基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和knn算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，包括設(shè)置在被檢測石油化工車間的車間協(xié)調(diào)器，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)有氣體傳感器，車間協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)電聯(lián)接，車間協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與中控車間的中控PC電聯(lián)接，中控PC與車間控制器、記錄顯示模塊電聯(lián)接。本技術(shù)方案利用分散的氣體傳感器對石化車間內(nèi)的管道泄漏情況進(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將檢測節(jié)點(diǎn)的情況反映到車間協(xié)調(diào)器，避免了油氣在車間內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)造成的多傳感器響應(yīng)誤差，提高管道泄漏位置定位的準(zhǔn)確度，中控PC將多個(gè)檢測終端的數(shù)據(jù)利用KNN算法進(jìn)行融合，最終得出相對準(zhǔn)確的管道泄漏位置。
【專利說明】
基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及檢測裝置，確切地說是基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]管道泄漏檢測技術(shù)根據(jù)所使用的測量手段不同可以分為基于硬件和軟件的方法；根據(jù)測量分析的媒介不同，可分為直接檢測法和間接檢測法;根據(jù)檢測過程中檢測裝置所處的位置不同，可分為內(nèi)部檢測管壁狀況和檢測內(nèi)部流體狀態(tài)的方法，管道內(nèi)部泄漏檢測方法是基于磁通、超聲波、渦流、錄像等技術(shù)的一種管道泄漏檢測技術(shù)，首先將探測儀器沿著管道內(nèi)部進(jìn)行檢測，通過噪聲法或漏磁法對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，最后判斷管道是否發(fā)生泄漏。主要有泄漏噪聲探測法、系統(tǒng)式漏磁探測法和放射性示蹤，但是這種管道內(nèi)部泄漏檢測的方法適用于管徑較大、彎頭和連通較少的管道，具有較高的準(zhǔn)確度，但是造價(jià)成本高，探測只能間斷進(jìn)行，且容易發(fā)生堵塞和停運(yùn)等事故，不適合應(yīng)用在石化車間。管道外部泄漏檢測方法運(yùn)用相對較多，其中有熱紅外線成像法、嗅覺傳感器法、負(fù)壓波法、壓力梯度與其他檢測手段共用法、質(zhì)量或體積品衡法、分布式光纖溫度傳感器檢漏法、壓力波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，其中負(fù)壓波法目前在國內(nèi)應(yīng)用較多，費(fèi)用較低，但需要進(jìn)一步研究信號處理技術(shù)，定位精度不高。分布式光纖溫度傳感器技術(shù)具有精度高。數(shù)據(jù)傳輸及讀取速度快、自適應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，適用于大范圍多點(diǎn)測量的大型新建管道在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，不適宜石化車間管道的泄漏檢測，而且分布式光纖溫度傳感器技術(shù)施工費(fèi)用高，需要進(jìn)一步解決光纜敷設(shè)技術(shù)和日常維護(hù)。
[0003]針對上述情況，本技術(shù)方案基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用分散的傳感器對石化車間內(nèi)的管道泄漏情況進(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將檢測節(jié)點(diǎn)的情況反映到遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)器。為了提高管道泄漏位置定位的準(zhǔn)確度，避免油氣在車間內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)造成的多傳感器響應(yīng)誤差，本設(shè)計(jì)將多個(gè)檢測終端的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能算法融合，最終得出相對準(zhǔn)確的管道泄漏位置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，利用分散的傳感器對石化車間內(nèi)的管道泄漏情況進(jìn)行檢測，提高管道泄漏位置定位的準(zhǔn)確度，避免油氣在車間內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)造成的多傳感器響應(yīng)誤差。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)手段:
[0006]基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，包括設(shè)置在被檢測石油化工車間的車間協(xié)調(diào)器，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)有氣體傳感器，車間協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)電聯(lián)接，車間協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與中控車間的中控PC電聯(lián)接，中控PC與車間控制器、記錄顯示模塊電聯(lián)接。
[0007]本技術(shù)方案能過在被檢測石油化工車間設(shè)置車間協(xié)調(diào)器，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)，利用分散的氣體傳感器對石化車間內(nèi)的管道泄漏情況進(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將檢測節(jié)點(diǎn)的情況反映到車間協(xié)調(diào)器，避免了油氣在車間內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)造成的多傳感器響應(yīng)誤差，提高管道泄漏位置定位的準(zhǔn)確度，中控PC將多個(gè)檢測終端的數(shù)據(jù)利用KNN算法進(jìn)行融合，最終得出相對準(zhǔn)確的管道泄漏位置。
[0008]進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案如下:
[0009]所述的無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)有傳感器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊;能量供應(yīng)模塊與傳感器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊電連接，傳感器模塊與微處理器模塊電連接，微處理器模塊與無線通信模塊電連接。
[0010]所述的傳感器模塊設(shè)有溫濕度傳感器與氣體傳感器。
[0011]所述的記錄顯示模塊設(shè)有顯示屏、打印機(jī)。
[0012]所述的中控PC設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊接收無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0013]圖1是基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的石化管道泄漏檢測系統(tǒng)總體框圖。
[0014]圖2是終端傳感節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。
[0015]圖3是協(xié)調(diào)器和終端組網(wǎng)流程圖。
[0016]圖4是KNN算法流程圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明:I一中控PC;2—數(shù)據(jù)處理模塊;3—記錄顯示模塊;4一顯示屏；5—打印機(jī);6—車間協(xié)調(diào)器;7 —車間控制器;8—無線網(wǎng)絡(luò);9 一無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)；10 —?dú)怏w傳感器;11 一溫濕度傳感器;12 —傳感器模塊;13—微處理器模塊;14 一無線通信模塊；15—能量供應(yīng)模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
[0019]參見圖1可知，本實(shí)用新型的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，由設(shè)置在被檢測石油化工車間的車間協(xié)調(diào)器6，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9組成，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9設(shè)有氣體傳感器1，車間協(xié)調(diào)器6通過無線網(wǎng)絡(luò)8與無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9電聯(lián)接，車間協(xié)調(diào)器6通過無線網(wǎng)絡(luò)8與中控車間的中控PCl電聯(lián)接，中控PCl與車間控制器7、記錄顯示模塊3電聯(lián)接。
[0020]參見圖2可知，所述的無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9設(shè)有傳感器模塊12、微處理器模塊13、無線通信模塊14和能量供應(yīng)模塊15;能量供應(yīng)模塊15與傳感器模塊12、微處理器模塊13、無線通信模塊14電連接，傳感器模塊12與微處理器模塊13電連接，微處理器模塊13與無線通信模塊14電連接。
[0021]所述的傳感器模塊12設(shè)有溫濕度傳感器11與氣體傳感器10。
[0022]所述的記錄顯示模塊3設(shè)有顯示屏4、打印機(jī)5。
[0023]所述的中控PCl設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊2，數(shù)據(jù)處理模塊2接收無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9的檢測數(shù)據(jù)。
[0024]本實(shí)施例能過在被檢測石油化工車間設(shè)置車間協(xié)調(diào)器6，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9，利用分散的氣體傳感器10對石化車間內(nèi)的管道泄漏情況進(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)8進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將檢測節(jié)點(diǎn)的情況反映到車間協(xié)調(diào)器6，避免了油氣在車間內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)造成的多傳感器響應(yīng)誤差，提高管道泄漏位置定位的準(zhǔn)確度，中控PCl將多個(gè)檢測終端的數(shù)據(jù)利用KNN算法進(jìn)行融合，最終得出相對準(zhǔn)確的管道泄漏位置。
[0025]參見圖1一 4可知，本實(shí)用新型系統(tǒng)組成及工作原理如下:
[0026]無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9按照其所具備的功能來分，可分為全功能設(shè)備(Fu11Funct1n Device，F(xiàn)FD)和精簡功能設(shè)備(Reduced Funct1n Device，RFD)。其中傳感節(jié)點(diǎn)一般由RH)來實(shí)現(xiàn)，可分為傳感器模塊12、微處理器模塊13、無線通信模塊14和能量供應(yīng)模塊154個(gè)基本部分。傳感器模塊12快速檢測到從管道泄漏出來的氣體，采用的是MQ-5和MQ-6氣體傳感器10，這兩種氣體傳感器10對液化可燃?xì)怏w、甲烷、丁烷、丙烷靈敏度高，所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(Sn02)。當(dāng)氣體傳感器10所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，氣體傳感器10的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。通過轉(zhuǎn)換電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。
[0027]微處理器模塊13的CPU采用德州儀器出產(chǎn)的CC2530模塊，該模塊結(jié)合ZigBee協(xié)議找，提供了強(qiáng)大和完整的ZigBee解決方案。
[0028]車間協(xié)調(diào)器6和無線通信模塊14，進(jìn)入操作系統(tǒng)之后，首先進(jìn)行的是車間協(xié)調(diào)器6的啟動(dòng)，通過zb_StartRequest O函數(shù)調(diào)用ZDO層初始化設(shè)備函數(shù)ZDOInitDeviceO設(shè)置網(wǎng)絡(luò)初始化事件，送給啟動(dòng)設(shè)備函數(shù)ZD0_StartDeVi ce ()處理。在該函數(shù)中，調(diào)用了網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)形成請求函數(shù)NLME_NetworkFormat1nRequest()來形成網(wǎng)絡(luò)。對于無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9來說，啟動(dòng)后首先進(jìn)行的也是設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的初始化，接著調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層的NLME_NetworkDiscoveryRequestO，當(dāng)發(fā)現(xiàn)車間協(xié)調(diào)器6所建立的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9會向車間協(xié)調(diào)器6發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)請求。如果車間協(xié)調(diào)器6允許其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，則該無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9會接收到車間協(xié)調(diào)器6發(fā)送的加入確認(rèn)信息，完成網(wǎng)絡(luò)的加入。
[0029]在組網(wǎng)完成后，車間協(xié)調(diào)器6和終端必須建立綁定關(guān)系才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。車間協(xié)調(diào)器6通過執(zhí)行zb_Al 1wBindO函數(shù)，開啟允許綁定功能。無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9通過執(zhí)行綁定設(shè)備函數(shù)zb_BindDevice()，向車間協(xié)調(diào)器6發(fā)送綁定請求，并進(jìn)行解析并找到與之匹配的端點(diǎn)。找到之后開始處理綁定請求信息，并向無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9發(fā)送綁定響應(yīng)信息。無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)9收到綁定響應(yīng)信息之后，通過調(diào)用應(yīng)用支持子層的綁定請求函數(shù)APSME_BindRequestO來建立綁定表，并向自己的應(yīng)用層發(fā)送綁定確認(rèn)信息會后調(diào)用函數(shù)myApp_StartReportingC)向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)信息。
[0030]KNN算法融合，首先搜索該檢測模式空間，找出最接近泄漏樣本的K個(gè)檢測樣本(已知樣本)，即K個(gè)最近鄰，然后對選出的K個(gè)最近鄰進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如果某類近鄰數(shù)量最多，就把這個(gè)測試樣本判定為該類。由于該計(jì)算過程較粗糙，因此統(tǒng)計(jì)測試樣本與K個(gè)最近鄰中各類樣本相似度之和，并將其作為該測試樣本與各類的相似度，最后把測試樣本判決給相似度最大的類。
[0031]由于以上所述僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)不限于此，任何本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所能想到本技術(shù)方案技術(shù)特征的等同的變化或替代，都涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，包括設(shè)置在被檢測石油化工車間的車間協(xié)調(diào)器，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)，無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)有氣體傳感器，車間協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)電聯(lián)接，車間協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與中控車間的中控PC電聯(lián)接，中控PC與車間控制器、記錄顯示模塊電聯(lián)接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)有傳感器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊;能量供應(yīng)模塊與傳感器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊電連接，傳感器模塊與微處理器模塊電連接，微處理器模塊與無線通信模塊電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器模塊設(shè)有溫濕度傳感器與氣體傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的記錄顯示模塊設(shè)有顯示屏、打印機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和KNN算法的油氣管道泄漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的中控PC設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊接收無線傳感檢測節(jié)點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)。
【文檔編號】F17D5/06GK205669677SQ201620531705
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】熊建斌, 林曉明, 梁志婷, 陳建穎
【申請人】廣東石油化工學(xué)院