[發(fā)明專利]一種基于危化品事故擴散模型的短期風(fēng)速計算方法

有效

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• 申請日: 2016-08-26
• 公開（公告）號: CN106326577B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊庭清;姜燁;張曉凌;陳建英;楊昌再;魏建明;于海梅
• 申請（專利權(quán)）人: 上海中威天安公共安全科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海集信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31254
• 代理人: 周成

本發(fā)明公開了一種基于危化品事故擴散模型的短期風(fēng)速計算方法，利用人工蜂群(ABC)算法結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用人工蜂群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)值和閾值，可以準(zhǔn)確地進行風(fēng)速預(yù)測，能夠迅速高效地對化工園區(qū)的危化品泄漏事故的影響程度、影響范圍進行精確估計；該方法與PSO?BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及GA?BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，可以顯著地提高預(yù)測精度，實現(xiàn)高效預(yù)測，降低經(jīng)濟成本；提高了對短期風(fēng)速的預(yù)測精度，誤差率僅為1.82％；可以對現(xiàn)場事故的進行有效處理，迅速展開應(yīng)急救援和高效的人群疏散，降低事故中人員傷亡以及經(jīng)濟損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)急通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于危化品事故擴散模型的短期風(fēng)速計算方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，危化品(危險化學(xué)品)的使用不斷增多，而危化品的生產(chǎn)、運輸、存儲和使用中的各個環(huán)節(jié)中，極易發(fā)生危害氣體的泄漏事故。有些危化品氣體極具毒性和擴散性，一旦此類事故發(fā)生，將對周圍區(qū)域的生態(tài)環(huán)境、人身安全等造成嚴(yán)重的影響，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟損失，不利于生態(tài)環(huán)境和生命安全的保護，以及工業(yè)順利生產(chǎn)的連續(xù)性。在有毒危化品氣體的泄露現(xiàn)場，基于高精度估計的短期風(fēng)速來控制氣體擴散可以對現(xiàn)場事故進行有效處理、應(yīng)急救援和高效的人群疏散，降低事故中人員傷亡以及經(jīng)濟損失具有重要的意義。風(fēng)速是決定氣體泄漏趨勢的主要因素之一，也會影響傳感器對氣體泄漏的有效性監(jiān)測。短期風(fēng)速預(yù)測對化工園區(qū)的危化品泄漏事故的影響程度、影響范圍的精確估計起到了關(guān)鍵作用。短期風(fēng)速具有很大的波動性和間歇性，風(fēng)速的變化將直接影響危險氣體的擴散速度和擴散范圍，同時對氣體泄漏事故的有效監(jiān)測具有重要影響，是主要的現(xiàn)場敏感參數(shù)。因此，對短期風(fēng)速預(yù)測對直接影響氣體擴散控制的精度，具有重要的研究和應(yīng)用價值。短期風(fēng)速預(yù)測控制方法按照模型的類別分為：物理式模型、線性統(tǒng)計式的線性模型。

物理式模型：該模型中的典型代表是數(shù)值天氣預(yù)報(Numerical WeatherPrediction,NWP)，其結(jié)合熱力學(xué)、流體力學(xué)的知識，根據(jù)實際的大氣狀況，用揭示物理學(xué)規(guī)律公式—流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組的數(shù)值計算方式獲得風(fēng)速等氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，求解的流體力學(xué)和熱力學(xué)的方程式較為復(fù)雜，同時需要用到多種復(fù)雜的觀測手段來獲取需要的氣象資料參與計算，如雷達觀測、常規(guī)觀測以及衛(wèi)星觀測等。

線性統(tǒng)計式線性模型：統(tǒng)計式模型以傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計為理論背景，應(yīng)用預(yù)測對象的歷史真實數(shù)據(jù)資料，結(jié)合預(yù)測對象自身的規(guī)律性原理、連續(xù)性原理，如周期性、持續(xù)性等特征，通過研究分析做出對未來發(fā)展趨勢的預(yù)測。該類對象的發(fā)展往往符合線性規(guī)律或是分段線性的規(guī)律，這種模型對于規(guī)律性、周期性等特性比較明顯的對象具有較好的預(yù)測效果，而對于規(guī)律性呈現(xiàn)的不是很明顯、或是波動性較大的時候預(yù)測效果則不是很理想，預(yù)測方式稍微偏簡單、在早期較為實用。隨著數(shù)理統(tǒng)計知識、技術(shù)的發(fā)展，統(tǒng)計式模型中技術(shù)較多，主要常用的線性預(yù)測技術(shù)大致有以下幾種：持續(xù)時間法、回歸法、時間序列法、模糊邏輯法、卡爾曼濾波法、灰色預(yù)測法等。但是由于短時的風(fēng)速具有波動性，變化規(guī)律難以把握，一般的線性預(yù)測手段難以做到精確的逼近。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對短期風(fēng)速具有波動性、變化規(guī)律難以把握，一般的線性預(yù)測手段難以做到精確的逼近的缺陷問題，利用人工蜂群算法結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用人工蜂群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)值和閾值，提出基于危化品事故擴散模型的短期風(fēng)速計算方法，通過提高短期風(fēng)速序列的預(yù)測精度，使得在化工園區(qū)中發(fā)生氣體泄漏時能夠迅速高效地對化工園區(qū)的危化品泄漏事故的影響程度、影響范圍進行精確估計。

本發(fā)明所要求解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于危化品事故擴散模型的短期風(fēng)速計算方法，包括以下步驟，

S1、利用人工蜂群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值；

S1.1、初始化人工蜂群(ABC)算法中的食物源，設(shè)共有F個食物源，每個食物源代表一個可行解，食物源的參數(shù)就是需要優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，每個食物源的形式為：