基于人工智能算法的壓縮機廠房綜合安全監測系統

［關鍵詞］人工智能；紅外檢測；泄漏

1 概述

焦爐煤氣壓縮機作為工業中的重要組成部分，其穩定與高效運轉關乎整體生產流程，因此，其巡視工作至關重要。然而，目前的傳統人工巡檢方式，不僅浪費了人力資源，而且檢測結果通常缺乏直觀性和準確性，給巡檢人員的安全也帶來了不小的隱患。因此，需要一種更加高效、準確且安全的檢測手段來改進現有的巡視方式。

在此背景下，開發一款融合紅外測溫與可視化氣體管路泄漏監測的先進平臺及裝置，對于實現無人值守與遠程監控具有重要意義。這款技術的核心，匯聚了完全自主的聲學計算、邊緣計算、分布式存儲、傳感器接入及加密等尖端物聯網技術。

2 焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統設計

焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統以焦爐煤氣壓縮機組廠房內設備運轉產生的噪聲，以及管路、閥門等氣體泄漏噪聲為監測對象，以非接觸式、網絡化聲學及熱成像為主要信息獲取手段，基于聲場傳播的全息特性，利用自適應濾波技術、現代譜分析、統計信號分析等分析方法，構造以時域、空域、頻域為基礎的多維聲學特征。利用煤氣壓縮機組機房內出現氣體泄漏前后的聲學特征差異，實現氣體泄漏的檢測。

依據工作流程的多樣性，系統可大致劃分為傳感端、信息處理平臺及顯控端這三大板塊。焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統的工作流程如圖1所示。

傳感端采集并傳輸寬帶聲學數據，將焦爐煤氣壓縮機組的聲學數據上傳至信息處理平臺。這套焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統，采用了創新的分布式、網絡化聲學傳感器布署方案。

信息處理平臺在系統實現泄漏檢測的功能上起著核心作用的系統組件。針對焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏問題，聲學監測系統采用聲光聯合信號處理的方式，結合自適應降噪技術和干擾抑制技術，對采集到的聲學信號進行深度挖掘和優化處理。目的是突出并增強與泄漏相關的有用聲場信息，同時有效抑制背景噪聲和其他無關干擾，提高信號的信噪比，確保泄漏事件能夠被精準、穩定地檢測到。

空時聯合處理技術和自適應感知技術的應用，使得系統具備了對未知異常聲學信號和微弱聲學信號的強大檢測與提取能力。這些技術能夠在多維數據特征空間中構造出基于時域、空域及頻域的立體監測網絡，通過對海量聲學數據的深度學習與模式識別，精確鎖定并分析出可能存在的泄漏源位置及程度。

在焦爐煤氣壓縮機組運行噪聲的數據分析與建模過程中，通過聲學特征的統計分析，提取出聲場傳播全息特性的關鍵數據，形成特征譜。接著在時域、頻域及空域3個維度上進行細致的統計分析，以全面理解聲學特征在不同工況下的表現。時域統計包括均值、方差、峰值等參數的計算；頻域統計則關注頻率成分的分布、能量密度等特性；空域統計則涉及聲源位置、傳播路徑等因素對噪聲的影響。

顯控端作為人機交互的核心載體，其主要功能是實時接收并處理來自焦爐煤氣壓縮機組等關鍵設備的各種運行參數與狀態信息，通過直觀易用的界面展示給操作人員，以便于其能夠迅速了解和掌握設備的運行狀況。當系統檢測到可能存在泄漏風險并觸發報警機制時，顯控端會迅速響應，通過系統軟件以醒目的方式向使用者展示詳細的報警內容，包括泄漏部位、泄漏程度及可能存在的安全隱患等信息，從而確保操作人員能夠第一時間察覺并采取相應的應急措施。

3 系統組成

3.1 系統硬件

3.1.1 防爆紅外聲學成像儀

防爆紅外聲學成像儀由防爆聲學成像儀、防爆紅外成像儀、防爆云臺3部分組成。

防爆聲學成像儀用于監測焦爐煤氣壓縮機房內的聲學信號，氣體泄漏信號一般處于超聲頻段范圍，具有中心頻率高、頻段范圍寬、信號強度差異大的特點。

防爆紅外成像儀用于監測焦爐煤氣壓縮機的實時溫度，采用高分辨率384×288像素，測溫范圍–20～+550℃。

防爆云臺支持水平連續轉動360°垂直轉動+90°～–90°，支持128個預置點。

3.1.2 防爆控制箱

防爆控制箱是聲學傳感器的供電和信號信息傳輸的中轉節點，同時負責實現千兆以太網驅動。

3.1.3 客戶端計算機

客戶端計算機是系統指定用戶登錄主服務器的端口。用戶利用客戶端計算機瀏覽查詢軟件運行信息，對軟件進行操作。同時，系統通過客戶端計算機向用戶顯示系統監控信息和報警信息。

3.2 系統軟件

焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統軟件依據系統的工作流程，采用模塊化設計的方法，將系統的功能分成若干模塊。系統軟件的主要模塊包括：數據傳輸控制模塊、泄漏狀態判定模塊、系統配置模塊、文件管理模塊與用戶界面模塊。

3.2.1 數據傳輸控制模塊

該模塊對接數據采集系統網絡傳輸協議，可實現多通道聲學傳感器信號的實時接收，對接收的數據進行解包、重排，放入原始數據隊列，可對原始數據進行排列、分幀，以便后續分析處理。

3.2.2 泄漏狀態判定模塊

該模塊將聲像圖與陣列上配裝的攝像頭所拍的視頻圖像以透明的形式疊合在一起，形成了一個直觀且易于分析的聲場。

3.2.3 系統配置模塊

配置系統參數能夠對系統中采集、分析的參數進行動態調整。

3.2.4 文件管理模塊

該模塊主要用來實現監測過程中各類數據的保存、回放，用戶可瀏覽指定時間段內所有異常信息。

3.2.5 用戶界面模塊

該模塊為用戶提供交互式操作界面，提供各類數據的可視化顯示窗口與模式，實時顯示陣列采集時域信號、頻譜。當氣體泄漏發聲時，可顯示報警信息。

3.3 系統布置

焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統是一種先進的網絡式在線監測系統，旨在實時、準確地檢測和預警焦爐煤氣壓縮機組在運行過程中可能出現的任何微小氣體泄漏情況。該系統的傳感端設備配置了高性能的聲學傳感器，這種傳感器對氣體泄漏產生的聲波變化具有極高的敏感度和分辨率，能夠及時捕捉并轉化成電信號，實現對泄漏情況的初步感知。

每個聲學傳感器都配備了精密的傳輸控制模塊，確保采集到的信號穩定、無損地傳輸至系統服務器進行分析處理。為了適應不同規模和復雜程度的焦爐煤氣壓縮機組監測需求，系統采用了分布式布署的方式，根據被監測對象的具體地理位置、設備布局及泄漏風險點分布情況，靈活地設置多個傳感端設備，確保監測無死角，數據采集全面準確。

系統的服務器和分析軟件則集中布署在用戶提供的集控室內，通過運用先進的信號處理技術和模式識別算法，對匯集而來的海量數據進行實時分析，快速識別出可能存在的氣體泄漏事件，并生成詳細的報警信息。這種方式不僅提高了數據處理效率，也便于管理人員迅速作出應對措施。

3.4 測試依據

焦爐煤氣壓縮機廠房不僅存在著嚴重的噪聲污染問題，而且由于設備運行過程中產生的大量熱量，使得內部溫度極高。在這樣的環境下，對任何監測設備的性能都提出了極高的要求。為了確保設備的安全、穩定和高效運行，以及時發現并解決潛在的安全隱患，所需要的在線監測設備必須具備高度的靈敏度和穩定性，還要具備屏蔽現場噪聲和耐高溫的特殊功能。

經過嚴格的現場測試，防爆紅外聲學成像儀表現出了卓越的性能和適應性，完全滿足焦爐煤氣壓縮機廠房的特殊需求。這款成像儀采用了先進的聲學濾波技術，能夠有效屏蔽環境中的各種噪聲干擾，確保監測數據的準確性和可靠性。

4 結論

焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統是一種先進的監測技術，旨在實時檢測焦爐煤氣壓縮機組廠房內設備運轉過程中產生的噪聲，以及管路、閥門等可能出現的氣體泄漏噪聲。該系統采用非接觸式、網絡化的聲學及熱成像技術手段，可全面獲取設備運行狀態和周圍環境信息。其具體優勢如下。

（1）利用聲場傳播的全息特性，能精確記錄和分析聲音在空間中的傳播規律。結合自適應濾波技術、現代譜分析、統計信號分析等先進的分析方法，系統能從時域、空域、頻域等多個維度提取聲學特征，這些特征成為判斷設備狀態和氣體泄漏的重要依據。

（2）焦爐煤氣壓縮機組氣體泄漏聲學監測系統可實現監測數據查詢，可對任意時間段的歷史數據進行查詢；可實現監測數據的實時存儲；可實現對氣體泄漏事件的自動報警，實現泄漏現場報警與實現主控室或調度室的遠程同步報警；支持局域網互聯，以組成更大監控系統，與用戶單位的上位監控系統對接。