[發(fā)明專利]針對(duì)博物館展陳空間氣流組織可視化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110902814.4
• 申請(qǐng)日: 2021-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN113591410A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢瑋昕;唐銘;劉京;陳慶慶;劉洋;丁榮良;杜雷;張然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);中國(guó)國(guó)家博物館
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G01D21/02;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 時(shí)起磊

針對(duì)博物館展陳空間氣流組織可視化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化方法，涉及一種博物館內(nèi)的氣流組織的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化方法。為了解決現(xiàn)有的博物館內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)方法使得流場(chǎng)可視化的結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值產(chǎn)生較大誤差的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)樣本的正向模擬計(jì)算出邊界條件與模擬結(jié)果之間的相關(guān)關(guān)系；然后基于迭代集合卡爾曼濾波，結(jié)合有限監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算各誤差在模擬值與測(cè)量值的差值中所占的權(quán)重，反向推導(dǎo)出逼近實(shí)際工況的邊界條件參數(shù)，并將優(yōu)化后的邊界條件參數(shù)重新代入CFD模型進(jìn)行計(jì)算，循環(huán)迭代直至模擬結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)的差距達(dá)到收斂條件，獲得能夠反映博物館展陳空間內(nèi)較為真實(shí)的空氣狀態(tài)參數(shù)分布結(jié)果。主要用于博物館展陳空間氣流組織的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種博物館內(nèi)的氣流組織的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化方法。

背景技術(shù)

溫濕度等空氣狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制對(duì)于博物館藏品保護(hù)非常重要。自2008年起，國(guó)內(nèi)博物館陸續(xù)建立了展陳環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)放置在展廳、展柜等不同位置的溫濕度傳感器，對(duì)文物保存環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄。但存在以下問(wèn)題：展陳空間內(nèi)能夠放置的溫濕度傳感器數(shù)量始終是有限的，無(wú)法準(zhǔn)確掌握熱濕流場(chǎng)的空間全局分布情況，從而無(wú)法獲知不同藏品所在位置的溫濕度及變化情況。目前，可采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模擬來(lái)解決上述問(wèn)題。利用室內(nèi)環(huán)境CFD模擬，即在熱濕負(fù)荷及空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)已知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)可視化的數(shù)值模擬技術(shù)。然而在實(shí)際應(yīng)用中，室外氣象參數(shù)、照明和設(shè)備開啟率以及觀展人數(shù)的動(dòng)態(tài)變化等因素導(dǎo)致展廳內(nèi)的熱濕負(fù)荷存在波動(dòng)，同時(shí)，不同工況下的空調(diào)運(yùn)行參數(shù)也有所變化，從而流場(chǎng)可視化的結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)產(chǎn)生較大差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的博物館內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)方法使得流場(chǎng)可視化的結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值產(chǎn)生較大誤差的問(wèn)題；進(jìn)而提供一種針對(duì)博物館展陳空間氣流組織可視化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化方法。

針對(duì)博物館展陳空間氣流組織可視化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化方法，包括以下步驟：

S1、針對(duì)展陳空間內(nèi)影響熱濕環(huán)境的因素，確定模型邊界條件中具有不確定性的條件參數(shù)變量，統(tǒng)計(jì)具有不確定性的條件參數(shù)變量的數(shù)量，并輸入到數(shù)據(jù)同化算法程序中，同時(shí)向數(shù)據(jù)同化算法程序中輸入各條件參數(shù)變量對(duì)應(yīng)的條件參數(shù)值的區(qū)間范圍；

根據(jù)每個(gè)條件參數(shù)變量在其變化區(qū)間內(nèi)的一般分布規(guī)律，對(duì)各條件參數(shù)變量分別進(jìn)行采樣，并構(gòu)建所有條件參數(shù)變量的初始集合E；

S2、向數(shù)據(jù)同化算法程序中輸入展陳空間內(nèi)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建測(cè)量值向量；

S3、通過(guò)CFD正演模型分別對(duì)初始集合中的各元素進(jìn)行求解，獲得觀測(cè)節(jié)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的空氣狀態(tài)參數(shù)模擬值矩陣；

S4、基于各條件參數(shù)變量的取樣樣本值與各空氣狀態(tài)參數(shù)模擬值之間的協(xié)方差矩陣、各空氣狀態(tài)參數(shù)模擬值之間的協(xié)方差矩陣以及測(cè)量誤差方差矩陣，計(jì)算卡爾曼增益矩陣；

S5、通過(guò)集合卡爾曼濾波法修正集合元素中的條件參數(shù)變量的參數(shù)值并更新初始集合為E'；

S6、計(jì)算空氣狀態(tài)參數(shù)模擬值與空氣狀態(tài)參數(shù)測(cè)量值之間的均方根誤差，設(shè)定收斂標(biāo)準(zhǔn)，判定計(jì)算收斂與否；當(dāng)所有空氣狀態(tài)參數(shù)的RMSE均達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則判定計(jì)算收斂，執(zhí)行步驟S7；否則，令E＝E'，返回步驟S3，循環(huán)執(zhí)行步驟S3～S6，直至迭代計(jì)算收斂；

S7、輸出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化后博物館展陳空間內(nèi)氣流組織的可視化結(jié)果。

進(jìn)一步地，S1中，初始集合E的計(jì)算過(guò)程如下：