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行業(yè)
工業(yè)

管道一氧化碳及煤粉泄漏監(jiān)測解決方案

   在工業(yè)生產(chǎn)中,常利用一氧化碳作為載體輸送煤粉,其壓力最高約為 0 5MPa。由于管道長期處于復(fù)雜工況,特別是連接部位如法蘭處,易出現(xiàn)泄漏情況。一氧化碳具有毒性,煤粉泄漏不僅污染環(huán)境,還存在粉塵爆炸風(fēng)險,嚴(yán)重威脅人員安全與生產(chǎn)穩(wěn)定。傳統(tǒng)監(jiān)測手段難以全面、精準(zhǔn)、及時地發(fā)現(xiàn)此類泄漏,因此,構(gòu)建一套高效、智能的監(jiān)測系統(tǒng)迫在眉睫。
一、解決方案:
(一)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

1. 前端感知層
可見光監(jiān)測:部署云臺式高清攝像頭,實時拍攝管道區(qū)域畫面。通過AI圖像識別算法,對管道外觀、顏色變化及周邊環(huán)境異常進(jìn)行分析,判斷是否有煤粉泄漏跡象,如出現(xiàn)粉霧、黑色粉塵堆積、揚塵等。
高清可見光攝像頭
聲學(xué)成像監(jiān)測:部署云臺式在線聲學(xué)成像儀,采集管道泄漏產(chǎn)生的異常聲音,精準(zhǔn)定位泄漏源。
高靈敏度聲學(xué)成像探頭
制冷型紅外監(jiān)測:部署云臺式制冷型紅外熱像儀,捕捉一氧化碳泄漏后形成的“煙霧”。一氧化碳的特征吸收波長約為4.6μm,而傳統(tǒng)的制冷型紅外主要是捕捉8-14μm的中長波,因此需要更換中短波的鏡頭才能捕捉一氧化碳泄漏。
 
制冷型紅外監(jiān)測探頭
2. 數(shù)據(jù)傳輸層
采用有線和無線相結(jié)合的方式。前端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)電纜傳輸至附近的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點,對于布線困難的區(qū)域,使用 LoRa、5G 等無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定、實時上傳至后端處理平臺。
3. 后端處理平臺
融合 AI 算法的軟件平臺,對前端傳來的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理。通過深度學(xué)習(xí)模型,整合可見光圖像特征、聲學(xué)信號特征及紅外溫度特征,提高泄漏判斷的準(zhǔn)確性和可靠性。同時,集成電子圍欄和人員定位功能。電子圍欄基于管道區(qū)域地理信息設(shè)置,當(dāng)監(jiān)測到泄漏且泄漏位置處于電子圍欄內(nèi)時,立即發(fā)出警報;人員定位系統(tǒng)利用藍(lán)牙、UWB 等技術(shù),實時跟蹤進(jìn)入危險區(qū)域的人員位置,一旦發(fā)生泄漏,可迅速通知相關(guān)人員撤離,并為救援提供人員分布信息。
4. 報警執(zhí)行層
就地式報警器安裝在管道附近顯眼位置,當(dāng)后端平臺判斷發(fā)生泄漏時,立即觸發(fā)就地式報警器,通過聲光報警方式提醒現(xiàn)場人員。同時,將報警信息推送至相關(guān)管理人員手機(jī) APP,以便及時采取應(yīng)對措施。

(二)AI 元素應(yīng)用

1. 圖像識別 AI 模型:訓(xùn)練可見光圖像識別模型,識別煤粉泄漏產(chǎn)生的粉霧、粉塵堆積、飛揚等特征,以及管道表面的破損、變色等異常情況。通過大量標(biāo)注樣本數(shù)據(jù),讓模型學(xué)習(xí)正常與異常狀態(tài)的差異,提高識別準(zhǔn)確率。
2. 人員定位與電子圍欄 AI 管理:結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)和 AI 算法,實現(xiàn)電子圍欄的智能管理。當(dāng)人員進(jìn)入危險區(qū)域(電子圍欄內(nèi)),系統(tǒng)自動識別并記錄人員位置信息;若發(fā)生泄漏,通過 AI 算法規(guī)劃最佳疏散路徑,并向相關(guān)人員推送撤離指示。

二、技術(shù)要點

(一)多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)

將可見光、聲學(xué)、紅外監(jiān)測數(shù)據(jù)在時間和空間維度上進(jìn)行融合。通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)時間戳和空間坐標(biāo)體系,使不同類型數(shù)據(jù)能夠相互關(guān)聯(lián)、印證,提高泄漏監(jiān)測的準(zhǔn)確性和可靠性。例如,當(dāng)可見光監(jiān)測發(fā)現(xiàn)疑似煤粉泄漏區(qū)域時,通過聲學(xué)成像和紅外監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步確認(rèn)泄漏源及泄漏性質(zhì)。

(二)AI 算法優(yōu)化

1. 針對不同監(jiān)測數(shù)據(jù)特點,優(yōu)化 AI 算法結(jié)構(gòu)和參數(shù)。如在圖像識別中,選擇合適的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(如 ResNet、YOLO 等),并根據(jù)管道監(jiān)測場景特點進(jìn)行調(diào)整,提高對微小泄漏特征的識別能力。
2. 持續(xù)更新和優(yōu)化 AI 模型。定期收集新的泄漏案例數(shù)據(jù),對模型進(jìn)行重新訓(xùn)練和優(yōu)化,以適應(yīng)不斷變化的工況和新出現(xiàn)的泄漏模式。

(三)設(shè)備抗干擾技術(shù)

由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,存在電磁干擾、機(jī)械振動等干擾源。前端監(jiān)測設(shè)備需具備良好的抗干擾性能,如采用屏蔽電纜、濾波電路等措施減少電磁干擾;通過減震裝置、穩(wěn)定支架等降低機(jī)械振動對設(shè)備的影響,確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

三、應(yīng)用效果展示

 
制冷型紅外泄漏成像 聲學(xué)成像泄漏成像定位 虛擬電子圍欄



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