Neural network-based source tracking of chemical leaks with obstacles

计算机科学 粒子群优化 障碍物 人工神经网络 水准点(测量) 数据挖掘 人工智能 卷积神经网络 钥匙(锁) 机器学习 大地测量学 政治学 计算机安全 法学 地理
作者
Qiaoyi Xu,Wenli Du,Jinjin Xu,Jikai Dong
出处
期刊:Chinese Journal of Chemical Engineering [Elsevier]
卷期号:33: 211-220 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.cjche.2020.12.022
摘要

The leakage of hazardous gases poses a significant threat to public security and causes environmental damage. The effective and accurate source term estimation (STE) is necessary when a leakage accident occurs. However, most research generally assumes that no obstacles exist near the leak source, which is inappropriate in practical applications. To solve this problem, we propose two different frameworks to emphasize STE with obstacles based on artificial neural network (ANN) and convolutional neural network (CNN). Firstly, we build a CFD model to simulate the gas diffusion in obstacle scenarios and construct a benchmark dataset. Secondly, we define the structure of ANN by searching, then predict the concentration distribution of gas using the searched model, and optimize source term parameters by particle swarm optimization (PSO) with well-performed cost functions. Thirdly, we propose a one-step STE method based on CNN, which establishes a link between the concentration distribution and the location of obstacles. Finally, we propose a novel data processing method to process sensor data, which maps the concentration information into feature channels. The comprehensive experiments illustrate the performance and efficiency of the proposed methods.
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