多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法与流程

技术特征：
1.一种多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，其特征在于，由三层结构的系统实现，底层的微控制器单元mcu负责收集温度数据，中间层计算机负责处理和转发数据，顶层的服务器负责与外部进行通信对接、预报和训练模型；包括如下实现方法：（1）底层的微控制器单元mcu连接各温度传感探头并收集、传输包括三种温度数：据伸入水成膜灭火剂内部的温度传感器，得到内部温度数据记作t
内
；贴在罐体外部的温度传感器，得到外部温度数据记作t
外
；和，外部空气温度传感器，得到气温数据记作t
空
；（2）中间层计算机得到上述温度数据，并通过标准化学反应模型预测水成膜灭火剂原液在标准室温（298.2开尔文）下剩余的寿命，并传回顶层的服务器，该标准化学反应模型通过下述公式ⅰ估计一段时间内水成膜灭火剂寿命损耗的比例，式ⅰ为：l = aexp（-bt
内
）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅰ式ⅰ中，l为特定温度下水成膜灭火剂的总预期寿命，a和b均为前期实验给出的常数；（3）顶层的服务器利用当地历年气温数据推算在当地气温条件下，灭火剂剩余的储存寿命；服务器还将利用天气预报预测水成膜灭火剂原液在将来一段时间中的温度走势，通过建立机器学习模型模拟当地气温历史数据与罐内温度历史数据间的联系；当服务器通过当地天气预报预测未来一段时间罐内液体温度可能超过储存要求温度时，将发出干预信号，供工作人员及时采取相应的措施。2.根据权利要求1所述的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的罐体外部温度传感器和气温传感器均为易于更换且不接触灭火剂原液的元件，当失效时，容许在系统不停机状态下更换。3.根据权利要求1所述的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的中间层计算机利用罐体外部温度传感器和外部空气传感器数据，通过传热模型推断罐中液体温度，因此当罐中温度传感器由于受到腐蚀失效时，不必对其进行更换，中间层计算机将以计算值代替其测量值。4.根据权利要求1或3所述的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，其特征在于，步骤（2）中，对于一段特定时间dt，则有公式模型ⅱ：l
1 = l
0 –ꢀ
dt*( aexp(-bt
内，0
))/ ( aexp(-bt
内,1
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式ⅱ式ⅱ中，l0为该段时间前在标准室温下灭火剂预期剩余寿命，l1为该段时间结束后灭火剂在标准室温下的预期寿命，t
内，1
代表该段时间中液体内部温度数据，t
内，0
代表标准室温，取298.2开尔文度；则，若t
内，1
也为标准室温298.2开尔文度时，则l
1 = l0ꢀ–ꢀ
dt，代表经过当前时间段后，灭火剂失去的储存寿命即为dt；若t
内，1
大于标准室温，则l
1 <l0ꢀ–ꢀ
dt，代表此时寿命加速消耗；若t
内，1
小于标准室温，则l
1 >l0ꢀ–ꢀ
dt,代表此时寿命减速消耗；因此，在系统启动时间给定总寿命值l后，随着系统的运行该值将会不断被中间层计算机减小并存储。5.根据权利要求3所述的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，其特征在于，若水成膜灭火剂原液中的温度传感器受到腐蚀失效，亦不必更换该温度传感器，其数值通过罐体外部温度传感器和外部空气传感器计算得到，罐体外部传感器视作外表层液体的温度，其与气温和内部温度间的关系按公式ⅲ，表示为：a（t
内1
–
t
外1
）= b（t
空1
–
t
外1
） c（t
空1
–
t
外1
）
3 d（t
空1
–
t
外1
）
5 式ⅲ式ⅲ中，t
内，1
，t
外，1
和t
空，1
分别为传感器得到的本时段内灭火剂内部温度、外部罐体温度
和气温，a、b、c、d为常数。6.根据权利要求1所述的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的服务器利用当地历年历史温度和水成膜灭火剂原液在标准室温下中间层计算机提供的剩余寿命推算水成膜灭火剂原液在当地气温条件下的剩余寿命，以便科学地做出水成膜灭火剂到期更换工作计划。7.根据权利要求1所述的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，其特征在于，步骤（3）中，在步骤（2）中间层计算机得到标准室温下灭火剂的剩余寿命并传回顶层的服务器端，所述的服务器利用当地历史温度记录和罐内水成膜灭火剂原液温度历史记录，即实测值或计算值建立数据集，通过机器学习建立模型；通过当地气温预报即可预测将来一段时间水成膜灭火剂原液温度，当超过产品要求限值时，特别地，当服务器预测将来一段时间罐内液体温度可能超过储存要求时，发出干预信号，产生警报，提示工作人员采取相应措施。8.根据权利要求1至7任一项所述的方法的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警装置，其特征在于，底层的微控制器单元mcu系统采用安装华为liteos 5.0实时操作系统的stm32l431系列单片机，每只mcu连接至少8只温度传感器；中间层计算机采用龙芯2k1000系列单片机，具有全流水的 64 位双精度浮点乘加部件；华为鲲鹏ascend 310计算卡弹性云服务器作为顶层服务器。9.根据权利要求8所述的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警装置，其特征在于，采用安装华为liteos 5.0实时操作系统的stm32l431系列单片机作为底层mcu，龙芯2k1000系列单片机作为中间层计算机，租用华为鲲鹏弹性云服务器作为顶层服务器的多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警系统，按如下步骤装配：（1）在stm32l431单片机上安装liteos 5.0操作系统，分别连接水成膜灭火剂原液罐内温度传感器、罐体温度传感器和气温传感器，编写程序使其以10分钟间隔收集各个温度传感器数据，并每隔1小时将各温度平均值通过串口回报给中间层计算机；（2）以龙芯2k1000开发板作为中间层计算机，编写软件接收各温度传感器每小时平均值并通过数学模型处理数据，实现罐内温度、罐体温度和气温知2推3，持续监控数据并判断是否有传感器故障，若存在故障，则：罐内传感器，停止接收其数据并以计算值取代；罐外传感器或气温传感器，提示工作人员尽快更换。通过标准化学反应模型推算水成膜灭火剂原液在标准室温下的剩余寿命并和其他必要数据一起发送至服务器端；（3）租用华为鲲鹏ascend 310计算卡弹性云服务器，通过物联网ssh加密通信接收中间层计算机发送的必要数据；根据当地累积气温数据以及中间层发回的历史数据建立机器学习模型，根据中长期气象预报带入模型推算罐内温度预测值和灭火剂原液在当地气温条件下的预期剩余寿命，根据计算结果提供极端罐内温度预警和剩余寿命不足预警。

技术总结
本发明公开一种多温度来源估计罐储水成膜灭火剂储存寿命和提供极端温度预警的方法，由三层结构的系统实现，底层的微控制器单元（MCU）负责收集温度数据，中间层计算机负责处理和转发数据，顶层的服务器负责与外部进行通信对接、预报和训练模型；综合利用储罐内温度传感器、储罐外温度传感器、储罐外气温传感器、当地历史气温数据和天气预报数据评估当前及未来一段时间罐储水成膜灭火剂寿命消耗状况，并提供寿命耗尽和极端温度预警。并提供寿命耗尽和极端温度预警。


技术研发人员：崔大祥 张放为 葛美英 王亚坤 焦靖华 卢玉英 王金 张芳
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/2/8