基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，包括以下步驟：在油罐區(qū)的各油罐位置以及相鄰油罐的中間位置布置傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間連接構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)；在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)建立油罐區(qū)火蔓延的加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)；以及基于前述建立的加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)，利用火災(zāi)的發(fā)生狀態(tài)以及前述傳感器節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行火蔓延預(yù)測(cè)和相關(guān)分析。本發(fā)明采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)思想構(gòu)建油罐區(qū)火蔓延模型，可實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)油罐區(qū)火災(zāi)狀態(tài)，預(yù)測(cè)油罐區(qū)火災(zāi)蔓延趨勢(shì)，并進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)合最小二乘支持向量機(jī)模型給出蔓延參考時(shí)間。
【專利說明】基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火災(zāi)預(yù)測(cè)領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油生產(chǎn)中的物料往往具有易燃、易爆等危險(xiǎn)性，這些潛在的危險(xiǎn)決定了在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等多個(gè)環(huán)節(jié)中，必須嚴(yán)格管理和控制，如果稍有不慎，就可能會(huì)釀成重大事故，給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成破壞和損失。油罐區(qū)的占地面積大,收發(fā)作業(yè)頻繁,設(shè)備檢修次數(shù)多，是火災(zāi)的多發(fā)地。因此，如果能夠在油罐火災(zāi)進(jìn)行建模和研究，預(yù)測(cè)火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒特性的變化趨勢(shì)和未來趨勢(shì)，對(duì)火災(zāi)的撲滅和現(xiàn)場(chǎng)救護(hù)是非常有意義的。
[0003]目前，針對(duì)油罐火災(zāi)，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有了從理論和實(shí)驗(yàn)的角度的相關(guān)研究。莊磊等(大型油罐火災(zāi)的熱輻射危害特性[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2008，8 (4):110-114.)對(duì)柴油油罐燃燒進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了無風(fēng)和有風(fēng)情況下油罐熱輻射空間分布規(guī)律，并引入熱輻射危害判據(jù)分析消防人員滅火的最小安全距離以及燃燒油罐對(duì)相鄰油罐的熱破壞。夏建軍等(油罐火災(zāi)模型試驗(yàn)的安全性分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012，31 (2):122-125.)采用數(shù)學(xué)計(jì)算和FDS軟件模擬對(duì)縮小尺寸的油罐火災(zāi)模擬試驗(yàn)進(jìn)行安全性分析，得到火焰跳動(dòng)頻率、傾斜角、火焰高度和熱輻射安全距離等參數(shù)數(shù)據(jù)，并與實(shí)際的模型試驗(yàn)進(jìn)行比較。趙洪海(油罐火災(zāi)特性的小尺寸實(shí)驗(yàn)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2010(1):26-29.)研究了不同油罐直徑、油罐高度、水墊層厚度、油層厚度下油罐火災(zāi)的燃燒特性以及周圍熱輻射通量的分布規(guī)律，并分析了這些因素對(duì)燃燒過程的影響。
[0004]以上現(xiàn)有技術(shù)多著眼于單個(gè)油罐燃燒特性的研究，對(duì)于研究油罐區(qū)火災(zāi)蔓延具有一定的意義，然而其未能從整個(gè)油罐區(qū)的角度來考慮油罐燃燒對(duì)于周圍環(huán)境的影響，也沒有涉及多個(gè)油罐同時(shí)著火時(shí)的疊加影響以及不同狀態(tài)的油罐之間的相互影響，對(duì)于油罐區(qū)火災(zāi)蔓延的復(fù)雜性沒有深入的研究與分析。因此，現(xiàn)有技術(shù)還不能滿足準(zhǔn)確、快速監(jiān)測(cè)油罐區(qū)火災(zāi)狀態(tài)和預(yù)測(cè)火災(zāi)蔓延的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明從從油罐區(qū)全局角度出發(fā)，綜合整個(gè)油罐區(qū)信息，提出一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，利用油罐區(qū)火蔓延模型實(shí)現(xiàn)火蔓延預(yù)測(cè)、火蔓延參考時(shí)間分析以及安全距離分析。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，包括以下步驟:
[0008]在油罐區(qū)的各油罐位置以及相鄰油罐的中間位置布置傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間連接構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)；
[0009]在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)建立油罐區(qū)火蔓延的加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)；以及
[0010]基于前述建立的加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)，利用火災(zāi)的發(fā)生狀態(tài)以及前述傳感器節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行火蔓延預(yù)測(cè)和相關(guān)分析。
[0011]進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的環(huán)境信息至少包括:溫度、濕度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、可燃?xì)怏w濃度、風(fēng)速以及風(fēng)向。
[0012]進(jìn)一步的實(shí)施例中，加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)的建立包括以下步驟:
[0013]步驟1、將油罐區(qū)的每個(gè)油罐抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成油罐集合V，V= { V1, V2，…，V111};
[0014]步驟2、賦予每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)屬性，用于反應(yīng)每個(gè)油罐的狀態(tài)信息，構(gòu)成屬性集合A:
[0015]A= {p, d, o, s, q},
[0016]其中:p為節(jié)點(diǎn)位置，d為節(jié)點(diǎn)直徑,O為儲(chǔ)存油料性質(zhì)，s為節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，q為節(jié)點(diǎn)中心接受熱輻射強(qiáng)度；
[0017]步驟3、將火災(zāi)蔓延路徑抽象為有向邊，構(gòu)成邊集合E:
[0018]E= { e^.I i < m, j < m, i 古 j },
[0019]其中，該集合E為一 VXV的子集，邊表示已經(jīng)著火的油罐與其相鄰的未著火油罐之間的一個(gè)有向邊，作為潛在的火災(zāi)蔓延路徑，即火災(zāi)可能從邊的起點(diǎn)vi朝向邊的終點(diǎn)Vj蔓延；
[0020]步驟4、賦予邊權(quán)值，構(gòu)成邊的權(quán)值集合W:
[0021]W= { Wij I i ^ m, j ^ m, i ^ j },
[0022]其中，某一條邊\的權(quán)值&表示火災(zāi)從起點(diǎn)Vi向終點(diǎn) '蔓延的危險(xiǎn)程度，Wij e [O, I],當(dāng)邊eu表示的火蔓延確實(shí)發(fā)生后，Wij=I,即:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 在油罐區(qū)的各油罐位置以及相鄰油罐的中間位置布置傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間連接構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)； 在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)建立油罐區(qū)火蔓延 的加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)；以及基于前述建立的加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)，利用火災(zāi)的發(fā)生狀態(tài)以及前述傳感器節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行火蔓延預(yù)測(cè)和相關(guān)分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，其特征在于，前述傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的環(huán)境信息至少包括:溫度、濕度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、可燃?xì)怏w濃度、風(fēng)速以及風(fēng)向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，其特征在于，加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)的建立包括以下步驟: 步驟1、將油罐區(qū)的每個(gè)油罐抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成油罐集合V，V= { V1, V2,…，Vni }； 步驟2、賦予每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)屬性，用于反應(yīng)每個(gè)油罐的狀態(tài)信息，構(gòu)成屬性集合A:
A= {p, d, o, s, q}, 其中:P為節(jié)點(diǎn)位置，d為節(jié)點(diǎn)直徑，O為儲(chǔ)存油料性質(zhì)，s為節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，q為節(jié)點(diǎn)中心接受熱輻射強(qiáng)度； 步驟3、將火災(zāi)蔓延路徑抽象為有向邊，構(gòu)成邊集合E:
E= { e^.I i < m, j < m, i 古 j }, 其中，該集合E為一 VX V的子集，邊eij表示已經(jīng)著火的油罐與其相鄰的未著火油罐之間的一個(gè)有向邊，作為潛在的火災(zāi)蔓延路徑，即火災(zāi)可能從邊的起點(diǎn)vi朝向邊的終點(diǎn)Vj蔓延； 步驟4、賦予邊權(quán)值，構(gòu)成邊的權(quán)值集合W:
W= { Wij I i ^ m, j ^ m, i ^ j }, 其中，某一條邊eu的權(quán)值Wij表示火災(zāi)從起點(diǎn)Vi向終點(diǎn)Vj蔓延的危險(xiǎn)程度，Wij e [O, I],當(dāng)邊eu表示的火蔓延確實(shí)發(fā)生后，Wij=I,即:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，其特征在于，前述步驟2中，節(jié)點(diǎn)中心接受熱輻射強(qiáng)度按照下述方式計(jì)算:q = τ FEact, 式中，q表示距離已著火油罐中心X米處的熱輻射強(qiáng)度，F(xiàn)表示視角因素，Eact表示火焰表面實(shí)際輻射能量，τ表示大氣傳遞系數(shù)，其中: a)大氣傳遞系數(shù)τ按照下述公式計(jì)算: τ = 1-0.0581ηχ， 式中:χ表示火焰中心到目標(biāo)的距離； b)視角系數(shù)F 將火焰形狀等效為一圓柱體，底面與油罐橫截面相同，火焰高度為Hf，火焰傾角為Θ， 火焰高度Hf按照下述公式計(jì)算:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，其特征在于，前述邊權(quán)值的取值按照下述公式確定:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，其特征在于，前述火災(zāi)蔓延預(yù)測(cè)包括以下過程:基于油罐區(qū)某一油罐的火災(zāi)發(fā)生狀態(tài)以及前述傳感器節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)，根據(jù)前述建立的加權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行火蔓延預(yù)測(cè)，求得所述各有向邊的邊權(quán)值中，最大權(quán)值所指向的有向邊即代表火蔓延的趨勢(shì)方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油罐區(qū)火蔓延預(yù)測(cè)與分析方法，其特征在于，前述相關(guān)分析包括分析計(jì)算火蔓延參考時(shí)間，即利用前述加權(quán)有向網(wǎng)進(jìn)行油罐區(qū)火災(zāi)模擬得到的模擬數(shù)據(jù)，并基于模擬數(shù)據(jù)構(gòu)建最小二乘支持向量機(jī)模型，用于計(jì)算火蔓延參考時(shí)間，其實(shí)現(xiàn)包括以下過程: 將前述傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的環(huán)境參量作為輸入數(shù)據(jù)X= Ixk I k=l, 2，3，…N}，輸入數(shù)據(jù)Xk包含模擬過程中周期性采集得到的溫度、濕度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度； 將實(shí)際蔓延時(shí)間作為輸出值I二 Iyk I k=l, 2，3...，N}，輸出數(shù)據(jù)yk由火災(zāi)模擬測(cè)得的實(shí)際火蔓延時(shí)刻減去采集數(shù)據(jù)Xk的時(shí)刻得到； 由此構(gòu)建一個(gè)有N個(gè)樣本的訓(xùn)練集D:設(shè)D = {(xk，yk) |k = 1，2，3，".Ν}，其中輸入數(shù)據(jù)為Xk ∈ Rn，輸出數(shù)據(jù)為yk ∈R，將訓(xùn)練數(shù)據(jù)即前述輸入數(shù)據(jù)Xk和輸出數(shù)據(jù)yk輸入最小二乘支持向量機(jī)模型，目標(biāo)是得到支持向量機(jī)模型函數(shù)，即目標(biāo)判別函數(shù)； 最后將實(shí)際采集的火災(zāi)狀態(tài)數(shù)據(jù)并輸入模型，計(jì)算得到油罐區(qū)火災(zāi)實(shí)際發(fā)生過程中的某一油罐發(fā)生火蔓延的參考時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK103905560SQ201410146990
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】張捷, 倪淵之, 郭聳, 王熙康, 繆曉龍, 郭鵬飛, 顧俊凱, 余麗明, 王進(jìn)成, 劉美成, 左建, 王志彬, 許晉河 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)