全的日益重视，在我国能源结构中天然气逐渐取代开采困难、污染严重的煤炭作为主要能源，其使用量逐年增加。燃气场站作为整个天然气输送系统的枢纽，随着燃气储存设备的老化，机械撞击等因素造成法兰、阀门、泵的密封圈以及管线上出现的小孔或裂缝而引起泄漏，一旦发生泄漏，将会造成能源浪费、环境污染、发生火灾、爆炸等严重安全事故。因此，为避免事故的发生，研究天然气泄漏检测技术变得至关重要。

2、目前我国对于天然气泄漏源定位的研究可分为两个方面，一是利用无人机搭载无线传感器检测天然气浓度，实时定位泄漏源位置，但这种方法无人机长时间工作易发生故障、难以持续工作，尤其是在面对环境复杂的受限空间时，无人机的飞行路径也是一大问题；二是在空间内按一定阵列布置传感器网络，利用天然气的扩散规律逆向定位泄漏源，这种方法缺乏灵活性，成本也比较高。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提供了一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，通过在受限空间内可能发生泄漏的位置附近布置气体传感器，根据检测到的天然气浓度结合相应气体扩散方程确定泄漏源大致范围，把该范围代入改进烟花算法作为初始值，通过算法不断迭代寻优定位泄漏源。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，包括：

4、步骤1：在特定范围内布置若干检测当前位置天然气浓度和风速的传感器；

5、步骤2：根据传感器检测到的浓度信息，利用相应的气体扩散模型，算出泄漏源与传感器之间的距离rl，以传感器为中心构建出半径为rl的检测范围；

6、步骤3：取各传感器检测范围的重叠部分，作为受限空间内发生天然气泄漏的大致范围，将其带入到改进烟花算法中作为初始值ω，对泄漏源精确定位，得到定位结果。

7、作为优选，所述步骤2包括：步骤2.1：确定相应气体扩散模型；步骤2.2：计算传感器节点到泄漏源位置距离rl；步骤2.3：以传感器为圆心，rl为半径构建泄漏范围；步骤2.4：求各泄漏范围的重叠部分ω。

8、作为优选，所述步骤2.3中，以rl±λ为半径构建泄漏范围，λ为半径的修正量。

9、作为优选，所述步骤2.1中，选用高斯模型下的气体湍流扩散模型。

10、作为优选，所述步骤3包括：步骤3.1：爆炸算子，包括：步骤3.1.1：把各传感器检测泄漏范围的重叠部分ω代入改进烟花算法中作为初始值；步骤3.1.2：确定适应度值方程步骤3.1.3：在初始值ω中随机产生烟花爆炸xi；步骤3.1.4：计算烟花爆炸的半径ri和烟花爆炸产生的火花数量ai；步骤3.2：变异算子，包括：步骤3.2.1：随机选择一个爆炸火花作为服从高斯分布的变异火花步骤3.2.2：通过映射规则xi＝xbest-|xbest|modxi将爆炸火花和高斯火花映射到初始值ω范围内；步骤3.3：选择策略，包括：步骤3.3.1：计算烟花、爆炸火花和变异火花的适应度值，将适应度值最低的个体作为下一代烟花，下一代种群中其他烟花则以占优策略的方式在个体中进行选择；步骤3.3.2：反复迭代找到适应度值最低的个体，定位成功。

11、作为优选，所述步骤1中，传感器布置于容易发生泄漏的位置周围，提高传感器的利用效率。

12、与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用气体扩散模型计算传感器到天然气泄漏源之间的范围，并将各传感器确定范围的重叠区域作为改进烟花算法的初始值，提高了算法的效率和定位精确性；改进的烟花算法调整了火花爆炸范围，保留了相距较近火花中适应度更好的火花，并根据适应度值选择下一代烟花，进一步保证了算法的利用效率，避免计算结果陷入局部最优解。

技术特征：

1.一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述步骤2包括：

3.根据权利要求2所述的一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述步骤2.3中，以rl±λ为半径构建泄漏范围，λ为半径的修正量。

4.根据权利要求2所述的一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述步骤2.1中，选用高斯模型下的气体湍流扩散模型。

5.根据权利要求1所述的一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述步骤3包括：

6.根据权利要求1所述的一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述步骤1中，传感器布置于容易发生泄漏的位置周围。

技术总结
本发明公开一种受限空间内天然气泄漏源定位方法，包括：在特定范围内布置若干检测当前位置天然气浓度和风速的传感器；根据传感器检测到的浓度信息，利用相应的气体扩散模型，算出泄漏源与传感器之间的距离r<subgt;l</subgt;，以传感器为中心构建出半径为r<subgt;l</subgt;的检测范围；取各传感器检测范围的重叠部分，作为受限空间内发生天然气泄漏的大致范围，将其带入到改进烟花算法中作为初始值Ω，对泄漏源精确定位，得到定位结果，本发明采用气体扩散模型确定的泄漏源的大致范围，并调整了烟花算法的搜索半径，提高了算法的效率和定位精度。

技术研发人员：孟元昊,金侃,赵奇,仇嘉,陈永良,李文龙,徐迪,万成涛
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10