一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警系统及方法与流程

本发明属于可燃气体报警器，具体的说是一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警系统及方法。

背景技术：

1、矿用数字化气体参数测量预警系统包括有管道用红外甲烷传感器、管道用一氧化碳传感器，能自动、准确地监测管道内甲烷浓度、一氧化碳浓度、压力和温度等参数，具有甲烷浓度、一氧化碳浓度超限声光报警功能，能就地显示甲烷浓度、一氧化碳浓度的监测数值，并直接显示标准状态下被测甲烷气体的标况体积累积量；

2、例如授权公告号为cn115206061b的中国专利中公开了一种准确预警危险化工气体的楼道预警装置，包括墙体，墙体的一侧壁中部设置有导轨，导轨的一侧设置有升降机构，升降机构的顶端设置有柜体，且柜体与升降机构之间为固定连接；柜体的两侧侧壁顶部均贯穿设置有过滤机构，柜体顶端的一端设置有报警器，柜体顶端的另一端设置有激光气体遥测仪，柜体的一端侧壁底部设置有控制面板。本发明结构科学紧凑，能够通过气体探测器和激光气体遥测仪对楼道内的气体进行双重检测，从而能够提高楼道预警装置在预警过程中的准确性，并在出现火情或者化工气体泄漏时可以通过报警器对人们提供报警，提醒人们快速逃离；

3、同时例如在公开号为cn108922125a的中国专利中公开一种工业气体充装用于气体检测预警设备，包括底座、内壳体和外壳体，所述底座的顶部一端通过安装座安装有空气压缩机，所述空气压缩机的一端通过螺栓安装有减震器，所述减震器的顶部通过螺栓安装有限位座，且限位座内设置有外壳体，所述外壳体的顶部通过安装件设置有气体报警器，所述气体报警器的一端设置有排气管，且排气管上设置有单向气体流通阀，所述外壳体的一侧设置有温度控制器，所述温度控制器的下端设置有进风口，所述进风口内通过固定件设置有小型冷风扇，所述进风口的外侧通过螺钉安装有静电除尘滤网。该发明工业气体充装用于气体检测预警设备功能多样，操作简单，便于生产，适合广泛推广。

4、以上专利均存在本背景技术提出的问题：现有技术中只是从气体的输入及输出端进行监控，通过输入输出端气体存在的偏差来判断气体是否出现泄漏，进而对人们进行预警，但是无法快速锁定气体异常的原因，导致降低了矿井气体预警的准确性和时效性，现有技术中均存在上述问题，为了解决这些问题，本技术设计了一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警系统及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警系统及方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警方法，其包括以下具体步骤：

4、s1、在监测节点设置传感模组对监测节点的气体参数进行采集，同时对监测节点的环境数据进行采集；

5、s2、基于历史环境数据和传感模组气体参数采集数据构建深度学习神经网络模型，将获取的实时气体参数数据和环境数据代入深度学习神经网络模型中输出实际气体参数数据；

6、s3、获取实际气体参数数据和环境数据代入异常值计算策略中进行异常值的计算，将异常值与异常阈值进行对比，若异常值大于等于异常阈值则进行s4，若异常值小于异常阈值，则不进行预警；

7、s4、将判断的实际气体参数数据和环境数据代入原因查找策略中进行异常原因的查找；

8、s5、根据异常原因的查找向管理人员发布异常原因和气体异常预警命令。

9、本发明进一步的改进在于，所述s1包括以下具体步骤：

10、s11、在矿井中每隔指定距离设置监测节点，在每个监测节点上均设置传感模组对监测节点的各种气体的气体参数进行采集，将采集的各种气体的气体参数储存在第一储存模组中；

11、s12、对矿井内部的各个监测节点的环境数据进行采集，其中环境数据包括温度、湿度和矿井中电磁干扰强度数据，将采集的各个监测节点的环境数据储存在第二储存模组中。

12、本发明进一步的改进在于，所述s2的具体步骤如下：

13、s21、获取历史环境数据和传感模组气体参数采集数据，同时获取历史环境数据对应的气体参数实际数据，构建输入为环境数据和传感模组气体参数采集数据，输出为环境数据对应的气体参数实际数据的深度学习神经网络模型；

14、s22、将提取的历史环境数据、传感模组气体参数采集数据和历史环境数据对应的气体参数实际数据分为70%的参数训练集和30%的参数测试集；将70%的参数训练集输入深度学习神经网络模型进行训练，以得到初始深度学习神经网络模型；利用30%的参数测试集对初始深度学习神经网络模型进行测试，输出满足气体参数实际数据准确度的最优初始深度学习神经网络模型作为初始深度学习神经网络模型，其中，初始深度学习神经网络模型中的输出策略公式为：，其中为z+1层p项神经元的输出，为第z层神经元j与z+1层p项神经元的连接权重，代表第z层神经元j的输入，代表第z层神经元j与z+1层p项神经元的线性关系的偏置，代表sigmoid激活函数，m为z层神经元的个数；

15、s23、将获取的实时气体参数数据和环境数据代入深度学习神经网络模型中输出实际气体参数数据。

16、本发明进一步的改进在于，所述s3中异常值计算策略的具体内容为：

17、s31、获取实时的实际气体参数数据和环境数据，将气体参数数据代入气体差距值计算公式中计算气体差距值，其中，气体差距值计算公式为：，其中，n为监测节点的气体个数，为监测节点第i个气体的气体含量参数，为监测节点第i个气体的气体含量参数安全范围最大值，为监测节点第i个气体的气体含量参数安全范围最小值，为监测节点第i个气体的气体含量参数安全范围最接近的值，为监测节点第i个气体的气体含量参数的占比系数，其中，；

18、s32、将获取得到的环境温度和湿度数据代入环境差距值计算公式中计算环境差距值，环境差距值计算公式为：，t为矿井环境温度数据，d为环境湿度数据，为矿井温度安全范围的中值，为矿井湿度安全范围的中值，为矿井温度安全范围的最大值，为矿井温度安全范围的最小值，为矿井湿度安全范围的最大值，为矿井湿度安全范围的最小值；

19、s33、将计算得到的气体差距值和环境差距值代入异常值计算公式中计算异常值，异常值计算公式为：，其中，为气体差距值占比系数，为环境差距值占比系数，其中，；

20、s34、将异常值与异常阈值进行对比，若异常值大于等于异常阈值则进行s4，若异常值小于异常阈值，则不进行预警；

21、在此需要说明的是，这里的异常阈值、监测节点第i个气体的气体含量参数的占比系数、气体差距值占比系数和环境差距值占比系数的取值方式为：取5000组历史气体参数数据和环境数据，聘请500名本领域的专家进行危险场景的区分，将区分结果、历史气体参数数据和环境数据代入异常值计算公式中计算异常值，将异常值和危险区分结果导入拟合软件中进行最优异常阈值、监测节点第i个气体的气体含量参数的占比系数、气体差距值占比系数和环境差距值占比系数取值的输出。

22、本发明进一步的改进在于，所述s4中原因查找策略包括以下具体内容：

23、获取历史异常原因、异常原因对应的历史气体参数数据和环境数据，同时提取实际气体参数数据和环境数据代入原因相似值计算公式中进行原因相似值的计算，原因相似值计算公式为：，其中，为第z个历史异常原因对应的第i个气体的气体含量参数数据，为第z个历史异常原因对应的温度数据，为第z个历史异常原因对应的湿度数据，将计算得到的原因相似值升序排列，取最小的原因相似值对应的历史异常原因设为此次故障的原因。

24、本发明进一步的改进在于，所述s5包括以下具体内容：

25、获取此次故障的原因，向维护端管理人员通过有线或无线传输的方式发布异常原因和气体异常预警命令。

26、一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警系统，其基于上述一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警方法实现，其具体包括：数据获取模块、深度学习神经网络模型构建模块、异常值计算模块、异常原因查找模块、预警模块和控制模块，所述数据获取模块用于在监测节点设置传感模组对监测节点的气体参数进行采集，同时对监测节点的环境数据进行采集，所述深度学习神经网络模型构建模块用于基于历史环境数据和传感模组气体参数采集数据构建深度学习神经网络模型，将获取的实时气体参数数据和环境数据代入深度学习神经网络模型中输出实际气体参数数据。

27、本发明进一步的改进在于，所述异常值计算模块用于获取实际气体参数数据和环境数据代入异常值计算策略中进行异常值的计算，同时将异常值与异常阈值进行对比，所述异常原因查找模块用于将判断的实际气体参数数据和环境数据代入原因查找策略中进行异常原因的查找，所述预警模块用于根据异常原因的查找向管理人员发布异常原因和气体异常预警命令。

28、本发明进一步的改进在于，所述控制模块用于控制数据获取模块、深度学习神经网络模型构建模块、异常值计算模块、异常原因查找模块和预警模块的运行。

29、一种电子设备，包括：处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序；

30、所述处理器通过调用所述存储器中存储的计算机程序，执行上述的一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警方法。

31、一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述的一种基于气体分析的矿用数字化气体参数预警方法。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、本发明在监测节点设置传感模组对监测节点的气体参数进行采集，同时对监测节点的环境数据进行采集，基于历史环境数据和传感模组气体参数采集数据构建深度学习神经网络模型，将获取的实时气体参数数据和环境数据代入深度学习神经网络模型中输出实际气体参数数据，获取实际气体参数数据和环境数据代入异常值计算策略中进行异常值的计算，将判断的实际气体参数数据和环境数据代入原因查找策略中进行异常原因的查找，根据异常原因的查找向管理人员发布异常原因和气体异常预警命令，提高了矿井气体预警的准确性和时效性。