基于多变量时序数据的窨井燃气泄漏预警系统设计

来源：计算机测量与控制杂志2025年第4期北京时间：

作者：杨光,周雨聪,陈凯源,马俊杰,史娜

单位：中北大学 信息与通信工程学院

摘要：针对窨井内燃气泄漏监测问题,单变量阈值法存在的误判率高、响应延迟大等问题,而且单变量的阈值判别未考虑环境因素,更易漏判误判；因此提出了基于多变量时序数据的窨井燃气泄露智能监测与预警系统；利用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)双向时序特征捕捉能力,通过对燃气泄漏相关环境参数的研究,设计了系统的总体架构,通过多个数据采集终端节点定时上传平台数据,可监测到区域内的窨井中燃气环境信息；预警的方法是每个节点采集到的多个传感器的变量时序数据构建数据集,训练可同时输入多变量时序数据的Bi-LSTM网络模型,预测燃气泄漏,实现平台自动预警；经实验通过部署多个终端节点采集甲烷浓度、温度、气压等环境参数,构建多维度时序数据集,训练可多变量输入的网络模型,模型在独立数据集上训练准确率达98.3%,对比单变量阈值方法预警时间提前了48.5分钟(实测均值)；经实际应用可满足工程上的应用,系统具备高环境适应性,可规模化部署于城市窨井场景,较早地发出燃气泄漏预警。

关键词：燃气泄漏;异常检测;Bi-LSTM;多变量时间序列; 预警;

基金资助：山西省科技成果转化引导专项(202304021301028); 中央引导地方科技发展资金(YDZJSX20231A025); 山西重点研发计划项目(202202010101007); 山西省科技成果转化引导专项(202204021301044)