【《基于和声搜索算法的危化品泄漏源定位探析案例》2000字】

基于和声搜索算法的危化品泄漏源定位分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5354基于和声搜索算法的危化品泄漏源定位分析案例 1115301.1高斯模型分析 1150551.2基于和声搜索算法的泄漏源定位模型 3246481.3基于和声搜索算法的泄漏源实验验证 4204671.4算法主要参数的影响分析 7对于曾经发生过的危险化学品泄漏的相关事件中，源强值是估算事故危害程度的重要依据，第一时间确定泄漏源的具体位置是降低事故可能带来的危害的重要举措，对于化学物质泄漏具有极为重要的影响。目前对于源强反算的模型研究主要能够分为正向与逆向两种方式。其中正向扩散模型一般基于高斯点源扩散模型，而逆向反算模型则普遍转化为最优化理论，对于反算模型而言，利用实际测得的化学物品浓度值与理论值进行比较，其误差看做最优化求解的目标函数，基于和声搜索算法进行寻优，最终得到较为准确的源强信息。1.1高斯模型分析对于高斯模型而言，主要能够根据模型原理的不同分为两大类别：高斯烟羽模型以及高斯烟团模型。根据数理统计原理可知，气体在大气中的理想扩散过程满足正态分布原理，基于此对泄漏气体的浓度信息进行分析。一般情况下，点源扩散能够采取高斯烟羽或者烟团模型，对于烟羽模型而言，多使用以时间连续性问题，而烟团模型一般用以瞬时泄漏问题，具体的情况如下：（1）对于该模型而言，要求实际的扩散地理位置不存在较大的海拔落差，并且其外部环境因素在一定时间内不发生改变。（2）模型对气体浓度仅仅为粗略估计，因此探测范围较为有限，一般不超过二十公里的距离。（3）该区域内的大气环境较为稳定，风向、风速均不发生剧烈变化；（4）该区域内的危险化学品不再发生二次变化，并且不存在降水、沉降等现象；（5）该区域内的气体未被地面吸收，均存在于大气环境中。（6）泄漏源为点源（可以为地面点源，也可以为高架点源）。对于泄漏事故而言，根据泄漏原因的不同，能够分为：瞬时泄漏和连续泄漏。瞬时泄漏在于气体短时间内突然释放，如储罐发生爆炸等现象，这种情况一般不用于源强反算的范围中。因此本研究针对连续泄漏模型，基于高斯烟羽模型进行分析，以泄漏源为原点建立坐标系，x轴正方向为主风速方向，平均风速用u表示，侧风向定为y轴正方向，竖直向上的风向定为z轴,如图4-1所示。图4-1气体高斯模型在本次实验中将垂直高度忽略，默认扩散方向为横向y和下风向x。,有害气体的信息在空间中的分布情况可以表示为：公式中：x，y，z为坐标系坐标轴；C(x,y,z)为x,y,z处的浓度，g/m3Q为毒害气体在单位时间的泄漏量（流量强度），g/s；He为泄漏位置有效高度，m；u为泄漏位置的平均风速，m/s；σy、σz为浓度的标准差。通常情况下受到大气环境影响，表示为 表4-1烟团扩散模型扩散方程表中，A、B、C、D、F——大气稳定度等级，主要受到该区域的温度与天气影响。图4-2高斯模型仿真图4-3泄漏源扩散下风向浓度等高分布图高斯烟羽模型确定毒害气体的扩散浓度。下风向的浓度可以表示为：由高斯模型可知，在代表位置信息的x，y，z数值确定时，当前的气体危化品浓度可被计算出来。1.2基于和声搜索算法的泄漏源定位模型在泄漏源的下风向处具备20个传感装置，即在该区域内建立了4×5形式的传感器分布图，如图1.4所示。设定变量个数、变量取值范围、和声记忆库可保存个数M、和声记忆库保存概率、记忆库保留概率、记忆库扰动概率、最大迭代次数。初始化和声记忆库，将随机M个初始解放入和声记忆库。产生新的解。每次产生一个新解X_new=(x_new1，x_new2……，x_newm)，其中新解分量x_newi可通过三种机理产生：1、保留和声记忆库中的某些解分量；2、随机选择产生；3、对1、2中的某些分量进行微调扰动。保留和声记忆库中的某些解分量，以一定概率随机对和声记忆库的某些分量进行保留，即新产生的x_newi来源于记忆库中第i个解分量的集合Xi={x1i，x2i，……，xMi}的概率为和声记忆库。按机理（2）产生的新解分量x_newi是从第i个解分量的可行解空间（即变量i的权值范围）中以1-和声记忆库的概率随机产生的。对两种机理产生的解分量按概率PAR进行扰动，得到按机理（3）产生的新解分量。扰动原则为：其中，等式右边的x_new是扰动前新解的第i个解分量；u为带宽；rand为0到1的随机数。更新记忆库。判断新解是否优于HM内的最差解，若是，则将新的解替换最差解，得到新的和声记忆库。重复Step3、Step4，直到达到最大的迭代次数或满足停止准则后结束循环，输出最优解。图4-4网格节点图1.3基于和声搜索算法的泄漏源实验验证表4-2模拟传感器设置及浓度测量值模拟传感器序列号放置位置坐标x(m),y(m),z(m)浓度模拟观测值(g/m3)1(0.25,1,0.2)930.99122(0.25,0.5,0.2)2.1393e+0033(0.25,0,0.2)2.8230e+0034(0.25,-0.5,0.2)2.1393e+0035(0.25,-1,0.2)930.99126(0.5,1,0.2)928.00537(0.5,0.5,0.2)1.7298e+0038(0.5,0,0.2)2.1288e+0039(0.5,-0.5,0.2)1.7298e+00310(0.5,-1,0.2)928.005311(0.75,1,0.2)893.778512(0.75,0.5,0.2)1.5118e+00313(0.75,0,0.2)1.8013e+00314(0.75,-0.5,0.2)1.5118e+00315(0.75,-1,0.2)893.778516(1,1,0.2)858.910117(1,0.5,0.2)1.3689e+00318(1,0,0.2)1.5989e+00319(1,-0.5,0.2)1.3689e+00320(1,-1,0.2)858.9