危化品罐箱智能監(jiān)測系統(tǒng)和方法研究.pdf

1、危化品運(yùn)輸過程中的事故不僅造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且會引發(fā)環(huán)境污染、生態(tài)破環(huán)等一系列嚴(yán)重的環(huán)境與生態(tài)問題。本文以提高?；愤\(yùn)輸?shù)陌踩詾槟康?，對?；愤\(yùn)輸罐箱智能監(jiān)測系統(tǒng)和方法進(jìn)行了研究。
　　監(jiān)測系統(tǒng)由指針式儀表數(shù)字接口、傳感器接口、電源管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。?；愤\(yùn)輸罐箱一般裝配有大量的指針式儀表，為了獲取這些指針式儀表的示值，設(shè)計(jì)了指針式儀表的數(shù)字接口。為了提供各個傳感器信號調(diào)理電路，分配傳感器的功耗，設(shè)計(jì)了

2、傳感器接口系統(tǒng)。為了在工作電源不穩(wěn)定時?；繁O(jiān)測系統(tǒng)能夠正常工作，設(shè)計(jì)了電源管理系統(tǒng)。為了有效連接?；繁O(jiān)測的后臺系統(tǒng)和終端系統(tǒng)，并提供?；愤\(yùn)輸載體傳感器系統(tǒng)的低等級信息融合，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
　　為了限制氣體傳感器進(jìn)入?；愤\(yùn)輸工況的功率，提高監(jiān)測的安全性，研制了一種低功耗氣體傳感器。使用硬模板法制備出中空微球結(jié)構(gòu)的氧化鋅材料，將材料涂覆于叉指電極上制作成氣體傳感器。測試結(jié)果表明，當(dāng)乙醇?xì)怏w濃度為100 ppm時，傳感器的

3、響應(yīng)時間約為6s，恢復(fù)時間約為94 s。制得的三只氣體傳感器在測試中表現(xiàn)出很好的一致性。在6次測量中，氣體傳感器的信號重復(fù)性良好。和商用乙醇?xì)怏w傳感器相比，研制的氣體傳感器在響應(yīng)時間、氣體響應(yīng)率和功耗等方面有明顯的優(yōu)勢。
　　為使氣體傳感器對封閉區(qū)間的泄漏作出準(zhǔn)確快速的預(yù)測，對氣體傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)過程進(jìn)行了建模。首先使用指數(shù)函數(shù)模型對氣體傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)過程進(jìn)行近似，其次對指數(shù)函數(shù)模型進(jìn)行線性離散化得到遞歸差分模型，最后使用最小二

4、乘法估計(jì)該遞歸差分模型的參數(shù)。利用計(jì)算流體動力學(xué)方法對所建模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)過程的相對誤差為-0.248％。組建了氣體動態(tài)測試系統(tǒng)對所建模型進(jìn)行驗(yàn)證，穩(wěn)態(tài)過程的相對誤差為-0.57％。由瞬態(tài)過程對穩(wěn)態(tài)濃度進(jìn)行預(yù)測，所建模型80％穩(wěn)態(tài)濃度預(yù)測平均時間節(jié)省220 s，而90％穩(wěn)態(tài)濃度預(yù)測平均時間節(jié)省298 s。
　　為了對危化品運(yùn)輸全過程進(jìn)行監(jiān)測，提出了罐箱狀態(tài)的判斷方法。該方法基于有限狀態(tài)自動機(jī)，將罐箱狀態(tài)作為節(jié)點(diǎn)，將傳感

5、器的輸出值作為狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件。運(yùn)行過程分為初始狀態(tài)確定和狀態(tài)轉(zhuǎn)換兩個單元。初始狀態(tài)確定單元的最終狀態(tài)為有限狀態(tài)自動機(jī)中的各個節(jié)點(diǎn);狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元根據(jù)傳感器信號的變化確定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。和常用的C4.5法、支持向量機(jī)法、Bagging法和Naive Bayes法進(jìn)行對比，所提方法具有較高的分類準(zhǔn)確性，其平均受試者工作特性曲線圍成的面積最大，達(dá)到0.9962。
　　為了充分利用多個傳感器信息的互補(bǔ)性和冗余性，提出報警傳感器數(shù)量選擇方