本發(fā)明涉及多氣體快速響應(yīng)探測(cè)與報(bào)警集成方法及系統(tǒng)，屬于氣體探測(cè)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及公共安全保障等眾多領(lǐng)域，多氣體快速響應(yīng)探測(cè)與報(bào)警集成技術(shù)起著關(guān)鍵作用。從化工企業(yè)中對(duì)有毒有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，到城市環(huán)境空氣質(zhì)量的精準(zhǔn)把控，再到公共場(chǎng)所對(duì)易燃易爆氣體的防范，該技術(shù)的優(yōu)劣直接關(guān)聯(lián)著生產(chǎn)安全、環(huán)境質(zhì)量以及公眾生命財(cái)產(chǎn)安全?？焖偾揖珳?zhǔn)地探測(cè)多種氣體，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，能夠有效預(yù)防事故發(fā)生，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)，提升整體防護(hù)水平。

2、目前，多氣體快速響應(yīng)探測(cè)與報(bào)警集成多采用傳統(tǒng)的氣體傳感技術(shù)。這種技術(shù)一般依靠各類氣體傳感器來(lái)采集環(huán)境中的氣體樣本，通過(guò)傳感器的物理或化學(xué)特性變化來(lái)檢測(cè)氣體成分與濃度。隨后，利用數(shù)據(jù)處理算法對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行分析與解讀，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)和模型來(lái)判斷是否存在危險(xiǎn)氣體以及氣體濃度是否超標(biāo)，進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。但實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的氣體環(huán)境極為復(fù)雜，常常出現(xiàn)多種氣體混合、濃度動(dòng)態(tài)變化、環(huán)境溫濕度波動(dòng)以及其他干擾因素等情況。在面對(duì)如此復(fù)雜的環(huán)境時(shí)，傳統(tǒng)氣體傳感技術(shù)由于其固定的檢測(cè)模型和相對(duì)單一的響應(yīng)方式，難以靈活適應(yīng)多變的氣體環(huán)境，致使對(duì)復(fù)雜多氣體場(chǎng)景的探測(cè)與報(bào)警準(zhǔn)確性大打折扣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在本發(fā)明提供多氣體快速響應(yīng)探測(cè)與報(bào)警集成方法及系統(tǒng)，其主要目的在于提高復(fù)雜多氣體場(chǎng)景的探測(cè)與報(bào)警準(zhǔn)確性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的多氣體快速響應(yīng)探測(cè)與報(bào)警集成方法，包括：

3、獲取多氣體區(qū)域的空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)，基于所述空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行激光探測(cè)陣列部署，得到部署好的激光探測(cè)陣列，利用所述部署好的激光探測(cè)陣列采集所述多氣體區(qū)域的氣體樣本，利用所述氣體樣本分析所述多氣體區(qū)域的氣體吸收指紋動(dòng)態(tài)，得到氣體能級(jí)躍遷特征；

4、對(duì)所述氣體能級(jí)躍遷特征進(jìn)行量子特征映射，得到增強(qiáng)特征，利用所述增強(qiáng)特征，對(duì)所述氣體樣本進(jìn)行混合氣體解耦，得到獨(dú)立氣體吸收譜線，利用所述獨(dú)立氣體吸收譜線，分析所述多氣體區(qū)域的獨(dú)立氣體濃度，利用所述獨(dú)立氣體濃度，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行第一風(fēng)險(xiǎn)分析，得到第一風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告；

5、利用訓(xùn)練好的量子圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合所述獨(dú)立氣體吸收譜線，分析所述多氣體區(qū)域的氣體作用狀況，得到氣體作用數(shù)據(jù)，利用所述氣體作用數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的氣體混合濃度矩陣；

6、構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的神經(jīng)輻射場(chǎng)，利用所述神經(jīng)輻射場(chǎng)和所述氣體混合濃度矩陣，構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的氣體動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型，利用所述氣體動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行第二風(fēng)險(xiǎn)分析，得到第二風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，基于所述第二風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告和所述第一風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。

7、可選的，所述基于所述空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行激光探測(cè)陣列部署，得到部署好的激光探測(cè)陣列，包括：

8、基于所述空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)，識(shí)別所述多氣體區(qū)域的區(qū)域大小和區(qū)域形狀，得到區(qū)域格局信息；

9、基于所述區(qū)域格局信息，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)絡(luò)劃分，得到區(qū)域網(wǎng)格；

10、對(duì)所述區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行探測(cè)設(shè)備部署，得到設(shè)備部署區(qū)域；

11、構(gòu)建所述設(shè)備部署區(qū)域的探測(cè)陣列網(wǎng)絡(luò)；

12、對(duì)所述探測(cè)陣列網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備調(diào)試后，得到部署好的激光探測(cè)陣列。

13、可選的，所述利用所述氣體樣本分析所述多氣體區(qū)域的氣體吸收指紋動(dòng)態(tài)，得到氣體能級(jí)躍遷特征，包括：

14、查詢所述多氣體區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)；

15、基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)所述多氣體區(qū)域中預(yù)配置的光譜測(cè)量?jī)x進(jìn)行儀器參數(shù)調(diào)整，得到目標(biāo)光譜測(cè)量?jī)x；

16、利用所述目標(biāo)光譜測(cè)量?jī)x檢測(cè)所述氣體樣本的吸收光譜；

17、對(duì)所述氣體光譜進(jìn)行小波變換降噪處理，得到目標(biāo)光譜；

18、利用所述目標(biāo)光譜分析所述多氣體區(qū)域的氣體吸收指紋動(dòng)態(tài)，得到氣體能級(jí)躍遷特征。

19、可選的，所述利用所述增強(qiáng)特征，對(duì)所述氣體樣本進(jìn)行混合氣體解耦，得到獨(dú)立氣體吸收譜線，包括：

20、對(duì)所述增強(qiáng)特征進(jìn)行量子態(tài)振幅編碼，得到量子編碼特征；

21、對(duì)所述量子編碼特征進(jìn)行量子卷積核濾波操作，得到卷積量子態(tài)；

22、對(duì)所述卷積量子態(tài)進(jìn)行混合注意力調(diào)制，得到增強(qiáng)量子態(tài)；

23、基于所述增強(qiáng)量子態(tài)，對(duì)所述氣體樣本進(jìn)行變分量子本征求解，得到解耦本征態(tài)；

24、對(duì)所述解耦本征態(tài)進(jìn)行稀疏恢復(fù)，得到獨(dú)立氣體吸收譜線。

25、可選的，所述利用所述獨(dú)立氣體吸收譜線，分析所述多氣體區(qū)域的獨(dú)立氣體濃度，包括：

26、對(duì)所述獨(dú)立氣體吸收譜線進(jìn)行基線校正，得到基線校正譜線；

27、對(duì)所述基線校正譜線進(jìn)行三階特征提取，得到特征向量；

28、對(duì)所述特征向量進(jìn)行支持向量回歸操作，以對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行濃度映射，得到預(yù)測(cè)氣體濃度；

29、對(duì)所述預(yù)測(cè)氣體濃度進(jìn)行溫壓濕耦合校正，得到校正濃度；

30、對(duì)所述校正濃度進(jìn)行交叉驗(yàn)證，以確定所述多氣體區(qū)域的獨(dú)立氣體濃度。

31、可選的，所述利用所述獨(dú)立氣體濃度，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行第一風(fēng)險(xiǎn)分析，得到第一風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，包括：

32、構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的毒性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及氣體擴(kuò)散影響指標(biāo)，得到多維風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；

33、利用所述獨(dú)立氣體濃度，對(duì)所述多維風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行指標(biāo)量化，得到量化指標(biāo)；

34、基于所述量化指標(biāo)，利用下述公式計(jì)算所述多氣體區(qū)域的綜合風(fēng)險(xiǎn)值：

35、；

36、其中，表示綜合風(fēng)險(xiǎn)值，n表示所述多氣體區(qū)域的有毒氣體的種類數(shù)，m表示易燃易爆氣體的種類數(shù)，表示第?i?種有毒氣體的毒性權(quán)重系數(shù)，表示第?j?種易燃易爆氣體的易燃易爆權(quán)重系數(shù)，表示為擴(kuò)散影響權(quán)重系數(shù)，表示量化指標(biāo)中的毒性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，表示量化指標(biāo)中的易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，表示量化指標(biāo)中的氣體擴(kuò)散影響指標(biāo)；

37、基于所述綜合風(fēng)險(xiǎn)值，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行第一風(fēng)險(xiǎn)分析，得到第一風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告。

38、可選的，所述利用訓(xùn)練好的量子圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合所述獨(dú)立氣體吸收譜線，分析所述多氣體區(qū)域的氣體作用狀況，得到氣體作用數(shù)據(jù)，包括：

39、利用所述訓(xùn)練好的量子圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提取所述獨(dú)立氣體吸收譜線的吸收特征；

40、基于所述吸收特征，利用所述訓(xùn)練好的量子圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建所述獨(dú)立氣體吸收譜線的分子圖；

41、對(duì)所述分子圖進(jìn)行量子編碼，得到量子圖態(tài)；

42、對(duì)所述子圖態(tài)進(jìn)行注意力調(diào)節(jié)，得到增強(qiáng)量子圖；

43、對(duì)所述增強(qiáng)量子圖進(jìn)行多物理量測(cè)量，得到作用能數(shù)據(jù)；

44、基于所述作用能數(shù)據(jù)，分析所述多氣體區(qū)域的氣體作用狀況，得到氣體作用數(shù)據(jù)。

45、可選的，所述利用所述氣體作用數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的氣體混合濃度矩陣，包括：

46、提取所述氣體作用數(shù)據(jù)中的區(qū)域幾何數(shù)據(jù)；

47、查詢所述多氣體區(qū)域的傳感器位置；

48、對(duì)所述區(qū)域幾何數(shù)據(jù)和所述傳感器位置進(jìn)行空間離散化操作，得到網(wǎng)格索引矩陣和鄰接矩陣；

49、對(duì)所述網(wǎng)格索引矩陣和所述鄰接矩陣進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合建模，得到微分方程組；

50、對(duì)所述微分方程組進(jìn)行離散處理，得到線性系統(tǒng)；

51、對(duì)所述線性系統(tǒng)進(jìn)行迭代求解，得到時(shí)空濃度張量；

52、基于所述時(shí)空濃度張量構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的氣體混合濃度矩陣。

53、可選的，所述利用所述神經(jīng)輻射場(chǎng)和所述氣體混合濃度矩陣，構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的氣體動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型，包括：

54、對(duì)所述神經(jīng)輻射場(chǎng)進(jìn)行時(shí)空拓展，得到動(dòng)態(tài)神經(jīng)輻射場(chǎng)模型；

55、對(duì)所述氣體混合濃度矩陣進(jìn)行光學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換，得到時(shí)空光學(xué)場(chǎng)；

56、對(duì)所述動(dòng)態(tài)神經(jīng)輻射場(chǎng)模型和所述時(shí)空光學(xué)場(chǎng)進(jìn)行物理約束訓(xùn)練，得到訓(xùn)練視覺(jué)模型；

57、對(duì)所述訓(xùn)練視覺(jué)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，得到關(guān)于所述多氣體區(qū)域的氣體動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型。

58、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供多氣體快速響應(yīng)探測(cè)與報(bào)警集成系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

59、氣體特征分析模塊，用于獲取多氣體區(qū)域的空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)，基于所述空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行激光探測(cè)陣列部署，得到部署好的激光探測(cè)陣列，利用所述部署好的激光探測(cè)陣列采集所述多氣體區(qū)域的氣體樣本，利用所述氣體樣本分析所述多氣體區(qū)域的氣體吸收指紋動(dòng)態(tài)，得到氣體能級(jí)躍遷特征；

60、第一風(fēng)險(xiǎn)分析模塊，用于對(duì)所述氣體能級(jí)躍遷特征進(jìn)行量子特征映射，得到增強(qiáng)特征，利用所述增強(qiáng)特征，對(duì)所述氣體樣本進(jìn)行混合氣體解耦，得到獨(dú)立氣體吸收譜線，利用所述獨(dú)立氣體吸收譜線，分析所述多氣體區(qū)域的獨(dú)立氣體濃度，利用所述獨(dú)立氣體濃度，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行第一風(fēng)險(xiǎn)分析，得到第一風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告；

61、氣體混合分析模塊，用于利用訓(xùn)練好的量子圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合所述獨(dú)立氣體吸收譜線，分析所述多氣體區(qū)域的氣體作用狀況，得到氣體作用數(shù)據(jù)，利用所述氣體作用數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的氣體混合濃度矩陣；

62、實(shí)時(shí)預(yù)警模塊，用于構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的神經(jīng)輻射場(chǎng)，利用所述神經(jīng)輻射場(chǎng)和所述氣體混合濃度矩陣，構(gòu)建所述多氣體區(qū)域的氣體動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型，利用所述氣體動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行第二風(fēng)險(xiǎn)分析，得到第二風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，基于所述第二風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告和所述第一風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，對(duì)所述多氣體區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。

63、相比于背景技術(shù)所述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)獲取多氣體區(qū)域的空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)部署激光探測(cè)陣列采集氣體樣本，進(jìn)而分析氣體吸收指紋動(dòng)態(tài)得到氣體能級(jí)躍遷特征，明確了多氣體區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)和氣體特性，為后續(xù)分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；進(jìn)一步的，本發(fā)明通過(guò)對(duì)氣體能級(jí)躍遷特征進(jìn)行量子特征映射等操作，及解耦混合氣體得到獨(dú)立氣體吸收譜線，以及分析獨(dú)立氣體濃度并進(jìn)行第一風(fēng)險(xiǎn)分析得到第一風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，可以對(duì)原始特征進(jìn)行增強(qiáng)與拓展，以更全面，深入地識(shí)別氣體分子的量子態(tài)特性，從而了解當(dāng)前區(qū)域面臨的風(fēng)險(xiǎn)程度和類型，以便于用戶及時(shí)做出決策，如是否需要加強(qiáng)通風(fēng)、疏散人員、采取應(yīng)急處理措施等，有助于提前防范事故發(fā)生，保障人員生命安全；進(jìn)一步的，本發(fā)明通過(guò)分析氣體作用狀況，以構(gòu)建氣體混合濃度矩陣，并再構(gòu)建神經(jīng)輻射場(chǎng)并結(jié)合矩陣構(gòu)建氣體動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型，進(jìn)行第二風(fēng)險(xiǎn)分析得到第二風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告可以分析出多氣體區(qū)域中各種氣體之間的相互作用狀況，例如氣體分子之間的碰撞、能量轉(zhuǎn)移及化學(xué)反應(yīng)等，進(jìn)而了解氣體之間的微觀作用機(jī)制，并為多氣體區(qū)域的研究提供了一種簡(jiǎn)潔而有效的數(shù)學(xué)描述方式；更進(jìn)一步的，本發(fā)明通過(guò)基于第一和第二風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告對(duì)多氣體區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警可以在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生或加劇之前，及時(shí)提醒相關(guān)人員采取相應(yīng)措施，避免事故的發(fā)生或減少事故造成的損失，從而提高復(fù)雜多氣體場(chǎng)景的探測(cè)與報(bào)警準(zhǔn)確性。