- 南工大儲罐火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)獲獎(jiǎng) 模型預(yù)測精準(zhǔn)度達(dá)到91%
- 發(fā)布日期：2023-11-22
僅通過一段儲罐火災(zāi)視頻，就能對儲罐火災(zāi)內(nèi)部溫度和外部熱輻射強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行智能預(yù)測并及時(shí)發(fā)出警報(bào)。近日，南京工業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院張文豪、熊俊杰等同學(xué)完成的《基于深度學(xué)習(xí)的儲罐火災(zāi)熱危害智能預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)》實(shí)現(xiàn)了這一愿景，并在第9屆全國高校安全科學(xué)與工程大學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新作品大賽中獲得一等獎(jiǎng)。
該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對縮尺寸儲罐火災(zāi)進(jìn)行模擬，利用深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)火場溫度和熱輻射強(qiáng)度的實(shí)時(shí)智能預(yù)測，并基于預(yù)測結(jié)果，結(jié)合硬件設(shè)備及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)播報(bào)，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警。“我們設(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)主要包括4個(gè)部分，即Pyrosim火災(zāi)模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、深度學(xué)習(xí)建模和訓(xùn)練、聲光報(bào)警裝置、軟硬件結(jié)合與結(jié)果可視化。”張文豪介紹道。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)調(diào)研了中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司的儲罐數(shù)據(jù)，并運(yùn)用一款火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件PyroSim構(gòu)建1/20縮尺寸儲罐模型，對不同情況下的油池火燃燒開展仿真模擬研究，通過改變油池火源直徑和間距等邊界條件，獲得大量的模擬數(shù)據(jù)。
為了驗(yàn)證模擬結(jié)果的可靠性，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開展了小尺寸油池火實(shí)驗(yàn)，對單油池和不同間距的雙油池火燃燒行為和輻射特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，獲得火焰高度、振蕩頻率、火焰輻射熱流等數(shù)據(jù)，并與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析后，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，獲得最優(yōu)化的模擬結(jié)果。“獲得模擬結(jié)果后，我們用Python軟件編寫程序，對火災(zāi)模擬結(jié)果進(jìn)行插值批量處理，獲得指定時(shí)間間隔的特征參數(shù)。”團(tuán)隊(duì)成員袁啟哲說道。
“深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的一個(gè)研究方向，我們基于Keras深度學(xué)習(xí)框架搭建由輸入層、隱藏層、輸出層組成的多層感知機(jī)。”團(tuán)隊(duì)成員麻帥表示，多層感知機(jī)是一種前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，由多個(gè)神經(jīng)元層組成，每個(gè)神經(jīng)元層又由許多神經(jīng)元組成，其中輸入層接收輸入特征，輸出層給出最終的預(yù)測結(jié)果，中間的隱藏層用于提取特征和進(jìn)行非線性變換。
“比如，我們對時(shí)間—溫度、距離—熱輻射強(qiáng)度分別建立預(yù)測模型，并使用22組對應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到對應(yīng)預(yù)測模型。然后，又使用4組測試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，對比了預(yù)測與實(shí)際結(jié)果，該模型預(yù)測的精準(zhǔn)度達(dá)到了91%，結(jié)果比較可靠。”張文豪說道。
此外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了預(yù)測結(jié)果可視化界面，用戶可以自定義設(shè)置火源大小、火源間距，直觀地看到火焰的升溫曲線以及熱輻射強(qiáng)度曲線，以便更快速地預(yù)測預(yù)警。當(dāng)熱輻射預(yù)測值超過設(shè)置的臨界熱輻射強(qiáng)度時(shí)，聲光報(bào)警裝置就會亮燈并啟動(dòng)語音播報(bào)，給管理者采取應(yīng)急救援措施和疏散人員提供參考。
