本發(fā)明涉及供熱系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域，特別涉及一種基于人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供熱系統(tǒng)故障診斷方法。

背景技術(shù)：

1、全球氣候變化和能源危機(jī)敦促各國加速能源轉(zhuǎn)型，減少對(duì)化石燃料的依賴，推動(dòng)可持續(xù)能源的應(yīng)用變得尤為重要。為了達(dá)成這些目標(biāo)，國家在工業(yè)、建筑、交通等多個(gè)領(lǐng)域?qū)嵤┝斯?jié)能措施，而供熱系統(tǒng)作為能源消耗的重要組成部分，尤其在北方寒冷地區(qū)，監(jiān)督其安全正常運(yùn)行，防止能源浪費(fèi)，成為重要的節(jié)能任務(wù)。供熱系統(tǒng)由多種設(shè)備構(gòu)成，各設(shè)備在供暖過程中均發(fā)揮著重要作用。鍋爐、散熱器、熱交換器及循環(huán)泵等核心設(shè)備保障熱量的產(chǎn)生與傳遞，溫控器、壓力控制器等控制設(shè)備則確保系統(tǒng)在不同工況下的高效穩(wěn)定運(yùn)行。供熱系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)部高度關(guān)聯(lián)，任何設(shè)備的變化都會(huì)引發(fā)整體系統(tǒng)的波動(dòng)，尤其是因溫度變化導(dǎo)致的系統(tǒng)反應(yīng)尤為顯著。溫度過高或過低都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行、安全性、能源效率及用戶舒適性產(chǎn)生負(fù)面影響。溫度過高易導(dǎo)致設(shè)備損壞、能源浪費(fèi)和安全隱患，溫度過低則可能引發(fā)供暖不足、系統(tǒng)結(jié)冰和腐蝕等問題。因此，維持供熱系統(tǒng)溫度在合理范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，不僅能確保居住環(huán)境的舒適性，還能提升系統(tǒng)效率，防止能源浪費(fèi)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

2、目前的供熱系統(tǒng)故障檢測(cè)主要依賴傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但是傳感器需要定期維護(hù)和定期校準(zhǔn)，同時(shí)還會(huì)由于環(huán)境的變化導(dǎo)致傳感器不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致供熱系統(tǒng)故障檢測(cè)準(zhǔn)確率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有供熱系統(tǒng)故障檢測(cè)方法還存在故障檢測(cè)準(zhǔn)確率低的問題，而提出了一種基于人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供熱系統(tǒng)故障診斷方法。

2、一種基于人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供熱系統(tǒng)故障診斷方法具體過程為：

3、s1、獲取待診斷供熱設(shè)備圖像，將待診斷供熱設(shè)備圖像輸入到供熱設(shè)備識(shí)別模型中，獲得待診斷供熱設(shè)備圖像中供熱設(shè)備目標(biāo)檢測(cè)框位置和供熱設(shè)備類型；

4、s2、利用紅外探測(cè)器掃描待診斷供熱設(shè)備，獲得待診斷供熱設(shè)備熱圖像；

5、s3、將s1獲得的待診斷供熱設(shè)備圖像中供熱設(shè)備目標(biāo)檢測(cè)框位置映射到s3獲得的待診斷供熱設(shè)備熱圖像中，獲得熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框中心坐標(biāo)、熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框?qū)挾扰c熱圖像整體寬度的比值、熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框高度與熱圖像整體高度的比值，進(jìn)而獲得熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍；

6、s4、利用熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中平均溫度判斷待診斷供熱設(shè)備是否出現(xiàn)異常，若出現(xiàn)異常則進(jìn)行報(bào)警，否則，直接結(jié)束檢測(cè)。

7、進(jìn)一步地，所述s1中的供熱設(shè)備識(shí)別模型，通過以下方式獲得：

8、步驟一、獲取供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像并對(duì)供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，利用預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像組成數(shù)據(jù)集，然后將數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集：

9、步驟一一、獲取供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像；

10、步驟一二、對(duì)供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，獲得預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像；

11、步驟一三、獲取預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像中目標(biāo)檢測(cè)框位置，將供熱系統(tǒng)設(shè)備類型作為預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像的標(biāo)簽，將預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像、帶有目標(biāo)檢測(cè)框位置的預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像和標(biāo)簽組成數(shù)據(jù)集，并將數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集；

12、所述供熱系統(tǒng)設(shè)備類型包括：鍋爐圖像、散熱器圖像、熱交換器圖像、循環(huán)泵圖像；

13、步驟二、利用訓(xùn)練集訓(xùn)練設(shè)備識(shí)別網(wǎng)絡(luò)，利用測(cè)試集和驗(yàn)證集對(duì)訓(xùn)練好的設(shè)備識(shí)別網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證并測(cè)試，最終獲得供熱設(shè)備識(shí)別模型。

14、進(jìn)一步地，所述步驟一二中的對(duì)供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，具體為：

15、首先，對(duì)供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)；

16、然后，對(duì)數(shù)據(jù)增強(qiáng)后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像采用雙線性插值進(jìn)行圖像縮放，獲得預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像。

17、進(jìn)一步地，所述設(shè)備識(shí)別網(wǎng)絡(luò)包括：第1卷積模塊、第2卷積模塊、第一c2f_add模塊、第二c2f_add模塊、第3卷積模塊、第三c2f_add模塊、第四c2f_add模塊、第五c2f_add模塊、第六c2f_add模塊、第一scdown模塊、第七c2f_add模塊、第八c2f_add模塊、第九c2f_add模塊、第十c2f_add模塊、第二scdown模塊、第三scdown模塊、第四scdown模塊、第五scdown模塊、第六scdown模塊、第七scdown模塊、第八scdown模塊、第一c2fcib_add模塊、sppf模塊、psa模塊、第一upsample模塊、第一拼接模塊、第一c2f模塊、第二upsample模塊、第二拼接模塊、第二c2f模塊、第三c2f模塊、第4卷積模塊、第三拼接模塊、第二c2fcib_add模塊、第三c2fcib_add模塊、第九scdown模塊、第四拼接模塊、第三c2fcib_add模塊、第四c2fcib_add模塊、頭部模塊、結(jié)果輸出模塊；

18、所述第1卷積模塊包括：第一卷積層、第一批歸一化層、第一激活函數(shù)層；第1卷積模塊的輸入為預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像；

19、所述第一卷積層為卷積核大小為3×3的卷積層；第一卷積層的輸入為預(yù)處理后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像；

20、所述第一批歸歸一化層的輸入為第一卷積層的輸出；

21、所述第一激活函數(shù)層為silu激活函數(shù)，第一激活函數(shù)層的輸入為第一批歸一化層的輸出；

22、所述第2卷積模塊包括：第二卷積層、第二批歸一化層、第二激活函數(shù)層；第2卷積模塊的輸入為第1卷積模塊的輸出；

23、所述第二卷積層為卷積核大小為3×3的卷積層；

24、所述第二批歸一化層的輸入為第二卷積層的輸出；

25、所述第二激活函數(shù)層為silu激活函數(shù)，第二激活函數(shù)層的輸入為第二批歸一化層的輸出；

26、所述第一c2f_add模塊的輸入為第2卷積模塊的輸出；

27、所述第二c2f_add模塊的輸入為第一c2f_add模塊的輸出；

28、所述第3卷積模塊包括：第三卷積層、第三批歸一化層、第三激活函數(shù)層；第3卷積模塊輸入為第二c2f_add模塊的輸出；

29、所述第三卷積層為卷積核大小為3×3的卷積層；第三卷積層輸入為第二c2f_add模塊的輸出；

30、所述第三批歸一化層的輸入為第三卷積層的輸出；

31、所述第三激活函數(shù)層為silu激活函數(shù)，第三激活函數(shù)層的輸入為第三批歸一化層的輸出；

32、所述第三c2f_add模塊的輸入為3卷積模塊的輸出；

33、所述第四c2f_add模塊的輸入為第三c2f_add模塊的輸出；

34、所述第五c2f_add模塊的輸入為第四c2f_add模塊的輸出；

35、所述第六c2f_add模塊的輸入為第五c2f_add模塊的輸出；

36、所述第一scdown模塊的輸入為第六c2f_add模塊的輸出；

37、所述第七c2f_add模塊的輸入為第一scdown模塊的輸出；

38、所述第八c2f_add模塊的輸入為第七c2f_add模塊的輸出；

39、所述第九c2f_add模塊的輸入為第八c2f_add模塊的輸出；

40、所述第十c2f_add模塊的輸入為第九c2f_add模塊的輸出；

41、所述第二scdown模塊的輸入為第十c2f_add模塊的輸出；

42、所述第三scdown模塊的輸入為第二scdown模塊的輸出；

43、所述第四scdown模塊的輸入為第三scdown模塊的輸出；

44、所述第五scdown模塊的輸入為第四scdown模塊的輸出；

45、所述第六scdown模塊的輸入為第五scdown模塊的輸出；

46、所述第七scdown模塊的輸入為第六scdown模塊的輸出；

47、所述第八scdown模塊的輸入為第七scdown模塊的輸出；

48、所述第一c2fcib_add模塊的輸入為第八scdown模塊的輸出；

49、所述sppf模塊的輸入為第一c2fcib_add模塊的輸出；

50、所述psa模塊的輸入為sppf模塊的輸出；

51、所述第一upsample模塊的輸入為psa模塊的輸出；

52、所述第一拼接模塊用于拼接第一upsample模塊的輸出和第十c2f_add模塊的輸出，獲得第一拼接結(jié)果；

53、所述第一c2f模塊的輸入為第一拼接結(jié)果；

54、所述第二upsample模塊的輸入為第一c2f模塊的輸出；

55、所述第二拼接模塊用于拼接第二upsample模塊的輸出和第六c2f_add模塊的輸出，獲得第二拼接結(jié)果；

56、所述第二c2f模塊的輸入為第二拼接結(jié)果；

57、所述第三c2f模塊的輸入為第二c2f模塊的輸出；第三c2f模塊輸出特征圖x0；

58、所述第4卷積模塊包括：第四卷積層、第四批歸一化層、第四激活函數(shù)層；第4卷積模塊輸入為第三c2f模塊的輸出；

59、所述第四卷積層為卷積核大小為3×3的卷積層；第四卷積層輸入為第三c2f模塊的輸出；

60、所述第四批歸一化層輸入為第四卷積層的輸出；

61、所述第四激活函數(shù)層為silu激活函數(shù)，第四激活函數(shù)層的輸入為第四批歸一化層的輸出；

62、所述第三拼接模塊用于拼接第一c2f模塊的輸出和第4卷積模塊的輸出，獲得第三拼接結(jié)果；

63、所述第二c2fcib_add模塊的輸入為第三拼接模塊的輸出；

64、所述第三c2fcib_add模塊的輸入為第二c2fcib_add模塊的輸出；第三c2fcib_add模塊輸出特征圖x1；

65、所述第九scdown模塊的輸入為第三c2fcib_add模塊的輸出；

66、所述第四拼接模塊用于拼接psa模塊的輸出和第九scdown模塊的輸出，獲得第四拼接結(jié)果；

67、所述第三c2fcib_add模塊的輸入為第四拼接結(jié)果；

68、所述第四c2fcib_add模塊輸入為第三c2fcib_add模塊的輸出；第四c2fcib_add模塊輸出特征圖x2；

69、所述頭部模塊的輸入為特征圖x0、特征圖x1和特征圖x2獲得特征圖圖x'0、特征圖x'1和特征圖x'2；

70、所述結(jié)果輸出模塊用于處理的特征圖x0、處理后的特征圖x1和處理后的特征圖x2獲得帶有目標(biāo)檢測(cè)框位置的供熱系統(tǒng)設(shè)備圖像和供熱設(shè)備類型。

71、進(jìn)一步地，所述頭部模塊包括：特征圖x0處理單元、特征圖x1處理單元、特征圖x2處理單元；

72、所述特征圖x0處理單元包括：第5卷積子單元、第6卷積子單元、第7卷積子單元、第8卷積子單元、第9卷積子單元、第10卷積子單元、第11卷積子單元、第12卷積子單元、第5拼接子單元；特征圖x0處理單元的輸入為特征圖x0；

73、所述第5卷積子單元包括：第五卷積層、第五批歸一化層、第五激活函數(shù)層；

74、所述第五卷積層是卷積核為3×3的卷積層；第五卷積層的輸入為特征圖x0；

75、所述第五批歸一化層的輸入為第五卷積層的輸出；

76、所述第五激活函數(shù)層為silu激活函數(shù)，第五激活函數(shù)層的輸入為第五批歸一化層的輸出；

77、所述第6卷積子單元與第5卷積子單元相同；第6卷積子單元輸入為第5卷積子單元的輸出；

78、所述第7卷積子單元為卷積核為1×1的卷積層；第7卷積子單元的輸入為第6卷積子單元的輸出

79、所述第8卷積子單元與第5卷積子單元相同；第8卷積子單元輸入為特征圖x1；

80、所述第9卷積子單元包括：第九卷積層、第九批歸一化層、第九激活函數(shù)層；第9卷積子單元輸入為第8卷積子單元的輸出；

81、所述第九卷積層是卷積核為1×1的卷積層；第九卷積層的輸入為第8卷積子單元的輸出；

82、所述第九批歸一化層的輸入為第九卷積層的輸出；

83、所述第九激活函數(shù)層為silu激活函數(shù)，第九激活函數(shù)層的輸入為第九批歸一化層的輸出；

84、所述第10卷積子單元與第5卷積子單元相同；第10卷積子單元輸入為第9卷積子單元的輸出；

85、所述第11卷積子單元與第9卷積子單元相同；第11卷積子單元輸入為第10卷積子單元的輸出；

86、所述第12卷積子單元為卷積核為1×1的卷積層；第12卷積子單元的輸入為第11卷積子單元的輸出；

87、所述第5拼接子單元用于拼接第7卷積子單元的輸出和第12卷積子單元的輸出，獲得特征圖x'0；

88、所述特征圖x1處理單元的結(jié)構(gòu)與特征圖x0處理單元的結(jié)構(gòu)相同；所述特征圖x1處理單元的輸入為特征圖x1，輸出為特征圖x'1；

89、所述特征圖x2處理單元的結(jié)構(gòu)與特征圖x0處理單元的結(jié)構(gòu)相同；所述特征圖x2處理單元的輸入為特征圖x2，輸出為特征圖x'2。

90、進(jìn)一步地，所述結(jié)果輸出模塊包括：圖像映射單元、非極大值抑制單元；

91、所述圖像映射單元用于將特征圖x'0、特征圖x'1和特征圖x'2分別縮放到與供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像相同大小后再映射到供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像中，獲得映射特征圖x'0、特征圖x'1和特征圖x'2后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像；

92、所述非極大值抑制單元用于對(duì)映射特征圖x'0、特征圖x'1和特征圖x'2后的供熱系統(tǒng)設(shè)備原始圖像進(jìn)行非極大值抑制處理，獲得帶有目標(biāo)檢測(cè)框位置的供熱系統(tǒng)設(shè)備圖像和供熱設(shè)備類型。

93、進(jìn)一步地，所述s3中的熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框中心坐標(biāo)，通過以下方式獲得：

94、

95、其中，(xheat,yheat)是熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框中心坐標(biāo)，(xnoraml,ynormal)是待診斷供熱設(shè)備圖像中供熱設(shè)備目標(biāo)檢測(cè)框中心坐標(biāo)，wheat是熱圖像寬度，wheat是熱圖像高度，wnormal是待診斷供熱設(shè)備圖像寬度，hnormal是待診斷供熱設(shè)備圖像高度。

96、進(jìn)一步地，所述熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框?qū)挾扰c熱圖像整體寬度的比值，通過以下方式獲得：

97、

98、其中，wheat是熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框?qū)挾扰c熱圖像整體寬度的比值，wnormal是待診斷供熱設(shè)備圖像中供熱設(shè)備目標(biāo)檢測(cè)框?qū)挾扰c待診斷供熱設(shè)備圖像寬度的比值。

99、進(jìn)一步地，所述熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框高度與熱圖像整體高度的比值，具體為：

100、

101、其中，hheat是熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框高度與熱圖像整體高度的比值，hnormal是待診斷供熱設(shè)備圖像中供熱設(shè)備目標(biāo)檢測(cè)框高度與待診斷供熱設(shè)備圖像高度的比值。

102、進(jìn)一步地，所述s4中的利用熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中平均溫度判斷待診斷供熱設(shè)備是否出現(xiàn)異常，若出現(xiàn)異常則進(jìn)行報(bào)警，否則，直接結(jié)束檢測(cè)，具體為：

103、s401、獲取熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中平均溫度，具體為：

104、

105、其中，taver是熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中平均溫度，tj是熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中第j個(gè)像素的溫度值，m是熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中像素總數(shù)，j是熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中像素標(biāo)號(hào)；

106、s402、根據(jù)供熱設(shè)備類型和熱圖像中目標(biāo)檢測(cè)框的范圍中平均溫度判斷待診斷供熱設(shè)備是否出現(xiàn)異常，若出現(xiàn)異常，則進(jìn)行報(bào)警提示；否則，結(jié)束檢測(cè)，具體為：

107、若供熱設(shè)備類型為鍋爐，則當(dāng)70℃≤taver≤90℃表示鍋爐沒有出現(xiàn)供熱故障，結(jié)束檢測(cè)；若taver＜70℃，表示鍋爐溫度過低，發(fā)出鍋爐溫度過低警報(bào)；若taver＞90℃，則表示鍋爐溫度過高，發(fā)出鍋爐溫度過高警報(bào)；

108、若供熱設(shè)備類型為散熱器，則當(dāng)60℃≤taver≤80℃表示散熱器沒有出現(xiàn)供熱故障，結(jié)束檢測(cè)；若taver＜60℃，表示散熱器溫度過低，發(fā)出散熱器溫度過低警報(bào)；若taver＞80℃，則表示散熱器溫度過高，發(fā)出散熱器溫度過高警報(bào)；

109、若供熱設(shè)備類型為熱交換器，則當(dāng)50℃≤taver≤90℃表示熱交換器沒有出現(xiàn)供熱故障，結(jié)束檢測(cè)；若taver＜50℃，表示熱交換器溫度過低，發(fā)出熱交換器溫度過低警報(bào)；若taver＞90℃，則表示熱交換器溫度過高，發(fā)出熱交換器溫度過高警報(bào)；

110、若供熱設(shè)備類型為循環(huán)泵，則當(dāng)30℃≤taver≤60℃表示循環(huán)泵沒有出現(xiàn)供熱故障，結(jié)束檢測(cè)；若taver＜30℃，表示循環(huán)泵溫度過低，發(fā)出循環(huán)泵溫度過低警報(bào)；若taver＞60℃，則表示循環(huán)泵溫度過高，發(fā)出循環(huán)泵溫度過高警報(bào)。

111、本發(fā)明的有益效果為：

112、本發(fā)明采用供熱設(shè)備識(shí)別模型對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，然后結(jié)合熱成像獲得當(dāng)前供熱系統(tǒng)設(shè)備溫度，從而判斷供熱系統(tǒng)中的供熱設(shè)備是否出現(xiàn)故障，提高了對(duì)供熱系統(tǒng)中供熱設(shè)備故障的檢測(cè)速度和準(zhǔn)確度。本發(fā)明對(duì)于供熱系統(tǒng)中的鍋爐，散熱器，熱交換器，循環(huán)泵四種供熱設(shè)備分別進(jìn)行不同的故障預(yù)警，能夠根據(jù)不同供熱設(shè)備的故障針對(duì)性的進(jìn)行供熱調(diào)整。本發(fā)明在檢測(cè)到目標(biāo)供熱設(shè)備后，結(jié)合熱成技術(shù)，實(shí)時(shí)分析設(shè)備溫度并給出相應(yīng)預(yù)警，在減少了能源浪費(fèi)的同時(shí)延長(zhǎng)了設(shè)備壽命。本發(fā)明監(jiān)測(cè)出供熱設(shè)備異常，能夠及時(shí)進(jìn)行供熱設(shè)備異常處理或檢修，避免了由于設(shè)備突然故障而導(dǎo)致停止供暖等問題。