[發明專利]一種基于時空動態耦合的三維溫度傳感數據分析方法

有效

• 申請號: 201710188585.8
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107122520B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 王迪;張璽
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發明公布了一種基于時空動態耦合的三維溫度傳感數據分析方法，利用反映傳熱機理的溫度場物理模型與基于時空相關性的統計模型，建立混合效應模型，對三維溫度傳感數據進行分析，獲得時空三維溫度場中任一空間位置的動態溫度值，即任一空間位置或任一時刻的溫度值。通過本發明所提供的技術方案，將反映傳熱機理的溫度場物理模型與基于時空相關性的統計模型相結合，建立混合效應模型，實現對三維動態溫度場的估計，為溫度場的實時監控提供準確、全面的信息，有助于實現溫度場中傳感器的最優配置，達到降低成本、節約能源的效果。

技術領域

本發明提供一種三維溫度場的動態數據分析方法，具體涉及一種基于時空動態耦合的三維溫度傳感數據分析方法，屬于工業工程領域。

背景技術

溫度場的動態數據分析技術在工程領域發揮著重要作用，對提高產品質量、提升系統性能等工程任務提供重要信息。近年來，這項技術引起科研與工程人員的廣泛關注，已經在生態、氣象、衛生保健、糧食倉儲等工程領域得到應用。溫度場的動態數據分析技術能為復雜系統的監控提供全面、準確的信息，達到提高系統性能或服務質量的效果。同時，該技術有助于工程結構的優化設計，實現節約資源、降低成本的目標。

溫度場的動態數據分析技術旨在實現對溫度場的準確估計。傳統的溫度場估計方法是一種基于熱傳遞原理的仿真方法。文獻[1]～[2]中記載，該方法考慮影響溫度場的變化的外部因素，如環境因素、內部傳熱機制，通過給定初始溫度和邊界條件，建立三維熱力學模型，實現對三維動態溫度場的估計。然而，溫度場的變化不僅受到外部因素的影響，還受到內部因素及其他多種不確定因素的影響。溫度場可以被視為一個隨著時空變化的復雜的傳熱系統。傳統的溫度場估計方法僅能刻畫在理想狀態下溫度場變化的輪廓和趨勢。對于溫度場中經常出現的由內部因素引起的局部溫度變化，該方法不再適用。因此，傳統的溫度場估計方法誤差較大，無法提供高精度的溫度場信息。

隨著時代的發展，無線傳感器技術被廣泛應用于工程領域(如文獻[3])。該技術通過無線傳感器采集溫度數據，并利用這些數據建立溫度場估計模型。由于傳感器配置成本的限制，目前在溫度場中安裝的傳感器數目較少，通過傳感器只能獲取一少部分稀疏的觀測數據。觀測數據的稀疏性會導致溫度場估計模型精確度大大降低。同時，由傳感器采集的溫度數據存在測量誤差，同樣會降低溫度場估計模型的精確度。因此，僅依靠無線傳感器技術與數學模型相結合的方法無法實現對溫度場的精準估計。

此外，作為一個復雜的傳熱系統，三維溫度場相鄰位置或相鄰時刻的溫度數據存在時間和空間的相關性，且溫度數據的時、空相關性是相互作用的，即數據間既存在時間相關性、空間相關性，又存在時空相關性。現有的研究對溫度場這一特性的描述多是在時間和空間相關性是相互獨立的假設條件下進行的，沒有考慮數據的時空相關性，難以實現對三維動態溫度場的時空相關性進行考量和估計。

參考文獻

[1]D.Wang and X.Zhang,“A prediction method for interior temperatureof grain storage via dynamics model:a simulation study”,Proceed-ings of IEEEInternational Conference of Automation Science and Engineering,pp.1477-1483,2015.

[2]C.Jia,D.Sun and C.Cao,“Finite element prediction of transienttemperature distribution in a grain storage bin”,Journal of AgriculturalEngineering Research,vol.76,no.4,pp.323–330,2000.