本发明属于火炸药管理，具体涉及一种火炸药安全信息管理系统。
背景技术：
1、火炸药作为一种具有高度危险性的物质，被广泛应用于军事、采矿、建筑等领域，在火炸药的生产、储存、运输和使用过程中，如何确保其安全性一直是行业关注的重点，由于火炸药的特殊性质，稍有不慎就可能引发严重的安全事故，造成人员伤亡和财产损失，因此，对火炸药进行全面、精准的安全监控和风险评估，对于保障生产和使用安全至关重要。
2、传统的火炸药安全管理方法主要依赖人工监控和常规检测手段，这些方法存在监控精度低、响应速度慢、风险预测能力弱等问题，此外，现有的监控系统往往仅能采集有限的环境参数，对火炸药内部状态的监测较为缺乏，难以实现对微小裂纹和结构变化的实时检测和预测，因此，如何提高火炸药安全管理的监控精度、响应速度和风险预测能力，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决传统火炸药安全管理方法存在监控精度低、响应速度慢、风险预测能力弱等问题，为此提供一种火炸药安全信息管理系统。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、本发明的火炸药安全信息管理系统，包括信息采集模块、火炸药状态监测模块、火炸药安全评估模块、数据处理模块、预警与控制模块以及应急预案存储模块；
4、所述信息采集模块用于采集火炸药在生产、储存、运输和使用过程中的安全信息；所述安全信息包括环境参数以及火炸药信息，所述环境参数包括温度、湿度、压力、震动以及光照，所述火炸药信息包括火炸药的种类、数量、生产日期以及储存位置；
5、所述火炸药状态监测模块用于实时检测火炸药内部裂纹和结构变化，预测潜在爆炸风险；
6、所述火炸药状态监测模块包括：高频声波检测子模块、信号处理子模块和信号分析子模块；
7、所述高频声波检测子模块：用于发射和接收高频声波信号；
8、信号处理子模块：用于对接收到的声波信号进行滤波和放大处理，提取出特征信号；
9、信号分析子模块：用基于提取的特征信号，采用递归神经网络(rnn)模型识别和预测火炸药内部变化和潜在风险；
10、所述火炸药安全评估模块用于监测和分析火炸药在储存和运输过程中的应力分布情况，结合有限元分析模型评估其结构完整性和安全状态；
11、所述数据处理模块用于对火炸药的潜在爆炸风险以及应力分布情况进行综合分析，并生成安全评估报告；
12、所述预警与控制模块用于在安全风险时发出预警信号，并依据预警信号手动触发相应的应急措施；
13、所述应急预案存储模块用于根据不同类型火炸药的安全评估结果，存储和调用相应的应急预案。
14、可选的，所述信息采集模块包括：
15、温度监测子模块：通过温度传感器实时监测火炸药周围的温度；
16、湿度监测子模块：通过湿度传感器实时监测火炸药周围的湿度；
17、压力监测子模块：通过压力传感器实时监测火炸药储存环境中的压力；
18、震动监测子模块：通过震动传感器实时监测火炸药在生产、储存和运输过程中的震动情况；
19、光照监测子模块：通过光照传感器实时监测火炸药周围的光照强度；
20、数据采集子模块：记录火炸药的种类、数量、生产日期以及储存位置。
21、可选的，所述高频声波检测子模块采用的检测方法为：通过高频声波发射装置向火炸药内部发射高频声波信号；通过高频声波接收装置接收从火炸药内部反射和散射回来的高频声波信号；对接收到的反射和散射的声波信号进行处理，通过分析声波信号的时间延迟、频率变化和波形变化，检测并识别火炸药内部的微小裂纹和结构变化。
22、可选的，所述信号处理子模块采用的处理方法为：
23、1)滤波：采用带通滤波器对接收到的声波信号进行滤波处理，滤波处理的表达式为：
24、
25、
26、其中，表示傅里叶变换，表示傅里叶逆变换，x(t)是接收到的声波信号，h(f)是带通滤波器的频域传递函数，y(t)是滤波后的信号，f0是中心频率，δf是带宽；
27、2)放大：采用自动增益控制(agc)电路对滤波后的声波信号进行放大处理，放大处理的表达式为：
28、y(t)′＝g(t)·y(t)；
29、
30、其中，y(t)′是放大后的信号，g(t)是增益控制函数，g0是初始增益，t是时间窗口长度，y(t)是滤波后的信号；
31、3)特征提取：特征提取的表达式为：
32、特征提取：利用傅里叶变换(fft)和小波变换提取放大后的声波信号的频域和时频域特征，识别出反映火炸药内部微小裂纹和结构变化的特征特征提取的表达式为：
33、
34、其中，x(f)是频域信号，x(t)是放大后的时域信号，f是频率，j是虚数单位，w(a，b)是小波系数，ψ是母小波函数，a和b分别是尺度和平移参数。
35、可选的，所述rnn模型进行识别和预测火炸药内部变化和潜在风险的方法为：
36、1)信号预处理：对输入信号进行均值归一化和带通滤波处理；
37、2)相位空间重构：利用延迟嵌入法将一维信号重构为高维相位空间，通过相位空间重构提取信号的动态特征，相位空间重构的表达式为：
38、x(t)＝[x(t)，x(t+τ)，x(t+2τ)，...，x(t+(m-1)τ)]；
39、其中，x(t)是相位空间中的点，τ是时间延迟，m是嵌入维数；
40、3)多尺度rnn构建：构建多层rnn，每层处理不同时间尺度的信号，多尺度rnn构建的表达式为：
41、
42、其中，分别是第1层、第2层、第3层的隐藏状态，和分别是第1层、第2层、第3层的权重矩阵，b1、b2、b3分别是第1层、第2层、第3层的偏置，σ是激活函数；
43、4)多头注意力机制：在多尺度rnn的输出基础上引入多头注意力机制，多头注意力机制的表达式为：
44、
45、其中，vi和是第i个注意力头的参数，是第i个注意力头在时间步t的注意力权重，是多头注意力的加权输出；
46、5)信号分析和预测：通过全连接层和激活函数进行信号的分析和微小裂纹、结构变化的预测，信号分析和预测的表达式为：
47、
48、其中，wo是输出层的权重矩阵，bo是输出层的偏置；
49、
50、其中，σ是激活函数，是预测结果。
51、可选的，所述火炸药安全评估模块采用的监测和分析火炸药安全方法包括：
52、1)应力传感器数据采集：在火炸药储存和运输过程中，通过应力传感器实时采集应力数据，应力数据采集的表达式为：
53、σ(t，x，y，z)＝σsensor(t，x，y，z)；
54、其中，σ(t，x，y，z)表示时间t和位置(x，y，z)处的应力数据，σsensor(t，x，y，z)是传感器测量的应力值；
55、2)应力数据预处理：对采集的应力数据进行滤波和去噪处理，应力数据预处理的表达式为：
56、σfiltered(t，x，y，z)＝σ(t，x，y，z)*hfilter(t)；
57、其中，σfiltered(t，x，y，z)是滤波后的应力数据，hfilter(t)是滤波器的脉冲响应，*表示卷积操作；
58、3)应力分布分析：利用预处理后的应力数据，分析火炸药在储存和运输过程中的应力分布情况，应力分布分析的表达式为：
59、σdistribution(x，y，z)＝f(σfiltered(t，x，y，z))；
60、其中，σdistribution(x，y，z)是空间位置(x，y，z)处的应力分布，f表示应力数据的空间分布函数；
61、4)有限元分析：根据火炸药的物理和力学特性，建立有限元分析模型，模拟火炸药在不同应力条件下的行为；
62、5)结构完整性和安全状态评估：结合有限元分析的结果，评估火炸药的结构完整性和安全状态，识别潜在的安全隐患，评估的表达式为：
63、
64、其中，σyield是火炸药材料的屈服强度，max(σdistribution(x，y，z))是应力分布中的最大应力值，safety index为结构完整性和安全状态的评估指标。
65、可选的，所述有限元分析模型采用的分析方法包括：
66、1)离散化：采用自适应网格划分技术，根据应力集中区域动态调整单元大小，离散化的表达式为：
67、
68、其中，u(x，y，z)是位置(x，y，z)处的位移，ni是第i个节点的形函数，ui是第i个节点的位移；
69、2)单元刚度矩阵：引入材料非线性特性和温度影响，考虑火炸药在不同环境下的力学响应，得到单元刚度矩阵的表达式为：
70、
71、其中，ke是单元刚度矩阵，b是应变-位移矩阵，d(t)是考虑温度影响的材料弹性矩阵，ve是单元体积；
72、3)全局刚度矩阵：采用稀疏矩阵技术，将所有单元的刚度矩阵组装成全局刚度矩阵，以描述整个结构的力学行为，得到全局刚度矩阵的表达式为：
73、
74、其中，k是全局刚度矩阵，m是单元的数量；
75、4)实时求解方程：实时求解全局平衡方程，得到节点的位移，表达式为：
76、ku＝f(t)；
77、其中，u是节点位移向量，f(t)是时间t的节点外力向量；
78、5)应力应变计算：引入动态应力集中系数，考虑微裂纹对应力分布的影响，根据节点位移，计算每个单元内的应力和应变，表达式为：
79、ε(t)＝bu(t)；
80、σ(t)＝d(t)ε(t)+kcε(t)；
81、其中，ε(t)是时间t的应变向量，σ(t)是时间t的应力向量，kc是动态应力集中系数矩阵。
82、可选的，所述数据处理模块采用的数据处理方法包括：
83、1)数据初步处理：对采集到的安全信息和应力数据进行初步处理，包括清洗、归一化和去噪处理；
84、2)特征提取：从初步处理的安全信息和应力数据中提取关键特征，包括应力峰值、应力分布以及温度变化，特征提取的表达式为：
85、stressmax＝max(σ(t，x，y，z))；
86、
87、其中，σ(t，x，y，z)是时间t和位置(x，y，z)处的应力数据，stressmax和stressmean分别是应力峰值和应力均值，n是数据点的数量；
88、3)风险评估：利用逻辑回归算法对提取的关键特征进行风险评估，预测火炸药的潜在爆炸风险，风险评估的表达式为：
89、
90、其中，risk是爆炸风险的概率，β0，β1，…,βn是逻辑回归模型的参数，temp是温度特征；
91、4)应力分布分析：结合有限元分析模型的输出，分析应力分布情况，识别应力集中区域和潜在的风险点，应力分布分析的表达式为：
92、σdistribution(x，y，z)＝ku(t)；
93、其中，σdistribution(x，y，z)是空间位置(x，y，z)处的应力分布，k是全局刚度矩阵，u(t)是时间t的节点位移向量；
94、5)生成安全评估报告：综合风险评估以及应力分布分析的结果，生成安全评估报告，包括应力分布图、风险预测结果和安全建议。
95、可选的，所述预警与控制模块包括：风险评估结果监测子模块、预警信号生成子模块和应急措施触发子模块；
96、所述风险评估结果监测子模块：实时监测数据处理模块生成的风险评估结果，判断是否存在安全风险，表示为：
97、riskthreshold＝α；
98、if risk＞riskthreshold then trigger warning；
99、其中，risk是输出的爆炸风险概率，riskthreshold是预设的风险阈值，α是阈值常数；
100、预警信号生成子模块：当检测到爆炸风险概率超过预设的风险阈值时，生成并发出预警信号；
101、应急措施触发子模块：依据预警信号，手动触发相应的应急措施，包括人员疏散、火炸药隔离以及冷却。
102、可选的，所述应急预案存储模块包括：应急预案分类存储子模块、安全评估结果映射子模块和应急预案调用子模块；
103、应急预案分类存储子模块：根据不同类型火炸药的特性和潜在风险，将应急预案分类存储在数据库中，并建立分类标签，针对每种类型的火炸药设计相应的应急预案，包括爆炸物预案(火灾隔离、爆炸隔离、救援人员疏散、冷却措施)、易燃易爆气体预案(火灾灭火、气体泄漏处理、通风措施、爆炸隔离)以及危险化学品预案(泄漏处理、中和处理、化学防护、危险废物处置)；
104、安全评估结果映射子模块：通过安全评估结果识别火炸药的类型，并查找对应的应急预案；
105、应急预案调用子模块：从数据库中提取与当前火炸药类型匹配的应急预案，并生成应急响应措施。
106、本发明的有益效果：
107、本发明，通过信息采集模块全面采集火炸药在生产、储存、运输和使用过程中的环境参数和火炸药信息，结合高频声波检测技术，实时监测火炸药内部的微小裂纹和结构变化，并通过信号处理和递归神经网络模型精确预测潜在爆炸风险，该系统大幅提高了火炸药状态监测的精确性和灵敏度，实现了对火炸药状态的全面了解，从而显著提升了系统的监控精度和响应速度，确保火炸药管理的安全性和可靠性。
108、本发明，通过应力传感器数据结合有限元分析模型，监测和分析火炸药在储存和运输过程中的应力分布情况，评估其结构完整性和安全状态，数据处理模块通过对安全信息和应力数据的综合分析，生成详细的安全评估报告，提供准确的风险评估和可靠的安全指导，预警与控制模块实时监测风险评估结果，当检测到安全风险时，及时发出预警信号，并依据预警信号手动触发相应的应急措施，确保火炸药管理的安全性和可靠性。
109、本发明，通过不同类型火炸药的特性和潜在风险，分类存储和调用相应的应急预案，通过安全评估结果映射，系统能够迅速识别火炸药类型并提取匹配的应急预案，生成包括火灾隔离、爆炸隔离、人员疏散、冷却措施、气体泄漏处理、化学中和、危险废物处置等具体应急响应措施，该模块确保在火炸药出现安全风险时，能够迅速、准确地执行相应的应急响应措施，提高系统的应急响应能力和可靠性，有效预防和应对潜在的安全风险。
1.火炸药安全信息管理系统，其特征是：包括信息采集模块、火炸药状态监测模块、火炸药安全评估模块、数据处理模块、预警与控制模块以及应急预案存储模块；
2.如权利要求1所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述火炸药状态监测模块包括：高频声波检测子模块、信号处理子模块和信号分析子模块；
3.如权利要求2所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述高频声波检测子模块采用的检测方法为：
4.如权利要求2所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述信号处理子模块采用的处理方法为：
5.如权利要求2所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述递归神经网络模型进行识别和预测火炸药内部变化和潜在风险的方法为：
6.如权利要求2所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述火炸药安全评估模块采用的监测和分析火炸药安全方法包括：
7.如权利要求6所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述有限元分析模型采用的分析方法包括：
8.如权利要求1所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述数据处理模块采用的数据处理方法包括：
9.如权利要求1所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述预警与控制模块包括：风险评估结果监测子模块、预警信号生成子模块和应急措施触发子模块；
10.如权利要求1所述的火炸药安全信息管理系统，其特征是：所述应急预案存储模块包括：应急预案分类存储子模块、安全评估结果映射子模块和应急预案调用子模块；
