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基于GRU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有毒氣體擴散預(yù)測方法

信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全

陳立，陳賢富

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 微電子學(xué)院，安徽合肥230027)

摘要： 有毒氣體的擴散預(yù)測在應(yīng)急響應(yīng)中起著重要作用。現(xiàn)有的計算流體力學(xué)(CFD)方法存在計算耗時長等問題，無法快速進(jìn)行毒害氣體擴散預(yù)測。提出了一種利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行有毒氣體擴散預(yù)測的方法。根據(jù)有毒氣體擴散原理，設(shè)計基于GRU的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)快速、有效的氣體擴散濃度的預(yù)測。將本文的方法在經(jīng)典的公開數(shù)據(jù)集草原牧場數(shù)據(jù)集上進(jìn)行驗證，實驗結(jié)果表明本文方法可實現(xiàn)較高精度的氣體擴散濃度的預(yù)測，并且優(yōu)于基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的方法。

關(guān)鍵詞： 毒氣擴散濃度預(yù)測 GRU 深度學(xué)習(xí)

中圖分類號： TP18
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2021.04.007
引用格式：陳立，陳賢富. 基于GRU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有毒氣體擴散預(yù)測方法[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2021，40(4)：42-45.

Prediction method of toxic gas diffusion based on gated recycle unit(GRU)

Chen Li，Chen Xianfu

(School of Microelectronics，University of Science and Technology of China，Hefei 230027，China)

Abstract： The prediction of toxic gas diffusion plays an important role in emergency response. Existing computational fluid dynamics(CFD) methods have problems such as time-consuming calculations and cannot quickly predict the diffusion of toxic gases. This paper proposes a method for predicting the diffusion of toxic gases using deep learning technology. According to the principle of toxic gas diffusion, a neural network model based on GRU is designed to realize fast and effective gas diffusion concentration prediction. The method is verified on the classic open data set of grassland and pasture data set. The experimental results show that the method can achieve high-precision gas diffusion concentration prediction and be better than the method based on BP neural network model.

Key words : toxic gas diffusion；concentration prediction；GRU；deep learning

0 引言

近年來，各國經(jīng)常發(fā)生化工廠爆炸事故、危險品倉庫發(fā)生火災(zāi)爆炸等引發(fā)的有毒氣體泄露[1]，嚴(yán)重影響人們的生命財產(chǎn)安全。2018年12月18日，江蘇南通一化工廠設(shè)備爆裂，設(shè)備內(nèi)的氮氣以及氟化氫泄漏，造成作業(yè)人員中毒死亡。2019年中國江蘇鹽城、美國休斯敦的化工廠爆炸均造成了大面積的有毒氣體的泄露。2020年11月9日1，浙江衢州中天東方氟硅材料有限公司發(fā)生火災(zāi)事故，該起火災(zāi)燃燒物質(zhì)主要是氯硅烷，屬于高沸物，燃燒產(chǎn)物有毒。目前被廣泛使用的大氣擴散模型主要分為兩大類，一類是基于數(shù)理計算的，一類是基于機器學(xué)習(xí)的。數(shù)理計算的典型代表有高斯擴散模型[2]、計算流體力學(xué)(CFD)模型等。Mazzoldi[3]用高斯擴散模型模擬二氧化碳運輸和儲存設(shè)施泄漏的情況。高斯擴散模型使用簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式，易于計算，耗時少，但只適用于平坦地形上暢通無阻的氣體流動，在復(fù)雜環(huán)境下的預(yù)測往往不準(zhǔn)確。PONTIGGIA M[4]用CFD模型模擬城市地區(qū)大氣中液化石油氣(LPG)擴散進(jìn)行后果評估。CFD基于有限元計算，能較為精準(zhǔn)地預(yù)測濃度擴散，但計算耗時長。2019年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的程云芳[5]用機器學(xué)習(xí)算法粒子群－支持向量機模型，對苯儲罐泄漏的濃度進(jìn)行了危險位置的短距離預(yù)測。這些方法仍基于傳統(tǒng)的機器學(xué)習(xí)方法。

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作者信息：

陳立，陳賢富

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 微電子學(xué)院，安徽合肥230027)

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