(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210799666.2 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 江苏威尔萨芙电气科技有限公司 地址 225127 江苏省扬州市高新 技术产业 开发区开发西路217号 (72)发明人 洪欣　胡凯　 (74)专利代理 机构 江苏长德知识产权代理有限 公司 32478 专利代理师 刘威威 (51)Int.Cl. G01N 33/00(2006.01) G01N 15/06(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种用于分析交通轨道内空气污染分布的 数字孪生系统 (57)摘要 本发明公开了一种用于分析交通轨道内空 气污染分布的数字孪生系统， 涉及交通轨道实验 分析技术领域， 公开了包括采集端、 模拟端、 污染 分布数据预测模型； 采集端包括： 采集风速传感 器、 采集风向传感器、 采集甲醛检测仪、 采集雾霾 气体粉尘传感器、 采集CO2传感器、 采集温湿度传 感器、 采集红外传感器、 接触传感器、 红外相机、 普通相机、 采集中控、 GPS； 通过污染分布数据预 测模型的设置， 计算出了在不同的粉尘输入、 不 同风速风向、 不同的开关门时间的情况下， 知道 粉尘集中在哪里， 哪里密度最高， 从而知道采用 低温等离 子净化器、 空调的进一 步控制方案 。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 115201414 A 2022.10.18 CN 115201414 A 1.一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其特征在于， 包括采集端、 模拟端、 污染分布数据预测模型； 采集端包括： 采集风速传感器、 采集风向传感器、 采集甲醛检测仪、 采集雾霾气体粉尘 传感器、 采集CO2传感器、 采集温湿度传感器、 采集红外传感器、 接触传感器、 红外相机、 普通 相机、 采集中控、 GP S； 模拟端包括： 模拟风速传感器、 模拟风向传感器、 模拟甲醛检测仪、 模拟雾霾气体粉尘 传感器、 模拟CO2传感器、 模拟温湿度传感器、 模拟红外传感器、 模拟中控、 雾霾气体粉尘发 生器、 氮气发生器、 CO2发生器、 低温等离 子净化器、 空调； 所述采集端设置在采集车厢内， 所述模拟端设置在实验车厢内； 将采集风速传感器、 采集风向传感器、 采集甲醛检测仪、 采集雾霾气体粉尘传感器、 采 集CO2传感器、 采集温湿度传感器、 采集红外传感器、 接触传感器、 红外相机、 普通相机、 GPS 标记为采集传感器， 所述采集传感器用于 收集采集车厢的内部数据， 并将 内部数据发送至 采集中控， 采集中控将 内部数据通过网络发送至模拟中控， 模拟中控控制 雾霾气体粉尘发 生器、 氮气发生器、 CO2发生器、 低温等离 子净化器、 空调运作； 污染分布数据预测模型包括LRCN网络模块、 空洞 采样数据预处理模块、 平滑预测模块、 融合输出模块； LRCN网络模块为5层 结构， 每层包括1024个标准LSTM， 用于基本的学习数据 集和依据输 入数据预测输出 数据； 空洞采样数据 预处理模块用于将 1024个数据覆盖所需工作时间， 工作时间为雾霾气体 粉尘发生器发出 的雾霾气体粉尘被风吹到实验车厢内， 然后关闭实验车厢内部的出 口门、 入口门， 雾霾气体粉尘在实验车厢内部的稳定漂浮的时间， 将 工作时间标记为T1， 利用公式 获取得到空洞采样率HS， 将模拟风速传感器、 模拟风向传 感器、 模拟甲醛检测 仪、 模拟雾霾气体粉尘传感器、 模拟CO2传感器、 模拟温湿度传感器、 模 拟红外传感器标记为模拟传感器； 其中， Sam是模拟传感器统一的采样时间； 平滑预测模块每次预测 时分别利用总数据集输入部分Dint的第dint(ih,Hs+ih, …, nh*Hs+ih)的数据进行预测， 得到Hs个预测结果； 其中， ih是平滑数， 从1到Hs ‑1； nh是dow (Dt/Hs)‑1， dow是向下取整； 第1组数据为dint(1,Hs+1, …,nh*Hs+1)， 第2组数据为dint(2, Hs+2,…,nh*Hs+2)， 以此类推得到Hs组输入数据， 得到Hs组预测的输出Dfoutt(hsout)， hsout从1到 HS； 融合输出模块用于将所有的Dfout t(hsout)相加取平均值。 2.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其 特征在于， 采集风速传感器和采集风向传感器安装在采集车厢的两个入口、 以及中间上方 的位置处， 一共三组， 用于获得风速和风向的数据， 采集 温湿度传感器与采集风速传感器和 采集风向传感器安装在一 起。 3.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其 特征在于， 采集甲醛检测仪包括两组， 其中一组放置在 采集车厢中间上方的位置处， 用于获 得甲醛的数据， 另一组安装在采集车厢的卫 生间。 4.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201414 A 2特征在于， 采集雾霾气 体粉尘传感器为十三组， 两组安装在采集车厢的两个入口处， 十组等 距离安装在 采集车厢的两侧， 一组安装在 采集车厢的卫生间， 采集C O2传感器与采集雾霾气 体粉尘传感器安装在一 起。 5.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其 特征在于， 采集红外传感器安装在 采集车厢的每个座位上方， 用于 分析座位上是否有 人， 接 触传感器安装在采集车厢的两个入口门上， 用于分析入口门是否关闭， 红外相 机和普通相 机各一组， 用于分析采集车厢实际人员数目， GP S用于获得采集端所在的位置 。 6.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其 特征在于， 采集中控用于获得采集传感器的数据， 分析数据是否正常， 将数据打上时间标签 后保存， 再依据模拟中控的指 令， 通过网络把数据发送给模拟中控， 其中分析数据是否正常 的具体步骤为： 判断采集传感器是否按照采集的正常时间间隔FT(i)获得数据， 当超过3倍FT(i)， 即判 断断线， 其中i是采集传感器的编号； 判断数据是否超过设定的阈值范围。 7.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其 特征在于， 雾霾气体粉尘发生器安装在实验车厢的两个出入口， 在 模拟中控的控制下， 向空 气中播撒PM2.5和PM10的空气污染物。 8.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其 特征在于， 氮气发生器和CO2发生器用于模拟乘客 排放腹中气体。 9.根据权利要求1所述的一种用于分析交通轨道内空气污染分布的数字孪生系统， 其 特征在于， 模拟风速传感器和模拟风向传感器安装在实验车厢的两个入口、 以及中间上方 的位置处， 一共3组， 模拟温湿度传感器与模拟风速传感器和模拟风向传感器安装在一起， 模拟甲醛检测仪包括两组， 其中一组放置在实验车厢中间上方的位置处， 用于获得 甲醛的 数据， 另一组安装在卫生间， 模拟 雾霾气体粉尘传感器为十三组， 两组安装在实验车厢的两 个入口处， 十组等距离安装在车厢的两侧， 一组安装在卫生间， 模拟CO2传感器与模拟雾霾 气体粉尘传感器安装在一 起， 模拟红外传感器安装在每 个座位的上方。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201414 A 3