本技術(shù)涉及信息檢測(cè)，尤其是涉及一種隧道毒害氣體檢測(cè)方法、裝置、設(shè)備、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)中，隧道作為連接地域、縮短時(shí)空距離的關(guān)鍵工程結(jié)構(gòu)，其安全性與可靠性一直是工程界與學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著隧道工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下的長(zhǎng)距離、大斷面隧道施工與運(yùn)營(yíng)中，毒害氣體的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)與管理成為了一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。在建隧道及建成隧道中，由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性、施工機(jī)械的高能耗運(yùn)作、以及車(chē)輛通行時(shí)尾氣排放的累積，常常會(huì)產(chǎn)生一系列有毒有害氣體，如一氧化碳（co）、硫化氫（h2s）、氮氧化物（nox）、二氧化硫（so2）、甲烷（ch4）、二氧化碳（co2）、氨氣（nh3）等。這些毒害氣體的存在一方面嚴(yán)重威脅著施工人員的生命健康，另一方面對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和運(yùn)營(yíng)期間車(chē)輛通行的安全性構(gòu)成了潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2、傳統(tǒng)的毒害氣體檢測(cè)方法大多依賴(lài)于檢測(cè)人員手持檢測(cè)儀對(duì)隧道內(nèi)的特定區(qū)域進(jìn)行采樣，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)室分析實(shí)現(xiàn)。這種方法不僅耗時(shí)費(fèi)力，對(duì)檢測(cè)人員的操作安全要求較高，而且難以實(shí)現(xiàn)毒害氣體的連續(xù)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)預(yù)警。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)毒害氣體的連續(xù)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)預(yù)警，本技術(shù)提供一種隧道毒害氣體檢測(cè)方法、裝置、設(shè)備、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種隧道毒害氣體檢測(cè)方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種隧道毒害氣體檢測(cè)方法，包括：

4、獲取隧道內(nèi)多個(gè)氣體傳感器節(jié)點(diǎn)采集的多種毒害氣體的濃度測(cè)量值；

5、將所述多種毒害氣體的濃度測(cè)量值輸入預(yù)設(shè)的線(xiàn)性最小均方誤差估計(jì)模型，輸出氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值；其中，所述氣體泄漏源參數(shù)包括氣體泄漏源的位置以及氣體釋放率；

6、將所述氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值輸入預(yù)設(shè)的氣體擴(kuò)散模型，輸出氣體擴(kuò)散參數(shù)；其中，所述氣體擴(kuò)散模型為基于湍流擴(kuò)散的靜態(tài)煙羽氣體擴(kuò)散模型，所述氣體擴(kuò)散參數(shù)包括所述氣體泄漏源的擴(kuò)散率；

7、將所述氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值、所述氣體擴(kuò)散參數(shù)以及所述毒害氣體的超標(biāo)濃度閾值輸入預(yù)設(shè)的有限元預(yù)測(cè)模型，輸出毒害氣體超標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果。

8、可選的，所述線(xiàn)性最小均方誤差估計(jì)模型的公式為：

9、；

10、估計(jì)器的性能通過(guò)誤差向量測(cè)定，誤差向量的均值為0，協(xié)方差陣為：

11、；

12、式中，表示待估計(jì)向量，所述待估計(jì)向量由所述氣體泄漏源的位置以及氣體釋放率組成，待估計(jì)向量為一維度為p×1的實(shí)數(shù)矩陣，即；

13、表示所述待估計(jì)向量的估計(jì)值；

14、表示所述待估計(jì)向量的均值；

15、表示所述待估計(jì)向量的協(xié)方差陣；

16、 z表示觀測(cè)向量，觀測(cè)向量 z為一維度為 n×1?的實(shí)數(shù)矩陣，即；

17、 d表示觀測(cè)矩陣，觀測(cè)矩陣 d為一維度為 n×p的實(shí)數(shù)矩陣，即；

18、表示觀測(cè)矩陣 d?的轉(zhuǎn)置；

19、表示在給定觀測(cè)向量 z和所述待估計(jì)向量的條件下，所述誤差向量的外積的期望值；

20、表示誤差向量的轉(zhuǎn)置；

21、v表示一零均值、協(xié)方差陣為的噪聲向量，噪聲向量v為一維度為 n×1?的實(shí)數(shù)矩陣，即，且v與 θ不相關(guān)，聯(lián)合分布可任意；

22、c表示隨機(jī)變量。

23、可選的，所述氣體擴(kuò)散模型的公式為：

24、；

25、式中，，表示所述氣體傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；

26、，表示所述氣體泄漏源的坐標(biāo)位置；

27、表示所述氣體傳感器節(jié)點(diǎn)在?t?時(shí)刻的氣體濃度值；

28、表示所述氣體傳感器節(jié)點(diǎn)與所述氣體泄漏源之間的歐式距離；

29、表示所述氣體泄漏源釋放氣體的初始時(shí)刻；

30、，表示風(fēng)速向量；

31、表示所述氣體泄漏源的擴(kuò)散率；

32、表示所述氣體泄漏源的氣體釋放率的估計(jì)值。

33、可選的，所述將所述氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值、所述氣體擴(kuò)散參數(shù)以及所述毒害氣體的超標(biāo)濃度閾值輸入預(yù)設(shè)的有限元預(yù)測(cè)模型，輸出毒害氣體超標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果包括：

34、基于所述氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值，將隧道空間劃分為多個(gè)網(wǎng)格單元；

35、基于所述氣體擴(kuò)散參數(shù)以及所述隧道內(nèi)的風(fēng)速向量，構(gòu)建所述有限元預(yù)測(cè)模型的控制方程；

36、基于所述氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值，設(shè)置所述有限元預(yù)測(cè)模型的初始條件和邊界條件；

37、基于所述初始條件和所述邊界條件，在每個(gè)所述網(wǎng)格單元上對(duì)所述控制方程進(jìn)行求解，得到所述毒害氣體在所述隧道內(nèi)的氣體濃度分布；

38、基于所述毒害氣體在所述隧道內(nèi)的氣體濃度分布和所述毒害氣體的超標(biāo)濃度閾值，確定所述毒害氣體超標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果。

39、可選的，所述控制方程為：

40、；

41、式中，，表示所述隧道內(nèi)的風(fēng)速向量；

42、表示所述氣體泄漏源的擴(kuò)散率；

43、表示所述隧道內(nèi)坐標(biāo)在?t?時(shí)刻的氣體濃度值；

44、表示濃度梯度。

45、可選的，所述基于所述毒害氣體在所述隧道內(nèi)的氣體濃度分布和所述毒害氣體的超標(biāo)濃度閾值，確定所述毒害氣體超標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果包括：

46、將所有氣體濃度值與所述超標(biāo)濃度閾值進(jìn)行比較，篩選出氣體濃度值高于所述超標(biāo)濃度閾值的所有超標(biāo)點(diǎn)；

47、對(duì)于氣體濃度值不高于所述超標(biāo)濃度閾值的非超標(biāo)點(diǎn)，使用插值法計(jì)算所述非超標(biāo)點(diǎn)的氣體濃度值；

48、基于所有超標(biāo)點(diǎn)以及所有非超標(biāo)點(diǎn)的氣體濃度值，繪制三維等濃度線(xiàn)圖；

49、基于所述三維等濃度線(xiàn)圖確定所述毒害氣體的泄露等級(jí)。

50、第二方面，本技術(shù)提供一種隧道毒害氣體檢測(cè)裝置，采用如下的技術(shù)方案：

51、一種隧道毒害氣體檢測(cè)裝置，包括：

52、濃度獲取模塊，用于獲取隧道內(nèi)多個(gè)氣體傳感器節(jié)點(diǎn)采集的多種毒害氣體的濃度測(cè)量值；

53、第一模型模塊，用于將所述多種毒害氣體的濃度測(cè)量值輸入預(yù)設(shè)的線(xiàn)性最小均方誤差估計(jì)模型，輸出氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值；其中，所述氣體泄漏源參數(shù)包括氣體泄漏源的位置以及氣體釋放率；

54、第二模型模塊，用于將所述氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值輸入預(yù)設(shè)的氣體擴(kuò)散模型，輸出氣體擴(kuò)散參數(shù)；其中，所述氣體擴(kuò)散模型為基于湍流擴(kuò)散的靜態(tài)煙羽氣體擴(kuò)散模型，所述氣體擴(kuò)散參數(shù)包括所述氣體泄漏源的擴(kuò)散率；

55、第三模型模塊，用于將所述氣體泄漏源參數(shù)的估計(jì)值、所述氣體擴(kuò)散參數(shù)以及所述毒害氣體的超標(biāo)濃度閾值輸入預(yù)設(shè)的有限元預(yù)測(cè)模型，輸出毒害氣體超標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果。

56、第三方面，本技術(shù)提供一種電子設(shè)備，采用如下的技術(shù)方案：

57、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器；所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有能夠被所述處理器加載并執(zhí)行第一方面或第二方面任一項(xiàng)所述的方法的計(jì)算機(jī)程序。

58、第四方面，本技術(shù)提供一種隧道毒害氣體檢測(cè)系統(tǒng)，采用如下的技術(shù)方案：

59、一種隧道毒害氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括所述多個(gè)氣體傳感器節(jié)點(diǎn)以及第三方面所述的電子設(shè)備；

60、其中，所述多個(gè)氣體傳感器節(jié)點(diǎn)包括半導(dǎo)體傳感器節(jié)點(diǎn)、光學(xué)傳感器節(jié)點(diǎn)和電化學(xué)傳感器節(jié)點(diǎn)；

61、所述半導(dǎo)體傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)于所述隧道的襯砌混凝土內(nèi)表層；

62、所述光學(xué)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)于所述隧道的襯砌混凝土外表層；

63、所述電化學(xué)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)于所述隧道的兩側(cè)電纜溝位置。

64、第五方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，采用如下的技術(shù)方案：

65、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有能夠被處理器加載并執(zhí)行第一方面或第二方面任一項(xiàng)所述的方法的計(jì)算機(jī)程序。

66、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，結(jié)合lmmse模型、湍流擴(kuò)散模型、有限元預(yù)測(cè)模型等多種計(jì)算模型，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的隧道內(nèi)氣體泄漏源參數(shù)估計(jì)、氣體擴(kuò)散模擬和毒害氣體超標(biāo)預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)毒害氣體的連續(xù)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)預(yù)警，適用于復(fù)雜流動(dòng)環(huán)境，具有較高的實(shí)用性和可靠性。