危化品罐箱智能监测系统和方法研究

发布时间：2018-03-12 23:37

  本文选题：危化品运输　切入点：智能罐箱监测系统　出处：《大连理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：危化品运输过程中的事故不仅造成了严重的人员伤亡和财产损失,而且会引发环境污染、生态破环等一系列严重的环境与生态问题。本文以提高危化品运输的安全性为目的,对危化品运输罐箱智能监测系统和方法进行了研究。监测系统由指针式仪表数字接口、传感器接口、电源管理系统和数据传输系统组成。危化品运输罐箱一般装配有大量的指针式仪表,为了获取这些指针式仪表的示值,设计了指针式仪表的数字接口。为了提供各个传感器信号调理电路,分配传感器的功耗,设计了传感器接口系统。为了在工作电源不稳定时危化品监测系统能够正常工作,设计了电源管理系统。为了有效连接危化品监测的后台系统和终端系统,并提供危化品运输载体传感器系统的低等级信息融合,设计了数据传输系统。为了限制气体传感器进入危化品运输工况的功率,提高监测的安全性,研制了一种低功耗气体传感器。使用硬模板法制备出中空微球结构的氧化锌材料,将材料涂覆于叉指电极上制作成气体传感器。测试结果表明,当乙醇气体浓度为100 ppm时,传感器的响应时间约为6s,恢复时间约为94s。制得的三只气体传感器在测试中表现出很好的一致性。在6次测量中,气体传感器的信号重复性良好。和商用乙醇气体传感器相比,研制的气体传感器在响应时间、气体响应率和功耗等方面有明显的优势。为使气体传感器对封闭区间的泄漏作出准确快速的预测,对气体传感器的瞬态响应过程进行了建模。首先使用指数函数模型对气体传感器的瞬态响应过程进行近似,其次对指数函数模型进行线性离散化得到递归差分模型,最后使用最小二乘法估计该递归差分模型的参数。利用计算流体动力学方法对所建模型进行验证,结果表明,稳态过程的相对误差为-0.248%。组建了气体动态测试系统对所建模型进行验证,稳态过程的相对误差为-0.57%。由瞬态过程对稳态浓度进行预测,所建模型80%稳态浓度预测平均时间节省220s,而90%稳态浓度预测平均时间节省298s。为了对危化品运输全过程进行监测,提出了罐箱状态的判断方法。该方法基于有限状态自动机,将罐箱状态作为节点,将传感器的输出值作为状态之间的转换条件。运行过程分为初始状态确定和状态转换两个单元。初始状态确定单元的最终状态为有限状态自动机中的各个节点；状态转换单元根据传感器信号的变化确定状态的转换关系。和常用的C4.5法、支持向量机法、Bagging法和Naive Bayes法进行对比,所提方法具有较高的分类准确性,其平均受试者工作特性曲线围成的面积最大,达到0.9962。为了充分利用多个传感器信息的互补性和冗余性,提出报警传感器数量选择方法。该方法以最小等效误警率作为优化目标,推导出最优报警传感器数量,从而得到系统的最小等效误警率。组建了气体动态测试系统对最优报警传感器数量选择方法进行验证,和常见报警方案相比,所提出的传感器数量选择方法有最高的监测可信度,其受试者工作特性曲线所围成的面积最大,达到0.9631。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ086.5;TP274

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本文编号：1603858