本發(fā)明涉及無人值守消防報警領(lǐng)域,具體是涉及一種基于環(huán)境特征實時綜合分析的無人值守消防報警系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中,尤其是化工、制藥、糧食加工等行業(yè),粉塵和可燃性氣體的存在使得爆炸風(fēng)險大大增加。粉塵顆粒在空氣中分布不均勻,其濃度在特定條件下可能會達(dá)到爆炸性臨界值,尤其在靜電積累的環(huán)境中,靜電放電可以成為引發(fā)粉塵爆炸的觸發(fā)源。同時,如果空氣中存在可燃性氣體,與粉塵一同分布在靜電場強(qiáng)的區(qū)域,會導(dǎo)致更為復(fù)雜的粉塵-氣體協(xié)同爆炸風(fēng)險。因此,為了保障工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的安全,必須對粉塵濃度、靜電場強(qiáng)、可燃性氣體分布進(jìn)行實時監(jiān)控與分析。
2、因此,如何為工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域建立級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注和可能的爆炸傳播路徑模擬,對風(fēng)險區(qū)域和爆炸路徑進(jìn)行可視化標(biāo)記并發(fā)出預(yù)警,從而幫助安全管理人員及時采取防護(hù)措施,保證生產(chǎn)安全,是一個亟需解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題,提供一種基于環(huán)境特征實時綜合分析的無人值守消防報警系統(tǒng),本技術(shù)方案解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為達(dá)到以上目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
3、一種基于環(huán)境特征實時綜合分析的無人值守消防報警系統(tǒng),包括:
4、粉塵分布模擬模塊,所述粉塵分布模擬模塊在工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域建立動態(tài)粉塵濃度分布模型,實時分析粉塵在空間中的分布情況;
5、二級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注模塊,所述二級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注模塊將監(jiān)測區(qū)域靜電場分布與粉塵在空間中的分布進(jìn)行三維覆蓋,標(biāo)注其中重疊區(qū)域為二級風(fēng)險區(qū)域;
6、一級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注模塊,所述一級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注模塊通過二級檢測風(fēng)險區(qū)域的所存在的可燃性氣體信息,基于靜電放電的能量判定當(dāng)前風(fēng)險區(qū)域存在的粉塵-氣體協(xié)同爆炸風(fēng)險,并進(jìn)行一級風(fēng)險標(biāo)注;
7、爆炸傳播路徑模擬模塊,所述爆炸傳播路徑模擬模塊基于爆炸能量預(yù)估與熱輻射的傳播衰減情況,建立爆炸傳播路徑圖;
8、風(fēng)險報警模塊,所述風(fēng)險報警模塊對分級風(fēng)險區(qū)域以及爆炸傳播路徑圖進(jìn)行著色標(biāo)記,并發(fā)出報警信號。
9、優(yōu)選的,所述粉塵分布模擬模塊在工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域建立動態(tài)粉塵濃度分布模型,實時分析粉塵在空間中的分布情況具體包括:
10、識別工業(yè)環(huán)境中的主要粉塵源,提取工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵源設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù),對粉塵生成率進(jìn)行定量描述;
11、測量空間內(nèi)的空氣流速、溫度、濕度以及粉塵的物理特性參數(shù);
12、利用工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的三維cad模型,確定通風(fēng)系統(tǒng)、設(shè)備布局以及障礙物對空氣流動的影響;
13、基于cfd動態(tài)模型與粉塵的物理特性參數(shù),建立粉塵顆粒在流場中的運(yùn)動模型,在粉塵源設(shè)備作業(yè)區(qū)域設(shè)置粉塵濃度傳感器網(wǎng)絡(luò),實時收集粉塵濃度數(shù)據(jù),為動態(tài)模型提供數(shù)據(jù)輸入;
14、將傳感器提供的實時粉塵濃度數(shù)據(jù)與cfd動態(tài)模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行融合,采用數(shù)據(jù)同化算法實時更新動態(tài)模型;
15、基于粉塵顆粒在流場中的運(yùn)動模型預(yù)測,利用lagrangian方法對單個粉塵顆粒的運(yùn)動進(jìn)行追蹤,根據(jù)空氣流動速度場和粉塵顆粒的動力學(xué)特性,實時計算粉塵顆粒的預(yù)期空間分布情況;
16、將空間中粉塵顆粒分布密集程度超過設(shè)定安全范圍的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注。
17、優(yōu)選的,所述二級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注模塊將監(jiān)測區(qū)域靜電場分布與粉塵在空間中的分布進(jìn)行三維覆蓋,標(biāo)注其中重疊區(qū)域為二級風(fēng)險區(qū)域具體包括:
18、將監(jiān)測區(qū)域劃分為三維網(wǎng)格監(jiān)測單元,每個單元內(nèi)布置電場傳感器三維陣列,通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進(jìn)行處理;
19、對采集的數(shù)據(jù)采用反距離加權(quán)插值算法,對整個監(jiān)測單元內(nèi)的電場強(qiáng)度進(jìn)行積分,在靜電場監(jiān)測區(qū)域的三維空間中為每個監(jiān)測單元計算綜合電場強(qiáng)度,得到靜電場分布三維模型;
20、將靜電場分布三維模型和粉塵顆粒的預(yù)期空間分布情況投影到同一三維空間中,生成綜合的空間分析模型;
21、在空間分析模型中,將電場分布與粉塵顆粒分布重疊區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險標(biāo)注,記為二級風(fēng)險區(qū)域。
22、優(yōu)選的,所述一級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注模塊通過二級檢測風(fēng)險區(qū)域的所存在的可燃性氣體信息,基于靜電放電的能量判定當(dāng)前風(fēng)險區(qū)域存在的粉塵-氣體協(xié)同爆炸風(fēng)險,并進(jìn)行一級風(fēng)險標(biāo)注具體包括:
23、使用可燃性氣體檢測儀識別每個二級風(fēng)險區(qū)域中存在的可燃性氣體類型,同時測量氧氣與可燃性氣體的濃度,判斷可燃性氣體是否達(dá)到爆炸下限濃度;
24、檢索可燃?xì)怏w和粉塵最小點(diǎn)火能量數(shù)據(jù),基于靜電場分布三維模型數(shù)據(jù)計算風(fēng)險區(qū)域的靜電放電能量,若靜電放電的能量達(dá)到氣體和粉塵的最小點(diǎn)火能量的設(shè)定風(fēng)險欄位,則判定當(dāng)前風(fēng)險區(qū)域存在粉塵-氣體協(xié)同爆炸風(fēng)險,將當(dāng)前二級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)記為一級風(fēng)險區(qū)域;
25、使用反應(yīng)動力學(xué)模型分析粉塵與可燃?xì)怏w,構(gòu)建協(xié)同爆炸反應(yīng)方程,通過化學(xué)反應(yīng)速率和熱量釋放,結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程,計算瞬時爆炸壓力以評估協(xié)同爆炸能量等級。
26、優(yōu)選的,所述爆炸傳播路徑模擬模塊基于爆炸能量預(yù)估與熱輻射的傳播衰減情況,建立爆炸傳播路徑圖具體包括:
27、在三維空間中為各個爆炸風(fēng)險單元建立爆炸傳播路徑,標(biāo)記為一級風(fēng)險區(qū)域爆炸傳播鏈,每個爆炸風(fēng)險單元的節(jié)點(diǎn)表示一個一級風(fēng)險區(qū)域,節(jié)點(diǎn)之間的邊表示爆炸波的傳播路徑和能量傳遞;
28、基于相鄰爆炸風(fēng)險單元之間的距離,計算爆炸沖擊波到達(dá)下一個爆炸風(fēng)險單元的時間,根據(jù)爆炸風(fēng)險單元預(yù)期的爆炸熱量釋放,結(jié)合熱輻射公式計算熱量在空氣中的衰減情況,建立爆炸風(fēng)險單元的熱輻射的傳播衰減模型,估算熱輻射的有效波及范圍內(nèi)爆炸風(fēng)險單元的受到熱輻射強(qiáng)度,具體為:;
29、式中,是熱輻射強(qiáng)度,是熱量釋放總量,是協(xié)同爆炸能量預(yù)估值,是空氣的密度,是當(dāng)前爆炸風(fēng)險單元到達(dá)下一個爆炸風(fēng)險單元的時間;
30、采用遞歸算法遍歷傳播路徑圖,基于熱輻射強(qiáng)度以及接受輻射的時間計算下一個爆炸風(fēng)險單元的總接收熱量,當(dāng)總接收熱量低于下一個爆炸風(fēng)險單元最小點(diǎn)火能量時中止遍歷,將最終的傳播路徑圖上傳至消防監(jiān)測中心。
31、優(yōu)選的,所述風(fēng)險報警模塊對分級風(fēng)險區(qū)域以及爆炸傳播路徑圖進(jìn)行著色標(biāo)記,并發(fā)出報警信號具體包括:
32、判斷是否存在風(fēng)險區(qū)域,若存在,則在消防監(jiān)控中心對風(fēng)險區(qū)域進(jìn)行區(qū)分著色標(biāo)記;
33、若存在一級風(fēng)險區(qū)域,對一級區(qū)域進(jìn)行報警信號生成,同時根據(jù)消防監(jiān)測中心接收到的爆炸傳播路徑圖,對涉及區(qū)域進(jìn)行廣播報警。
34、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果在于:
35、本方案能夠顯著提升工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的安全監(jiān)測能力。通過粉塵分布模擬模塊和靜電場的實時監(jiān)測,系統(tǒng)可以精確分析粉塵濃度及其與靜電的重疊情況,從而有效識別和標(biāo)記潛在的爆炸風(fēng)險區(qū)域。二級和一級風(fēng)險區(qū)域標(biāo)注模塊通過綜合粉塵濃度、靜電場強(qiáng)度和可燃?xì)怏w的分布,實現(xiàn)分級風(fēng)險評估,進(jìn)一步明確了不同區(qū)域的風(fēng)險等級,使得安全管理更加科學(xué)、高效。同時,爆炸傳播路徑模擬模塊基于能量預(yù)估和熱輻射衰減,提前模擬爆炸的傳播路徑,降低了事故擴(kuò)散的可能性。最終,風(fēng)險報警模塊將分級風(fēng)險和爆炸傳播路徑進(jìn)行可視化展示并發(fā)出預(yù)警,確保操作人員能夠及時采取應(yīng)急措施,有效減少爆炸事故的發(fā)生幾率。