一种化工容器安全态势智能感知系统的制作方法

本发明涉及化工容器，具体为一种化工容器安全态势智能感知系统。

背景技术：

1、化工容器是石化生产中的核心设备，其内部介质多具易燃、易爆、有毒特性，且长期处于高温高压工况下，安全风险突出。目前，容器监测已广泛采用温度、压力、液位、壁厚、声发射、光纤应变等多种传感手段，数据采集层面日趋完善。但在实际场站中，这些传感器分属不同系统，数据格式与采样频率各异，彼此独立报警，共同维护化工容器安全。

2、申请号为202411290793.5的发明专利申请中公开了一种易燃易爆物料的安全智能储罐，该申请旨在解决“相关技术中的储罐，由于缺少对设备超温超压，或液位、流量、压力等异常状态参数的智能化监测、分析与识别，以及智能自动化调控，以应对安全风险管理，容易造成储罐内危险物质泄漏，甚至发生火灾、爆炸事故，对工作人员而言存在安全隐患”的问题。

3、现有技术中类似该专利的共同思路是将所有传感器数据融合后输出一个综合得分或“正常/异常”标签，相当于把多维信息坍缩成了单一结论；

4、然而，温度、压力、应变等物理量同时异常时，既可能是容器本体泄漏（存储运输场景），也可能是工艺波动（进料场景），还可能是传感器自身漂移，三者处置方式完全不同，现有方案无法从多源数据的联动关系中反演出异常背后的具体物理过程，导致判定结果仍需人工介入方能做出正确决策。

5、为此，我们提出了一种化工容器安全态势智能感知系统。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种化工容器安全态势智能感知系统，能够有效地解决现有技术的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现；

3、本发明公开了一种化工容器安全态势智能感知系统，包括感知层、解译层、决策层；

4、化工容器各监测点位处温度、压力和应变传感数据通过感知层采集，感知层对传感数据进行时序标记和分级存储，解译层接收存储的传感数据，根据各监测点位处不同物理量间的物理耦合约束关系构建联动图谱，将当前联动图谱与标准图谱比对以分离异常联动模式，并沿反向传递路径回溯以确定源发物理过程，决策层根据源发物理过程匹配对应的处置操作知识，并基于处置操作知识输出处置指令；

5、所述解译层包括构建模块、分离模块及回溯模块，构建模块用于根据同一监测点位处不同物理量传感数据之间的物理耦合约束关系构建各监测点位的物理量联动图谱，所述物理耦合约束关系表示为；

6、；

7、式中：为第i个监测点位在时刻t的联动偏离度；分别为该监测点位处温度、压力和应变传感数据相对于各自基准值的实时偏差量；分别为对应物理量的基准值，α、β、γ为无量纲耦合权重系数；

8、分离模块用于将当前时刻各监测点位的物理量联动图谱与预先构建的各物理过程类别的标准联动图谱进行比对，分离出当前异常所对应的联动偏离模式，回溯模块用于根据联动偏离模式沿物理耦合约束关系的反向传递路径逐层回溯，确定引发当前异常的源发物理过程。

9、更进一步地，所述感知层包括采集模块、标记模块和缓存模块，采集模块用于采集化工容器各监测点位处温度传感器、压力传感器和应变传感器输出的传感数据，标记模块用于对各传感器输出的传感数据附加同一时间基准下的采集时刻标签，缓存模块用于按照监测点位标识和物理量类型对带有时序标签的传感数据进行分级存储。

10、更进一步地，所述标记模块为各传感数据附加的时序标签具有统一的全局时间戳基准，所述全局时间戳通过感知层内置的授时单元同步校准，标记模块根据各监测点位至感知层的信号传输路径长度，对所附加的时序标签进行信号传播时延补偿，标记模块还根据各传感数据的实时变化率与预设物理极限变化率阈值的比较结果，生成对应时序标签的数据有效置信标记，所述缓存模块按监测点位标识和物理量类型的组合键，结合数据有效置信标记对时间对齐后的传感数据进行分级存储；

11、当某一传感数据的实时变化率绝对值小于或等于对应物理量的预设物理极限变化率阈值时，标记模块将该传感数据标记为有效数据并赋予置信标记c=1，当实时变化率绝对值大于对应阈值时标记为疑似失效数据并赋予置信标记c=0，置信标记c=0的传感数据不参与所述联动图谱的构建。

12、更进一步地，所述缓存模块按传感数据的时效性及联动偏离度的实时变化梯度将存储划分为热存储区、温存储区和冷存储区；

13、热存储区存储当前采样周期内的实时传感数据及其与上一采样周期之间的联动图谱增量数据，温存储区存储过去预设时长内包含完整波形信息的历史传感数据，冷存储区存储超出预设时长的归档传感数据；

14、当某一监测点位的联动偏离度的实时变化梯度超过预设梯度阈值时，缓存模块判定该点位处于异常趋势演进阶段，将该监测点位在温存储区中对应的历史时序数据自动迁移至热存储区，并将冷存储区中与该点位相关的超出预设时长的归档数据迁入温存储区；

15、各存储区之间根据时序标签、数据访问频率以及联动偏离度变化趋势协同执行动态数据迁移。

16、更进一步地，所述构建模块预先针对各物理过程类别分别构建标准联动图谱，各物理过程类别包括容器本体泄漏类别、工艺波动类别和传感器漂移类别，每个类别的标准联动图谱由该类别下各监测点位的温度、压力和应变物理量之间的标准联动偏离度矢量构成，标准联动偏离度矢量表示为：

17、；

18、式中：为第k个物理过程类别的标准联动图谱矢量；n为监测点位总数；为第k个类别下第i个监测点位的标准联动偏离度；m为该类别已知样本的时序采样点数；为第k个类别下第i个监测点位在第m个采样时刻的联动偏离度。

19、更进一步地，所述构建模块在构建各监测点位的物理量联动图谱时，同步执行温度-压力-应变之间的本构约束校验：

20、；

21、式中：为第i个监测点位在时刻t的本构残差；为压力-应变耦合系数；λ为温度-压力耦合系数；

22、当超过预设的本构残差阈值时，构建模块判定该监测点位的传感数据存在不一致性，并将该监测点位标记为待校验点位，所述联动图谱的构建中排除待校验点位的传感数据。

23、更进一步地，所述分离模块将当前时刻各监测点位的物理量联动图谱与各物理过程类别的标准联动图谱进行比对时，计算当前联动图谱矢量与各标准联动图谱矢量之间的偏离距离：

24、；

25、式中：为时刻t当前联动图谱矢量与第k个标准联动图谱矢量之间的偏离距离；n为监测点位总数；为第i个监测点位在时刻t的联动偏离度；为第k个类别下第i个监测点位的标准联动偏离度；为第i个监测点位的置信权重；

26、所述分离模块将偏离距离最小的标准联动图谱所对应的物理过程类别判定为当前异常的候选类别，并将当前联动图谱与该候选类别标准图谱之间的差值矢量作为联动偏离模式输出。

27、更进一步地，所述回溯模块根据联动偏离模式沿物理耦合约束关系的反向传递路径逐层回溯时，定义第l层回溯的异常贡献度；

28、式中：为第l层回溯中第i个监测点位的异常贡献度；为该监测点位在第l层物理耦合关系中的残差量；为与第i个监测点位存在物理耦合关联的邻域监测点位集合；为上一层回溯中第j个邻域监测点位的残差量；为正则化常数；

29、其中，回溯模块按照异常贡献度从高到低的顺序逐层定位源发监测点位，将异常贡献度峰值所在的监测点位及其对应的物理量类型判定为源发物理过程的触发位置与触发物理量。

30、更进一步地，所述决策层包括匹配模块和指令生成模块；

31、匹配模块内置处置操作知识库，所述处置操作知识库按照物理过程类别建立索引，每个索引条目下存储该物理过程类别对应的处置操作知识，所述处置操作知识包括操作类型、操作参数及执行时序约束；

32、匹配模块接收回溯模块输出的源发物理过程，以该源发物理过程的类别标识为索引键在处置操作知识库中进行匹配检索，若检索到匹配的索引条目，则提取该条目下的处置操作知识作为匹配结果，若未检索到匹配的索引条目，则以上一层回溯的候选类别作为降级索引键进行逐级匹配，直至检索成功或达到预设的最大降级层数时终止，并输出默认处置操作知识；

33、指令生成模块接收匹配模块输出的处置操作知识，将所述处置操作知识中的操作类型转换为标准指令码，将操作参数转换为指令参数字段，将执行时序约束转换为指令时间戳序列，按预设的指令帧格式封装为标准处置指令输出。

34、更进一步地，所述构建模块通过无线网络交互连接有分离模块与回溯模块，所述回溯模块通过无线网络与缓存模块交互连接，所述缓存模块通过无线网络交互连接有标记模块及采集模块，所述构建模块通过无线网络与匹配模块交互连接，所述匹配模块通过无线网络交互连接有指令生成模块。

35、采用本发明提供的技术方案，与已知的现有技术相比，具有如下有益效果：

36、本发明通过构建基于多物理量耦合约束的联动图谱，并将实时图谱与各类标准图谱比对以分离异常模式，再沿反向传递路径逐层回溯定位源发物理过程，本系统能够有效区分化工容器在运行中因本体泄漏、工艺波动或传感器漂移等不同诱因引发的异常，避免单一阈值判断带来的误报与漏报；

37、通过对传感数据进行传播时延补偿和置信筛选，以及对各监测点位赋予基于数据完整率、离群率和耦合残差统计的置信权重，保证了参与异常判别的数据在时间轴上的准确一致性和可靠性，进而使联动偏离度的计算和异常贡献度的逐层传递更贴近实际物理过程；

38、在此基础上，系统依据所判定的源发物理过程类别自动匹配对应的处置操作知识，并按预设帧格式输出标准化指令，从而为操作人员提供明确可执行的处置依据，减少人工判断的滞后性和不确定性，有效提升安全态势感知的时效性和针对性。