本發(fā)明屬于傳感器優(yōu)化，尤其涉及一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氫能被視為未來能源系統(tǒng)的重要組成部分，對于應(yīng)對化石燃料枯竭和全球變暖危機具有深刻意義。全球許多國家已將氫能納入其能源發(fā)展政策，氫能正逐漸成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的最重要載體之一，助力實現(xiàn)向凈零碳循環(huán)經(jīng)濟的過度。然而，氫能所面臨的安全問題日益凸顯，這嚴重阻礙了其進一步廣泛應(yīng)用。

2、氫氣在制取-存儲-輸運-應(yīng)用各個環(huán)節(jié)中往往以高壓形式存在，氫氣泄漏時有發(fā)生。一方面，一旦出現(xiàn)氫氣泄漏，往往造成非計劃停工，進而造成經(jīng)濟損失。行業(yè)標桿與行業(yè)平均水平的差異可能就在于非計劃停機導(dǎo)致的可用性損失。另一方面，由于氫氣自身獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，泄漏的可燃氫氣云團遇到點火源時將演變?yōu)槿紵踔帘ㄊ鹿?，?dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，典型氫能應(yīng)用場景下的氫氣泄漏已成為行業(yè)安全生產(chǎn)所面臨的共性問題。

3、傳感器技術(shù)的進步，包括電化學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)傳感器，可以快速識別環(huán)境中氫氣濃度的變化。目前，基于氫氣傳感器技術(shù)構(gòu)建的氫氣泄漏監(jiān)控系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，在一定程度上有效減少了氫氣泄漏帶來的安全風(fēng)險。然而，即使氫氣傳感器的成本下降，也只能使用有限數(shù)量的氫氣傳感器來監(jiān)測特定區(qū)域的氫氣泄漏濃度。每個氫氣傳感器的類型、物理位置和工作條件都會對傳感器網(wǎng)絡(luò)檢測變化的能力產(chǎn)生很大影響。現(xiàn)有的氫氣泄漏監(jiān)控系統(tǒng)中，氫氣傳感器敷設(shè)方案只能依賴于專家經(jīng)驗，在固定的關(guān)鍵臨氫設(shè)備加裝傳感器以確保涉氫安全。這種傳感器布局方法往往無法保障覆蓋全部的泄漏工況，也不能夠保證在盡可能最短的時間內(nèi)檢測出氫氣泄漏。

4、目前鮮有專利對氫氣傳感器優(yōu)化布局提出合適的方法。通過對現(xiàn)有專利進行檢索，公告號為cn114036734b的中國授權(quán)發(fā)明專利公開了一種基于數(shù)字孿生的車用氫氣傳感器布局優(yōu)化方法及系統(tǒng)，其僅適用于車載氫氣傳感器的布局方案，尚未考慮絕大部分氫氣應(yīng)用場景，例如加氫站、制氫工廠等，且該專利并未給出明確的優(yōu)化方法。公告號為cn113221303b的中國授權(quán)發(fā)明專利公開了一種半封閉空間氫氣傳感器優(yōu)化布置方法，提供了一種較為通用的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，但是尚未考慮氫氣泄漏致災(zāi)后果對布局方案的影響，也沒有明確設(shè)置關(guān)于覆蓋率或氫氣泄漏檢測時間等優(yōu)化目標，優(yōu)化方法通過簡單的邏輯判斷實現(xiàn)，無法提供最優(yōu)的氫氣傳感器布局方案。

5、由上述相關(guān)專利可知，目前關(guān)于氫氣傳感器優(yōu)化布局的方法或技術(shù)研究較少且不夠成熟，亟需突破，以保障氫氣“制-儲-輸-用”全過程的安全。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法及系統(tǒng)，提供的優(yōu)化布局方法不需要依賴于專家經(jīng)驗，而是根據(jù)科學(xué)計算獲得最優(yōu)的氫氣傳感器敷設(shè)方案，且能夠?qū)崿F(xiàn)最大化氫氣泄漏工況覆蓋率、最小化氫氣泄漏檢測時間和最小化氫氣泄漏致災(zāi)后果的目標，提升了典型氫能場景下的安全性與智能化水平。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個或多個實施例提供了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法。

4、一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，包括以下步驟：

5、對氫能應(yīng)用場景下多種氫氣泄漏工況的氫氣濃度場進行模擬；

6、構(gòu)建氫氣傳感器布局方案的可行域；

7、基于氫氣傳感器布局方案的可行域，構(gòu)建強化學(xué)習(xí)智能體；將多種氫氣泄漏工況的氫能應(yīng)用場景視為環(huán)境，以最大化氫氣泄漏工況覆蓋率、最小化氫氣泄漏檢測時間和最小化氫氣泄漏致災(zāi)后果為目標，通過智能體與環(huán)境的不斷交互，得到最優(yōu)的氫氣傳感器布局方案。

8、本發(fā)明第二方面提供了一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局系統(tǒng)。

9、一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局系統(tǒng)，包括：

10、氫氣泄露模擬模塊，被配置為：對氫能應(yīng)用場景下多種氫氣泄漏工況的氫氣濃度場進行模擬；

11、可行域構(gòu)建模塊，被配置為：構(gòu)建氫氣傳感器布局方案的可行域；

12、強化學(xué)習(xí)模塊，被配置為：基于氫氣傳感器布局方案的可行域，構(gòu)建強化學(xué)習(xí)智能體；將多種氫氣泄漏工況的氫能應(yīng)用場景視為環(huán)境，以最大化氫氣泄漏工況覆蓋率、最小化氫氣泄漏檢測時間和最小化氫氣泄漏致災(zāi)后果為目標，通過智能體與環(huán)境的不斷交互，得到最優(yōu)的氫氣傳感器布局方案。

13、本發(fā)明第三方面提供了計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法中的步驟。

14、本發(fā)明第四方面提供了電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法中的步驟。

15、以上一個或多個技術(shù)方案存在以下有益效果：

16、本發(fā)明提供了一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法及系統(tǒng)，首先基于計算流體力學(xué)(computational?fluid?dynamics，cfd)技術(shù)構(gòu)建典型氫能應(yīng)用場景的三維模型，針對不同氫氣泄漏工況，采用專業(yè)cfd軟件進行氫氣泄漏擴散路徑進行仿真模擬。然后，構(gòu)建基于強化學(xué)習(xí)的優(yōu)化算法，以最大化氫氣泄漏工況覆蓋率、最小化氫氣泄漏檢測時間和最小化氫氣泄漏致災(zāi)后果為目標，通過與包含盡可能多泄漏工況的氫氣泄漏模擬環(huán)境的交互，得到最佳的氫氣傳感器敷設(shè)方案。最后，根據(jù)優(yōu)化的傳感器敷設(shè)方案，采購氫氣傳感器并進行現(xiàn)場施工。

17、本發(fā)明從最大化氫氣泄漏工況覆蓋率、最小化氫氣泄漏檢測時間和最小化氫氣泄漏致災(zāi)后果的角度，通過強化學(xué)習(xí)得到最優(yōu)的氫氣傳感器布局方案，包括每一個氫氣傳感器的檢測技術(shù)、檢測上限、檢測下限、響應(yīng)時間、報警閾值以及敷設(shè)位置，提升了典型氫能場景下的安全性與智能化水平。

18、本發(fā)明提供的優(yōu)化布局方法不需要依賴于專家經(jīng)驗，而是根據(jù)科學(xué)計算獲得最優(yōu)的氫氣傳感器敷設(shè)方案，更加客觀準確。

19、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，對氫能場景下多種氫氣泄漏工況的氫氣濃度場進行模擬，包括：

3.如權(quán)利要求2所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，針對不同氫氣泄漏工況，對氫氣泄漏擴散路徑進行仿真模擬，并計算不同氫氣泄漏工況的氫氣濃度場數(shù)據(jù)，包括：

4.如權(quán)利要求1所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，所述氫氣傳感器布局方案的可行域，包括不同氫氣傳感器的檢測技術(shù)、氫氣傳感器參數(shù)以及敷設(shè)時設(shè)定的報警閾值，其中，所述不同氫氣傳感器的檢測技術(shù)包括電化學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)以及原子團簇束流技術(shù)，所述氫氣傳感器參數(shù)包括檢測上限、檢測下限和響應(yīng)時間。

5.如權(quán)利要求1所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，基于氫氣傳感器布局方案的可行域，構(gòu)建強化學(xué)習(xí)智能體，包括：

6.如權(quán)利要求1所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，通過智能體與環(huán)境的不斷交互，得到最優(yōu)的氫氣傳感器布局方案，包括：

7.如權(quán)利要求1所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，還包括根據(jù)最優(yōu)的氫氣傳感器布局方案購買相應(yīng)的氫氣傳感器并進行敷設(shè)，構(gòu)建氫氣泄漏監(jiān)控系統(tǒng)。

8.一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法中的步驟。

10.電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項所述的基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法中的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種基于強化學(xué)習(xí)的氫氣傳感器優(yōu)化布局方法及系統(tǒng)，涉及傳感器布局技術(shù)領(lǐng)域。包括對氫能應(yīng)用場景下多種氫氣泄漏工況的氫氣濃度場進行模擬；構(gòu)建氫氣傳感器布局方案的可行域；基于氫氣傳感器布局方案的可行域，構(gòu)建強化學(xué)習(xí)智能體；將多種氫氣泄漏工況的氫能應(yīng)用場景視為環(huán)境，以最大化氫氣泄漏工況覆蓋率、最小化氫氣泄漏檢測時間和最小化氫氣泄漏致災(zāi)后果為目標，通過智能體與環(huán)境的不斷交互，得到最優(yōu)的氫氣傳感器布局方案。本發(fā)明根據(jù)科學(xué)計算獲得最優(yōu)的氫氣傳感器敷設(shè)方案，且能夠?qū)崿F(xiàn)最大化氫氣泄漏工況覆蓋率、最小化氫氣泄漏檢測時間和最小化氫氣泄漏致災(zāi)后果的目標，提升了典型氫能場景下的安全性與智能化水平。

技術(shù)研發(fā)人員：孫波,張輝,王曉鵬,李雪芳
受保護的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19