СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И ОБУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
FLUID LEAK DETECTION SYSTEM, FLUID LEAK DETECTOR AND TRAINING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к системе обнаружения утечки текучей среды для обнаружения утечки текучей среды в строениях, и к устройству для обнаружения утечки текучей среды и обучающему устройству, которое может быть использовано в системе обнаружения утечки текучей среды.
Уровень техники
[0002] Если утечка горючего газа или токсичного газа происходит в строении, таком как техническое сооружение, утечка должна быть быстро обнаружена и соответствующим образом обработана. В качестве технологии для обнаружения утекшего газа была предложена технология обнаружения газа с помощью инфракрасной камеры или т.п. (см. патентная литература 1, например).
Ссылка на уровень техники
Патентная литература
[0003] Патентный документ 1: Нерассмотренная публикация японской патентной заявки № 2018-128318
Сущность изобретения
Техническая проблема
[0004] С помощью технологии обнаружения утекшего газа, описанной в патентной литературе 1, было трудно понять состояние утечки газа или позицию источника утечки газа за пределами диапазона съемки инфракрасной камеры. В частности, в шельфовом оборудовании, таком как плавучая установка для добычи, отгрузки и хранения нефти (FPSO), плотность установленных устройств является высокой, и поведение утекшего газа, который рассеивается во время столкновения с устройствами, усложняется и является менее прогнозируемым. Также, создаются множество невидимых областей, затененных устройствами, в которых съемка инфракрасной камерой является невозможной. Соответственно, указание источника утечки в таком оборудовании дополнительно затрудняется. Также в таком строении требуется технология для предоставления возможности быстрого обнаружения и соответствующей обработки утечки текучей жидкости.
[0005] Настоящее изобретение было выполнено, принимая во внимание такую ситуацию, и его целью является предоставление технологии, которая предоставляет возможность точного обнаружения состояний утечки текучей жидкости в строениях.
Решение проблемы
[0006] В ответ на вышеуказанную проблему, система обнаружения утечки текучей среды согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя: множество датчиков, предусмотренных в строении, которые соответственно обнаруживают значения целевых величин обнаружения в позициях их установки; и устройство обнаружения утечки текучей среды, которое обнаруживает утечку текучей среды в строении на основе значений целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков. Устройство обнаружения утечки текучей среды включает в себя: блок получения фактического измеренного значения, который получает значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков; и блок оценки состояния утечки, который оценивает состояние утечки текучей среды в строении на основе распределений значений обнаружения целевых величин, полученных блоком получения фактического измеренного значения.
[0007] Другим аспектом настоящего изобретения является устройство для обнаружения утечки текучей среды. Устройство включает в себя: блок получения фактического измеренного значения, который получает значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков, предусмотренных в строении, которые соответственно обнаруживают значения целевых величин обнаружения в своих позициях установки; и блок оценки состояния утечки, который оценивает состояние утечки текучей среды в строении на основе распределений значений целевых величин обнаружения, полученных блоком получения фактического измеренного значения.
[0008] Еще одним аспектом настоящего изобретения является устройство обучения. Устройство включает в себя: генератор обучающих данных, который формирует, в качестве обучающих данных, значения целевых величин обнаружения, обнаруженных, во время утечки текучей среды из предварительно определенной позиции сооружения, соответственно, посредством множества датчиков, предусмотренных в строении; и блок обучения, который обучает алгоритм оценки позиции утечки, в который значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков, вводятся, и из которого позиция источника утечки текучей среды выводится, посредством машинного обучения с помощью обучающих данных, полученных посредством блока получения обучающих данных.
[0009] Необязательные сочетания вышеупомянутых составляющих элементов, и реализации настоящего изобретения в форме способов, устройств, систем, носителей записи и компьютерных программ могут также быть применены на практике в качестве дополнительных режимов осуществления настоящего изобретения.
Полезные результаты изобретения
[0010] Настоящее изобретение предоставляет технологию, которая предоставляет возможность соответствующего управления сооружениями.
Краткое описание чертежей
[0011] Варианты осуществления будут теперь описаны, только в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, которые предназначены быть примерными, неограничивающими, и при этом аналогичные элементы нумеруются одинаково на нескольких чертежах, на которых:
Фиг. 1 - это схема, которая иллюстрирует общую конфигурацию системы обнаружения утечки текучей среды согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 2 - это схема, которая иллюстрирует конфигурацию устройства обнаружения утечки текучей среды согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 3 - это схема, которая иллюстрирует конфигурацию устройства обучения согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 4 - это схемы, которые иллюстрируют примеры обучающих данных, сформированных генератором обучающих данных;
Фиг. 5 - это схема, которая иллюстрирует общую конфигурацию системы поддержки проектирования согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 6 - это схема, которая иллюстрирует конфигурацию устройства обучения согласно второму варианту осуществления; и
Фиг. 7 - это схема, которая иллюстрирует конфигурацию устройства поддержки проектирования согласно второму варианту осуществления.
Описание вариантов осуществления
Первый вариант осуществления
[0012] Фиг. 1 иллюстрирует общую конфигурацию системы обнаружения утечки текучей среды согласно первому варианту осуществления. Настоящий вариант осуществления описывает пример, в котором утечка текучей среды обнаруживается в строении, таком как техническое сооружение для производства сжиженного природного газа, нефтепродуктов, химических продуктов или промышленной продукции. Система 1 обнаружения утечки текучей среды включает в себя: множество датчиков 5, предусмотренных на техническом сооружении 3 для обнаружения текучей среды, утекшей из оборудования 4, такого как устройство и труба, установленного в техническом сооружении 3; устройство 10 обнаружения утечки текучей среды, которое обнаруживает состояние утечки текучей среды в техническом сооружении 3 на основе результатов обнаружения, предоставленных от множества датчиков 5; и устройство 40 обучения, которое обучает алгоритм оценки состояния утечки текучей среды, используемый в устройстве 10 обнаружения утечки текучей среды, чтобы оценивать состояние утечки текучей среды. Эти компоненты соединяются через Интернет 2, который является примером средства связи. Средство связи может быть любым произвольным средством связи помимо Интернета 2. Строение может быть произвольным надземным строением, шельфовым строением, подземным строением, подводным строением, архитектурным сооружением, конструкцией, оборудованием или т.п. помимо технического сооружения.
[0013] Каждый датчик 5 обнаруживает значение целевой величины обнаружения в позиции его установки. Датчик 5 может обнаруживать, например, концентрацию, тип или состав текучей среды, которая может утекать в техническом сооружении 3, физическую величину, такую как температура или давление, или свет, такой как инфракрасный свет, ультрафиолетовый свет или видимый свет. Также, датчик 5 может быть датчиком точечного типа обнаружения, который исключительно обнаруживает целевую величину обнаружения в позиции установки, датчик линейного типа обнаружения, который включает в себя пару из блока проектора и блока оптического приемника и обнаруживает целевую величину обнаружения между блоком проектора и блоком оптического приемника, или камеру видимого света или инфракрасную камеру, которая захватывает двухмерное или трехмерное изображение, например. Настоящий вариант осуществления описывает пример, в котором датчик концентрации газа, который обнаруживает концентрацию газа, и инфракрасная камера предоставляются в качестве датчиков 5.
[0014] Фиг. 2 иллюстрирует конфигурацию устройства 10 обнаружения утечки текучей среды согласно первому варианту осуществления. Устройство 10 обнаружения утечки текучей среды включает в себя устройство 11 связи, устройство 12 отображения, устройство 13 ввода, устройство 20 управления и запоминающее устройство 30.
[0015] Устройство 11 связи управляет беспроводной или проводной связью. Устройство 11 связи передает в или принимает данные от датчиков 5 и обучающего устройства 40, например, через Интернет 2. Устройство 12 отображения отображает отображаемое изображение, сформированное устройством 20 управления. Устройство 13 ввода вводит инструкцию в устройство 20 управления.
[0016] Запоминающее устройство 30 хранит данные и компьютерные программы, используемые устройством 20 управления. Запоминающее устройство 30 включает в себя алгоритм 31 оценки состояния утечки, алгоритм 32 определения диапазона воздействия и алгоритм 33 определения ответного действия.
[0017] Устройство 20 управления включает в себя блок 21 получения фактического измеренного значения, блок 22 оценки состояния утечки, блок 23 определения диапазона воздействия, блок 24 определения ответного действия и блок 25 представления. Каждая из этих конфигураций может быть реализована посредством CPU или памяти любого предоставленного компьютера, загруженной в память программы или т.п. с точки зрения компонентов аппаратных средств. В настоящем варианте осуществления показана конфигурация в виде функциональных блоков, реализованная посредством взаимодействия таких компонентов. Следовательно, специалистам в области техники будет понятно, что эти функциональные блоки могут быть реализованы во множестве форм только посредством аппаратных средств, только посредством программного обеспечения или их сочетания.
[0018] Блок 21 получения фактического измеренного значения получает значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков 5. Как описано ранее, целевые величины обнаружения являются концентрацией некоторого типа газа, обнаруживаемой посредством датчика концентрации газа, и интенсивностью инфракрасного света, захватываемого посредством инфракрасной камеры, например.
[0019] На основе распределений значений целевых величин обнаружения, полученных посредством блока 21 получения фактического измеренного значения, блок 22 оценки состояния утечки оценивает состояние утечки, включающее в себя позицию источника утечки газа в техническом сооружении 3 и тип, направление и объем утекшего газа. Блок 22 оценки состояния утечки может оценивать состояние утечки с помощью статистического способа на основе распределений целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков 5. В настоящем варианте осуществления состояние утечки оценивается с помощью алгоритма 31 оценки состояния утечки, обученного посредством устройства 40 обучения. В алгоритм 31 оценки состояния утечки вводятся значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков 5, а выводятся параметры, представляющие состояние утечки, такое как позиция источника утечки текучей среды, направление утечки и величина утечки.
[0020] На основе распределений значений целевых величин обнаружения, полученных посредством блока 21 получения фактического измеренного значения, или состояния утечки текучей среды, оцененной посредством блока 22 оценки состояния утечки, блок 23 определения диапазона воздействия идентифицирует сегмент строения, в котором источник утечки текучей среды позиционируется. Когда делается предположение, что влияние утекшей текучей среды выйдет за пределы сегмента источника утечки, блок 23 определения диапазона воздействия определяет, будет ли существовать или нет воздействие, такое как рассеяние утекшей текучей среды, или воспламенение, пожар или взрыв, вызванный утекшей текучей средой, а также определяет диапазон воздействия. Блок 23 определения диапазона воздействия может определять диапазон воздействия в соответствии с критериями определения на основе правил, основанными на распределениях значений целевых величин обнаружения и состоянии утечки, например. В настоящем варианте осуществления диапазон воздействия определяется с помощью алгоритма 32 определения диапазона воздействия, обученного посредством устройства 40 обучения. В алгоритм 32 определения диапазона воздействия вводятся значения целевых величин обнаружения, обнаруженные посредством множества датчиков 5, параметры, представляющие состояние утечки, оцененное посредством блока 22 оценки состояния утечки, и т.п., а выводится параметр, представляющий диапазон воздействия утечки текучей среды.
[0021] На основе распределений значений целевых величин обнаружения, полученных посредством блока 21 получения фактического измеренного значения, состояния утечки текучей среды, оцененного посредством блока 22 оценки состояния утечки, или диапазона воздействия утечки текучей среды, определенной посредством блока 23 определения диапазона воздействия, блок 24 определения ответного действия определяет ответное действие, такое как управление источником утечки или источником воспламенения, управление противопожарным оборудованием, управление экстренным закрытием клапана подачи текучей среды или управление сбросом давления, а также определяет диапазон ответного действия. Блок 24 определения ответного действия может определять ответное действие и диапазон ответного действия в соответствии с критериями определения на основе правил, основанными на распределениях значений целевых величин обнаружения, состояния утечки и диапазона воздействия. В настоящем варианте осуществления ответное действие и диапазон ответного действия определяются с помощью алгоритма 33 определения ответного действия, обученного посредством устройства 40 обучения. В алгоритм 33 определения ответного действия вводятся значения целевых величин обнаружения, обнаруженные посредством множества датчиков 5, параметры, представляющие состояние утечки, оцененное посредством блока 22 оценки состояния утечки, параметр, представляющий диапазон воздействия, определенный посредством блока 23 определения диапазона воздействия, и т.п., а выводятся параметры, представляющие ответное действие и диапазон ответного действия.
[0022] Блок 25 представления отображает, на устройстве 12 отображения, состояние утечки текучей среды, оцененное посредством блока 22 оценки состояния утечки, диапазон воздействия утечки текучей среды, определенный посредством блока 23 определения диапазона воздействия, ответное действие и диапазон ответного действия, определенные посредством блока 24 определения ответного действия, и т.п.
[0023] Фиг. 3 иллюстрирует конфигурацию устройства обучения согласно первому варианту осуществления. Устройство 40 обучения включает в себя устройство 41 связи, устройство 42 отображения, устройство 43 ввода, устройство 50 управления и запоминающее устройство 60.
[0024] Устройство 41 связи управляет беспроводной или проводной связью. Устройство 41 связи передает в или принимает данные от датчиков 5 и устройства 10 обнаружения утечки текучей среды, например, через Интернет 2. Устройство 42 отображения отображает отображаемое изображение, сформированное устройством 50 управления. Устройство 43 ввода вводит инструкцию в устройство 50 управления.
[0025] Запоминающее устройство 60 хранит данные и компьютерные программы, используемые устройством 50 управления. Запоминающее устройство 60 включает в себя блок 61 хранения структурных данных, блок 62 хранения позиционных данных датчиков, алгоритм 31 оценки состояния утечки, алгоритм 32 определения диапазона воздействия и алгоритм 33 определения ответного действия.
[0026] Блок 61 хранения структурных данных хранит структурные данные, которые представляют структуру технического сооружения 3. Блок 62 хранения позиционных данных датчиков хранит данные, которые представляют позиции множества виртуальных датчиков, виртуально предусмотренных в техническом сооружении, представленном посредством структурных данных, хранящихся в блоке 61 хранения структурных данных. Множество виртуальных датчиков виртуально предусматриваются в тех же позициях, что и позиции установки множества датчиков 5, фактически предусмотренных в техническом сооружении 3.
[0027] Устройство 50 управления включает в себя блок 51 получения фактического измеренного значения, вычислительный симулятор 52 динамики текучей среды, блок 53 задания состояния утечки, генератор 54 обучающих данных, блок 55 обучения и блок 56 представления результата. Эти функциональные блоки могут также быть реализованы во множестве форм посредством только аппаратных средств, только программного обеспечения или их сочетания.
[0028] Блок 51 получения фактического измеренного значения получает значения целевых величин обнаружения, обнаруживаемые посредством множества датчиков 5 во время, когда утечка газа происходит в техническом сооружении 3, и параметры, представляющие состояние утечки в это время, в качестве обучающих данных используются для обучения алгоритма 31 оценки состояния утечки, алгоритма 32 определения диапазона воздействия и алгоритма 33 определения ответного действия. Однако, утечка газа или других текучих сред едва ли возникает в фактическом техническом сооружении 3, и трудно проводить эксперименты в техническом сооружении 3, чтобы получать состояние утечки газа, так что существует очень мало фактических измеренных значений, которые могут быть использованы в качестве обучающих данных. Соответственно, в настоящем варианте осуществления, состояния утечки текучей среды в различных условиях в техническом сооружении 3 воспроизводятся посредством вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды, чтобы формировать обучающие данные.
[0029] Вычислительный симулятор 52 динамики текучей среды моделирует поведение текучей среды, утекшей в строении, с помощью структурных данных строения, хранящихся в блоке 61 хранения структурных данных. Например, блок 61 хранения структурных данных может делить строение на множество расчетных сеток и хранить структурные данные, такие как координаты центральной точки, объем, диапазон и степень плотности, для каждой расчетной сетки. Степень плотности является отношением длины или объема конструкции, включенной в расчетную сетку, к объему расчетной сетки. Форма каждой расчетной сетки может быть прямоугольным параллелепипедом, может быть правильным тетраэдром или может быть любой другой произвольной формой. Блок 61 хранения структурных данных может хранить данные трехмерной формы, которые представляют трехмерную форму строения, или может хранить произвольный формат структурных данных, которые могут быть использованы в вычислительном симуляторе 52 динамики текучей среды. Блок 61 хранения структурных данных может также хранить формы, позиции размещения и количество устройств, труб и каркасов, установленных в техническом сооружении 3, например. Вычислительный симулятор 52 динамики текучей среды получает, с предварительно определенными временными интервалами, приблизительное решение уравнения движения потока для каждой расчетной сетки в состоянии утечки, заданном посредством блока 53 задания состояния утечки, и вычисляет давление, расход, плотность и т.п. текучей среды в каждой расчетной сетке. Вычислительный симулятор 52 динамики текучей среды затем имитирует поведение текучей среды от начала утечки текучей среды до того момента, когда проходит предварительно определенный период времени. Соответственно, предположим случай, когда текучая среда утекает из устройства или трубы, которая содержит горючий газ или токсичный газ, состояние столкновения между текучей средой и различными конструкциями, установленными в строении, и состояние диффузии текучей среды могут быть точно воспроизведены.
[0030] Блок 53 задания состояния утечки задает состояние утечки текучей среды, которое должно быть смоделировано посредством вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды. Блок 53 задания состояния утечки задает параметры, представляющие состояние утечки, такие как позиция источника утечки, площадь и форма отверстия, тип, состав и температура утекшего вещества и направление, скорость, величина и продолжительность утечки. Блок 53 задания состояния утечки также задает окружающие условия, включающие в себя: параметры, представляющие ветровые условия, такие как скорость ветра, направление ветра и турбулентность воздушного потока; параметры, представляющие погодные условия, такие как температура воздуха, давление воздуха, влажность, погода и атмосферная устойчивость; и параметры, представляющие топографические признаки и условия земной поверхности. Задавая различные состояния утечки, которые могут быть вызваны в техническом сооружении 3, и предоставляя возможность вычислительному симулятору 52 динамики текучей среды моделировать характер утечки, чтобы формировать обучающие данные, алгоритм 31 оценки состояния утечки, с помощью которого различные состояния утечки могут быть точно обнаружены, может быть обучен. Чтобы улучшать эффективность обучения, блок 53 задания состояния утечки может предпочтительно задавать состояние утечки, которое считается относительно более вероятным для возникновения на техническом сооружении 3, и состояние утечки, которое считается очень опасным и серьезным, когда она происходит, и такие состояния утечки могут быть предпочтительно выучены.
[0031] Блок 56 представления результата отображает, на экране 42 отображения, состояние утечки текучей среды, смоделированное вычислительным симулятором 52 динамики текучей среды. Например, блок 56 представления результата может отображать анимацию утечки текучей среды из источника утечки и затем диффузию. В этом случае, блок 56 представления результата может задавать произвольную позицию точки обзора и произвольное направление линии обзора и выполнять воспроизведение структурных данных, хранящихся в блоке 61 хранения структурных данных, с тем, чтобы формировать изображение технического сооружения 3. Блок 56 представления результата может затем накладывать состояние утечки текучей среды в качестве результата моделирования на изображение технического сооружения 3, представленное таким образом. Также, блок 56 представления результата может изменять отображаемый цвет согласно концентрации или типу текучей среды. Это может также визуализировать поведение текучей среды за пределами диапазонов обнаружения датчика концентрации газа и инфракрасной камеры.
[0032] Блок 56 представления результата может также отображать распределение концентрации газа на произвольном двухмерном поперечном сечении. Блок 56 представления результата может отображать изображение газового облака, рассматриваемого с произвольной позиции точки обзора в произвольном направлении линии обзора. Блок 56 представления результата может вычислять интегральное значение на основе концентрации газа и длины газового облака по каждой оптической траектории, рассматриваемой с позиции точки обзора в направлении линии обзора, и может отображать интегральное значение, вычисленное таким образом, на произвольном двухмерном поперечном сечении.
[0033] На основе результатов моделирования, предоставленных от вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды, генератор 54 обучающих данных формирует обучающие данные, используемые для обучения алгоритма 31 оценки состояния утечки, алгоритма 32 определения диапазона воздействия и алгоритма 33 определения ответного действия. Генератор 54 обучающих данных может формировать обучающие данные для значений концентрации газа, обнаруженных посредством датчика концентрации газа, или может формировать обучающие данные для значений пикселов изображений, захваченных посредством инфракрасной камеры.
[0034] Когда датчик концентрации газа предоставляется в качестве датчика 5 в техническом сооружении 3, генератор 54 обучающих данных вычисляет временное изменение значения концентрации газа, которое, как предполагается, должно быть обнаружено посредством каждого из множества виртуальных датчиков концентрации газа, расположенных в позициях установки, хранящихся в блоке 62 хранения позиционных данных датчиков, и формирует, в качестве обучающих данных, набор вычисленных значений и параметров, представляющих состояние утечки.
[0035] Когда инфракрасная камера предоставляется в качестве датчика 5 в техническом сооружении 3, генератор 54 обучающих данных вычисляет временное изменение значения пиксела изображения, которое, как предполагается, должно быть захвачено посредством каждой из множества виртуальных инфракрасных камер, расположенных в позициях установки, хранящихся в блоке 62 хранения позиционных данных датчиков, и формирует, в качестве обучающих данных, набор вычисленных значений и параметров, представляющих состояние утечки. В этом случае, генератор 54 обучающих данных может вычислять, в качестве значения пиксела, интегральное значение на основе концентрации газа и длины газового облака по каждой оптической траектории, рассматриваемой с позиции установки инфракрасной камеры в направлении линии обзора инфракрасной камеры.
[0036] Фиг. 4 иллюстрирует примеры обучающих данных, сформированных посредством генератора 54 обучающих данных. Фиг. 4A и 4C иллюстрируют результаты моделирования, предоставленные от вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды. Утекший газ рассеивается, чтобы формировать газовое облако 63. Генератор 54 обучающих данных устанавливает позицию точки обзора и направление линии обзора виртуальной инфракрасной камеры 64 и вычисляет интегральное значение на основе концентрации газа и длины газового облака по каждой оптической траектории, рассматриваемой с позиции точки обзора в направлении линии обзора, с тем, чтобы формировать изображение, которое, как предполагается, должно быть захвачено инфракрасной камерой, установленной в позиции точки обзора. Фиг. 4B и 4D являются изображениями, сформированными посредством генератора 54 обучающих данных. Газовое облако 63 захватывается в каждом изображении, но, поскольку газовое облако 63 на фиг. 4A рассеивается дальше в направлении линии обзора виртуальной инфракрасной камеры 64 по сравнению с газовым облаком 63 на фиг. 4C, газовое облако 63 в изображении на фиг. 4B имеет более глубокий цвет по сравнению с газовым облаком 63 в изображении на фиг. 4D. Генератор 54 обучающих данных устанавливает позицию точки обзора виртуальной инфракрасной камеры 64 во множество позиций установки, хранящихся в блоке 62 хранения позиционных данных датчиков, чтобы формировать большое число таких изображений, и объединяет изображения с параметрами, представляющими состояния утечки, с тем, чтобы формировать обучающие данные. Соответственно, соотношения между изображениями, захваченными инфракрасной камерой, и параметрами, представляющими состояния утечки, могут быть выучены.
[0037] Вместо или в дополнение к концентрации газа или значению пиксела инфракрасного изображения в позиции каждого датчика, генератор 54 обучающих данных может использовать другой параметр, относящийся к утекшему газу, чтобы формировать обучающие данные. Например, обучающие данные могут быть сформированы с помощью распределения концентрации газа по произвольному двухмерному поперечному сечению, которое пересекает газовое облако, размера газового облака, пространственного дифференциального значения или временного дифференциального значения концентрации газа или значения пиксела, распределения скорости ветра или распределения направления ветра или значения или распределения эквивалентной стехиометрической концентрации газа. В этом случае, каждый из алгоритма 31 оценки состояния утечки, алгоритма 32 определения диапазона воздействия и алгоритма 33 определения ответного действия может быть нейронной сетью, в которой такие значения вводятся в ее входной слой. Устройство 10 обнаружения утечки текучей среды может вычислять такие значения на основе значений целевых величин обнаружения, полученных посредством блока 21 получения фактического измеренного значения, и вводить вычисленные значения в алгоритм 31 оценки состояния утечки, алгоритм 32 определения диапазона воздействия и алгоритм 33 определения ответного действия.
[0038] Чтобы формировать обучающие данные, используемые для обучения алгоритма 32 определения диапазона воздействия, генератор 54 обучающих данных может вычислять вероятность воспламенения на основе концентрации и температуры горючего газа, например, и может определять, в качестве диапазона воздействия, диапазон, в котором вероятность воспламенения равна предварительно определенному значению или больше. Также, концентрация токсичного газа может быть сравнена с ее максимально допустимым пределом, так что диапазон, в котором концентрация токсичного газа превышает максимально допустимый предел, может быть определен в качестве диапазона воздействия. Чтобы оценивать опасность различных текучих сред унифицированным образом, концентрация газа может быть скорректирована с помощью характеристики горения, такой как скорость ламинарного горения, на основе концентрации газа в каждой точке в газовом облаке, и скорректированное значение может быть интегрировано по всему газовому облаку, чтобы вычислять интегральное значение.
[0039] Для того, чтобы сформировать обучающие данные, используемые в обучении алгоритма 33 определения ответного действия, генератор 54 обучающих данных может предоставлять возможность вычислительному симулятору 52 динамики текучей среды дополнительно моделировать состояние утечки текучей среды, которое может быть рассмотрено, когда предварительно определенное ответное действие выполняется, и то, является или нет ответное действие надлежащим, оценивается на основе результата моделирования. Например, состояние рассеяния текучей среды в случае, когда противопожарная дверь закрывается в предварительно определенный момент времени, может быть смоделировано посредством вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды, и последующие состояния рассеяния текучей среды могут быть сравнены с состояниями рассеяния текучей среды в случае, когда противопожарная дверь не закрывается, с тем, чтобы оценивать, является или нет ответное действие закрытия противопожарной двери в предварительно определенный момент времени надлежащим. Результат моделирования, предоставленный от вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды, может быть представлен из блока 56 представления результата оператору, и ответное действие или то, является или нет ответное действие надлежащим, может быть получено от оператора через устройство 43 ввода.
[0040] Блок 55 обучения использует, в качестве данных учителя, фактические измеренные значения, полученные посредством блока 51 получения фактического измеренного значения, или обучающие данные, сформированные генератором 54 обучающих данных, чтобы обучать алгоритм 31 оценки состояния утечки, алгоритм 32 определения диапазона воздействия и алгоритм 33 определения ответного действия посредством контролируемого глубокого обучения. Блок 55 обучения корректирует весовые коэффициенты промежуточного слоя в нейронной сети на основе входных данных и выходных данных, включенных в данные учителя, чтобы обучать алгоритм 31 оценки состояния утечки, алгоритм 32 определения диапазона воздействия и алгоритм 33 определения ответного действия. Алгоритм 31 оценки состояния утечки, алгоритм 32 определения диапазона воздействия и алгоритм 33 определения ответного действия, обученные таким образом, предоставляются устройству 10 обнаружения утечки текучей среды.
[0041] Блок 55 обучения может обучать алгоритм 33 определения ответного действия посредством обучения с подкреплением. В этом случае, блок 55 обучения может предоставлять возможность вычислительному симулятору 52 динамики текучей среды моделировать состояния утечки текучей среды, которые могут быть рассмотрены, когда различные ответные действия выполняются в различные моменты времени, и может обучать алгоритм 33 определения ответного действия посредством обучения с подкреплением, в котором величина утечки текучей среды, диапазон утечки или диапазон воздействия, становящиеся меньшими по сравнению со случаем, когда ответное действие не выполняется, могут быть заданы в качестве поощрения.
[0042] Когда обнаруживается утечка текучей среды, устройство 10 обнаружения утечки текучей среды может отображать характер утечки текучей среды на устройстве 12 отображения. На устройстве 12 отображения устройство 10 обнаружения утечки текучей среды может отображать характер утечки текучей среды от начала утечки до текущего времени, или может отображать прогнозируемый будущий характер утечки текучей среды. В этом случае, устройство 10 обнаружения утечки текучей среды может получать движущееся изображение, показывающее характер утечки текучей среды, от устройства 40 обучения и отображать движущееся изображение или может включать в себя конфигурацию для формирования движущегося изображения, показывающего характер утечки текучей среды. В последнем случае, устройство 10 обнаружения утечки текучей среды может включать в себя блок 61 хранения структурных данных, вычислительный симулятор 52 динамики текучей среды и блок 53 задания состояния утечки. Соответственно, даже когда утечка текучей среды происходит в техническом сооружении 3, характер утечки текучей среды может быть визуально и ясно представлен оператору, тем самым, помогая оператору определять соответствующее ответное действие.
[0043] Вместо алгоритма 31 оценки состояния утечки блок 22 оценки состояния утечки устройства 10 обнаружения утечки текучей среды может обращаться к базе данных состояний утечки, которая хранит множество наборов распределений концентрации газа или изображений, захваченных посредством инфракрасной камеры, и параметров, представляющих состояние утечки, с тем, чтобы оценивать состояние утечки. В этом случае, блок 22 оценки состояния утечки может выполнять поиск в базе данных состояния утечки на предмет распределения концентрации газа или изображения, захваченного посредством инфракрасной камеры, которое совпадает или является аналогичным распределению значения соответствующей целевой величины обнаружения, полученного посредством блока 21 получения фактического измеренного значения, с тем, чтобы оценивать состояние утечки. В это время блок 22 оценки состояния утечки может выполнять поиск в базе данных состояний утечки с помощью технологии сопоставления изображений или т.п.
Второй вариант осуществления
[0044] После того как большое число результатов моделирования, касающихся характера утечки текучей среды, сформированных посредством вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды, как описано ранее, анализируется, корреляция между фактором структуры технического сооружения или т.п. и опасностью, связанной с утечкой текучей среды, может быть извлечена, которая может быть использована для проектирования и усовершенствования технических сооружений.
[0045] Фиг. 5 иллюстрирует общую конфигурацию системы поддержки проектирования согласно второму варианту осуществления. Система 6 поддержки проектирования включает в себя устройство 70 обучения, которое обучает алгоритм оценки опасности, используемый для оценки опасности, связанной с утечкой текучей среды, на основе фактора структуры технического сооружения или т.п., и устройство 80 поддержки проектирования, которое поддерживает проектирование технического сооружения с помощью алгоритма оценки опасности, обученного посредством устройства 70 обучения. Устройство 70 обучения и устройство 80 поддержки проектирования соединяются через Интернет 2.
[0046] Фиг. 6 иллюстрирует конфигурацию устройства обучения согласно второму варианту осуществления. Устройство 70 обучения включает в себя генератор 71 обучающих данных и блок 72 обучения вместо генератора 54 обучающих данных и блока 55 обучения устройства 40 обучения согласно первому варианту осуществления, иллюстрированному на фиг. 3. Также, устройство 70 обучения включает в себя блок 73 хранения результатов моделирования и алгоритм 74 оценки опасности вместо блока 62 хранения позиционных данных датчиков, алгоритма 31 оценки состояния утечки, алгоритма 32 определения диапазона воздействия и алгоритма 33 определения ответного действия. Другие конфигурации и операции являются такими же, что и описанные в первом варианте осуществления.
[0047] Блок 73 хранения результата моделирования хранит результаты моделирования, предоставленные от вычислительного симулятора 52 динамики текучей среды. Блок 73 хранения результата моделирования может хранить результаты моделирования на основе структуры технического сооружения, проектирование которого должно быть поддержано, или может хранить результаты моделирования на основе структур множества технических сооружений. На основе результатов моделирования, хранящихся в блоке 73 хранения результата моделирования, генератор 71 обучающих данных оценивает опасность, связанную с утечкой текучей среды, в соответствии с предварительно определенным критерием и формирует обучающие данные, используемые для обучения корреляции между оцененной опасностью и фактором структуры технического сооружения или т.п. в моделировании. Генератор 71 обучающих данных может оценивать опасность на основе: распределения концентрации газа на произвольном двухмерном поперечном сечении, которое пересекает газовое облако; размера газового облака; пространственного дифференциального значения или временного дифференциального значения концентрации газа или значения пиксела; значения или распределения эквивалентной стехиометрической концентрации газа; концентрации и температуры горючего газа и вероятности воспламенения; концентрации токсичного газа; интегрального значения, полученного путем интегрирования, по всему газовому облаку, значения, полученного посредством корректировки концентрации газа с помощью характеристики горения, такой как скорость ламинарного горения, на основе концентрации газа в каждой точке в газовом облаке; и диапазона воздействия утекшей текучей среды, например. Фактор структуры или т.п. может быть типом или материалом установленной конструкции, физической величиной конструкции, такой как площадь, объем, плотность или рабочая температура, степень плотности, или типом, величиной или температурой текучей среды, которую конструкция может содержать, например.
[0048] Блок 72 обучения использует обучающие данные, сформированные генератором 71 обучающих данных, чтобы обучать алгоритм 74 оценки опасности. Алгоритм 74 оценки опасности может быть нейронной сетью, в которую значения множества факторов, извлекаемых из структурных данных технического сооружения или т.п., вводятся, и из которой опасность, связанная с утечкой текучей среды, выводится, может быть математической формулой для представления опасности, в которой значения множества факторов задаются в качестве переменных, или может быть произвольной формой алгоритма, с помощью которого опасность может быть оценена из значений множества факторов, например. Блок 72 обучения может обучать алгоритм 74 оценки опасности с помощью произвольных технологий, таких как добыча информации, анализ логистической регрессии, многомерный анализ, неконтролируемое машинное обучение и контролируемое машинное обучение. Например, промежуточный слой в нейронной сети может быть скорректирован так, что, когда значения множества факторов вводятся, оцененная опасность выводится для каждого результата моделирования. Также, посредством анализа логистической регрессии, коэффициент регрессии в уравнении регрессии может быть вычислен.
[0049] Фиг. 7 иллюстрирует конфигурацию устройства поддержки проектирования согласно второму варианту осуществления. Устройство 80 поддержки проектирования согласно второму варианту осуществления включает в себя устройство 81 связи, устройство 82 отображения, устройство 83 ввода, устройство 90 управления и запоминающее устройство 84.
[0050] Устройство 81 связи управляет беспроводной или проводной связью. Устройство 81 связи передает в или принимает данные от устройства 70 обучения или т.п. через Интернет 2. Устройство 82 отображения отображает отображаемое изображение, сформированное устройством 90 управления. Устройство 83 ввода вводит инструкцию в устройство 90 управления.
[0051] Запоминающее устройство 84 хранит данные и компьютерные программы, используемые устройством 90 управления. Запоминающее устройство 84 включает в себя алгоритм 74 оценки опасности.
[0052] Устройство 90 управления включает в себя блок 91 получения структурных данных, блок 92 оценки опасности, блок 93 рекомендации модификации проекта и блок 94 представления. Эти конфигурации могут также быть реализованы во множестве форм посредством только аппаратных средств, только программного обеспечения или их сочетания.
[0053] Блок 91 получения структурных данных получает структурные данные, которые представляют структуру технического сооружения. Блок 91 получения структурных данных может получать CAD-данные или т.п. для проектируемого технического сооружения или может получать CAD-данные или данные трехмерного изображения сконструированного технического сооружения, например.
[0054] На основе структурных данных, полученных посредством блока 91 получения структурных данных, блок 92 оценки опасности оценивает опасность технического сооружения с помощью алгоритма 74 оценки опасности. Блок 92 оценки опасности вычисляет значения факторов, которые должны быть введены в алгоритм 74 оценки опасности, на основе структурных данных и вводит значения факторов, вычисленных таким образом, в алгоритм 74 оценки опасности, чтобы оценивать опасность. Блок 92 оценки опасности может делить техническое сооружение на множество областей и оценивать опасность для каждой области.
[0055] Когда опасность, оцененная посредством блока 92 оценки опасности, соответствует предварительно определенному условию, блок 93 рекомендации модификации проекта рекомендует модификацию проекта технического сооружения. Блок 93 рекомендации модификации проекта может рекомендовать модификацию проекта технического сооружения, когда опасность выше предварительно определенного значения. Когда блок 92 оценки опасности оценивает опасность для каждой области, блок 93 рекомендации модификации проекта может рекомендовать модификацию проекта для каждой области. Блок 93 рекомендации модификации оценки может также рекомендовать предоставление датчика 5 в области, для которой опасность выше предварительно определенного значения, изменение компоновки конструкций, например, чтобы уменьшать степень плотности в области, для которой опасность выше предварительно определенного значения, и установку конструкции, чтобы предотвращать рассеяние текучей среды в области, для которой опасность выше предварительно определенного значения.
[0056] Блок 94 представления отображает, на устройстве 82 отображения, результат оценки, предоставленный из блока 92 оценки опасности, рекомендацию модификации проекта, предоставленную из блока 93 рекомендации модификации проекта, и т.п. Блок 94 представления может задавать произвольную позицию точки обзора и произвольное направление линии обзора и выполнять воспроизведение структурных данных, полученных посредством блока 91 получения структурных данных, с тем, чтобы формировать изображение технического сооружения. Блок 94 представления может затем накладывать опасность на изображение технического сооружения, сформированное таким образом. Также, блок 94 представления может изменять отображаемый цвет согласно степени опасности. Это может визуализировать опасность технического сооружения, тем самым, надлежащим образом поддерживая анализ, оценку и проектирование, касающиеся компоновки технического сооружения для уменьшения опасности стихийных бедствий, размещения датчиков, опасных сценариев и степени воздействия, например.
[0057] Настоящее изобретение было описано со ссылкой на варианты осуществления. Варианты осуществления предназначаются быть лишь иллюстративными, и специалистам в области техники будет очевидно, что различные модификации в сочетании составляющих элементов или процессов могут быть разработаны, и что такие модификации также попадают в рамки настоящего изобретения.
[0058] Система обнаружения утечки текучей среды согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя: множество датчиков, предусмотренных в строении, которые соответственно обнаруживают значения целевых величин обнаружения в позициях их установки; и устройство обнаружения утечки текучей среды, которое обнаруживает утечку текучей среды в строении на основе значений целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков. Устройство обнаружения утечки текучей среды включает в себя: блок получения фактического измеренного значения, который получает значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков; и блок оценки состояния утечки, который оценивает состояние утечки текучей среды в строении на основе распределений значений обнаружения целевых величин, полученных блоком получения фактического измеренного значения. Согласно этому аспекту, состояние утечки текучей среды в строении может быть точно обнаружено.
[0059] Блок оценки состояния утечки может оценивать состояние утечки текучей среды посредством алгоритма оценки состояния утечки, обученного посредством машинного обучения, в который значения целевых величин обнаружения, обнаруженные посредством множества датчиков, вводятся, и из которого состояние утечки текучей среды выводится. Согласно этому аспекту, точность обнаружения состояния утечки текучей среды может быть улучшена.
[0060] Система обнаружения утечки текучей среды может дополнительно включать в себя устройство обучения, которое обучает алгоритм оценки состояния утечки. Устройство обучения может включать в себя блок обучения, который обучает алгоритм оценки состояния утечки посредством машинного обучения, используя, в качестве обучающих данных, значения целевых величин обнаружения, обнаруживаемые, соответственно, посредством множества датчиков во время утечки текучей среды из предварительно определенной позиции строения. Согласно этому аспекту, точность алгоритма оценки состояния утечки может быть улучшена.
[0061] Устройство обучения может дополнительно включать в себя: блок хранения структурных данных, который хранит структурные данные строения; и симулятор трехмерного потока, который моделирует поведение текучей среды в строении во время утечки текучей среды из предварительно определенной позиции строения, выполняя моделирование трехмерного потока на основе структурных данных строения, хранящихся в блоке хранения структурных данных. Блок обучения может обучать алгоритм оценки состояния утечки посредством машинного обучения, используя, в качестве обучающих данных, значения целевых величин обнаружения, вычисленные на основе результата моделирования трехмерного потока, выполненного посредством симулятора трехмерного потока. Согласно этому аспекту, даже в случае, когда существует мало фактических измеренных значений, большое количество обучающих данных может быть сформировано и изучено, так что точность алгоритма оценки состояния утечки и эффективность обучения могут быть улучшены.
[0062] Устройство обучения может дополнительно включать в себя: блок хранения позиционных данных датчиков, который хранит данные, представляющие позиции установки множества датчиков; и генератор обучающих данных, который формирует обучающие данные посредством вычисления значений целевых величин обнаружения, которые, как предполагается, должны быть обнаружены, соответственно, посредством множества датчиков, расположенных в позициях установки, хранящихся в блоке хранения позиционных данных датчиков, на основе результата моделирования трехмерного потока, выполненного посредством симулятора трехмерного потока. Блок обучения может обучать алгоритм оценки состояния утечки методом машинного обучения с помощью обучающих данных, сформированных генератором обучающих данных. Согласно этому аспекту, точность алгоритма оценки состояния утечки может быть улучшена.
[0063] Блок обучения может обучать алгоритм оценки состояния утечки методом машинного обучения, используя, в качестве обучающих данных, значения целевых величин обнаружения, вычисленные на основе множества моделирований, в которых, по меньшей мере, одно из позиции источника утечки текучей среды, типа текучей среды, состава из множества веществ, составляющих текучую среду, величины утечки текучей среды, направления утечки текучей среды или физической величины, представляющей состояние сооружения или окружающей среды, вычисленных посредством симулятора трехмерного потока, отличается. Согласно этому аспекту, точность алгоритма оценки состояния утечки может быть улучшена.
[0064] Датчики могут включать в себя датчик концентрации текучей среды, который обнаруживает концентрацию текучей среды.
[0065] Датчики могут включать в себя инфракрасную камеру.
[0066] Другим аспектом настоящего изобретения является устройство для обнаружения утечки текучей среды. Устройство включает в себя: блок получения фактического измеренного значения, который получает значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков, предусмотренных в строении, которые соответственно обнаруживают значения целевых величин обнаружения в своих позициях установки; и блок оценки состояния утечки, который оценивает состояние утечки текучей среды в строении на основе распределений значений целевых величин обнаружения, полученных блоком получения фактического измеренного значения. Согласно этому аспекту, состояние утечки текучей среды в строении может быть точно обнаружено.
[0067] Еще одним аспектом настоящего изобретения является устройство обучения. Устройство включает в себя: генератор обучающих данных, который формирует, в качестве обучающих данных, значения целевых величин обнаружения, обнаруженных во время утечки текучей среды из предварительно определенной позиции сооружения, соответственно посредством множества датчиков, предусмотренных в строении; и блок обучения, который обучает алгоритм оценки состояния утечки, в который значения целевых величин обнаружения, обнаруженных посредством множества датчиков, вводятся, и из которого позиция источника утечки текучей среды выводится, посредством машинного обучения с помощью обучающих данных, полученных посредством блока получения обучающих данных. Согласно этому аспекту, точность алгоритма оценки состояния утечки может быть улучшена.
Промышленная применимость
[0068] Настоящее изобретение является применимым к системам обнаружения утечки текучей среды для обнаружения утечки текучей среды в строениях.
Список номеров ссылок
[0069] 1 система обнаружения утечки текучей среды
3 техническое сооружение
4 оборудование
5 датчик
6 система поддержки проектирования
10 устройство обнаружения утечки текучей среды
21 блок получения фактического измеренного значения
22 блок оценки состояния утечки
23 блок определения диапазона воздействия
24 блок определения ответного действия
25 блок представления
31 алгоритм оценки состояния утечки
32 алгоритм определения диапазона воздействия
33 алгоритм определения ответного действия
40 устройство обучения
51 блок получения фактического измеренного значения
52 вычислительный симулятор динамики текучей среды
53 блок задания состояния утечки
54 генератор обучающих данных
55 блок обучения
56 блок представления результата
61 блок хранения структурных данных
62 блок хранения позиционных данных датчиков
70 устройство обучения
71 генератор обучающих данных
72 блок обучения
73 блок хранения результата моделирования
74 алгоритм оценки опасности
80 устройство поддержки проектирования
91 блок получения структурных данных
92 блок оценки опасности
93 блок рекомендации модификации проекта
94 блок представления