突发事件现场有毒气体远程无线监测系统和方法技术方案

本申请提供了一种突发事件现场有毒气体远程无线监测系统，包括：至少一个有毒气体无线检测节点、至少一个信息汇聚中转节点和至少一个便携式智能手持终端；其中，所述有毒气体无线检测节点，用于检测突发事件现场的第一有毒气体信息；信息汇聚中转节点，用于将各有毒气体无线检测节点得到的第二有毒气体信息进行汇聚，并发送至所述便携式智能手持终端；所述便携式智能手持终端包括第三微控制器模块，所述第三微控制器模块用于将所述第二有毒气体信息，按有毒气体所属类别进行融合，得到第三有毒气体信息。从而解决了在突发事件现场快速检测出有毒气体并采取相应有效的应对措施的问题。

Remote wireless monitoring system and method for toxic gas in emergency field

This application provides a toxic gas emergency wireless remote monitoring system includes at least one toxic gas detection, at least one wireless node information aggregation relay node and at least one portable intelligent terminal; wherein, the toxic gas wireless detection node for the detection of toxic gases, the first emergency information; the information gathered for the transit node, second node wireless information detection of toxic gases poisonous gases are gathering, and sent to the portable intelligent terminal; the portable intelligent terminal includes third microcontroller module, the third micro controller module for the second toxic gases, toxic gases in the the category of fusion, third toxic gas information. It solves the problem that the poisonous gas is detected quickly in the emergency scene and the corresponding effective measures are taken.

【技术实现步骤摘要】
突发事件现场有毒气体远程无线监测系统和方法
本申请涉及检测技术与自动化装置领域，特别是涉及突发事件现场有毒气体远程无线监测系统和方法。
技术介绍
在煤矿、石油、化工、消防、核能、军事等领域，由于操作失误、恶劣环境、设备老化等原因，容易发生有毒或可燃气体的泄漏。一旦发生可燃气体泄露，极易造成大面积火灾并引起爆炸事故，而毒气泄漏事件常常对人体健康造成的极大影响，例如：历史上著名的印度博帕尔毒气泄漏案堪称灾难，国内化工厂出现氯气、硫化氢等气体泄漏而造成人员伤亡的事件也不占少数。近几年，人们对于突发性毒气泄漏给予越来越多的关注，同时世界范围内恐怖主义猖獗，毒气（病毒）也可能作为恐怖分子使用的化学（生化）武器，所以毒气检测技术的研究与开发势在必行。当今世界许多国家都正在尽力探索可靠方式以保证国家人民财产生命安全，最大程度的降低突发事件现场或恐怖主义事件对人类造成的威胁。对于发生在上述状况中的有毒气体的测量，目前主要采用分析化学方法、光谱分析方法、便携式气相色谱-质谱仪等方法。其中，分析化学方法一般在测量现场采集样气，然后带回实验室进行化学分析得到结果，该方法受条件的限制，无法对有毒气体进行快速的检测；光谱分析方法一般需要专门的光谱仪、设备昂贵、操作复杂、不便携带，而且采样分析速度慢，无法实现在线监测；便携式气相色谱-质谱仪的方法检测有毒气体耗时长，且探测范围小。对于有毒气体泄漏或受到生化武器攻击的现场，在使用上述现有方法时发现，相关人员无法对突发事件现场的有毒气体的种类、浓度进行快速的检测，同时也无法针对具体的突发事件现场的情况采取有效的应对措施，使国家和企业的财产受到巨大的损失，群众的生命安全也受到巨大危害。
技术实现思路
本申请提供了一种突发事件现场有毒气体远程无线监测系统和方法，以解决在突发事件现场快速检测出有毒气体并采取相应有效的应对措施的问题。为了解决上述问题，本申请公开了一种突发事件现场有毒气体远程无线监测系统，包括：至少一个有毒气体无线检测节点、至少一个信息汇聚中转节点和至少一个便携式智能手持终端；其中，所述有毒气体无线检测节点，用于检测突发事件现场的第一有毒气体信息，采用各种方式将所述有毒气体无线检测节点发送至突发事件现场第一有毒气体信息区域；所述有毒气体无线检测节点包括有毒气体传感器阵列模块和第一微控制器模块；所述有毒气体传感器阵列模块用于检测第一有毒气体信息，包括单参数传感器阵列模块和多参数传感器阵列模块；所述第一微控制器模块用于分析所述有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息；所述第一微控制器模块包括聚类模块和人工神经网络识别模块；所述聚类模块用于将所述有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息进行聚类，得到聚类结果；所述人工神经网络识别模块用于,利用基于人工神经网络构建的有毒气体识别模型识别所述聚类结果，得到第二有毒气体信息；信息汇聚中转节点，用于将各有毒气体无线检测节点的第二有毒气体信息进行汇聚，并发送至所述便携式智能手持终端；所述便携式智能手持终端包括第三微控制器模块和气体扩散计算模块，所述第三微控制器模块用于将所述第二有毒气体信息，按有毒气体所属类别进行融合，得到第三有毒气体信息；利用气体扩散计算模块快速得出现场第一有毒气体信息扩散的速度和范围。优选地，所述有毒气体无线检测节点还包括有毒气体吸附模块、第一定位模块和第一无线通信模块；所述有毒气体吸附模块用于吸附有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息；所述无线通信模块用于将传感器阵列模块的检测的第一有毒气体信息发送至信息汇聚中转节点；所述第一微控制器模块与第一定位模块相连；所述第一定位模块用于获取有毒气体无线检测节点的定位信息；所述有毒气体无线检测节点还包括与有毒气体传感器阵列模块、有毒气体吸附模块、第一微控制器模块、所述第一微控制器模块相连的第一定位模块和与第一无线通信模块相连的第一电源模块；所述第一电源模块用于向有毒气体无线检测节点中的各个模块提供电源；进一步的，所述系统还包括：离线分析模块，用于将所述第一有毒气体信息进行离线分析，得到离线分析结果；进一步的，还包括：优化模块，用于利用所述离线分析结果修正人工神经网络识别模块的输出结果。优选地，所述聚类模块包括：第一聚类模块，用于采用核模糊C均值聚类算法KFCM将第一有毒气体信息通过函数映射到高维特征空间后再进行模糊C聚类FCM得到初始值，再利用粒子群优化PSO算法对所述初始值进行优化迭代计算以获得最佳的聚类结果，其使用的聚类优化函数包括：其中，C为聚类个数，N为样本数，U＝[μij]C×N是模糊C划分矩阵，μij为样本xi对应于第j个聚类的隶属度值，V＝[vj]为C个聚类中心组成的集合，m是影响隶属度矩阵模糊化程度的指数权重，Jα(U,V)是FCM的价值函数，K(xi,vj)为高斯核函数，其中xi为m维向量，vj与xi是同维的向量,聚类中心和隶属度的更新公式如下：在每次迭代中，每个粒子通过跟踪个体极值和全局极值更新自身的位置和速度，其计算公式如下：Viα(t+1)＝ωViα(t)+c1r1[Piα(t)-Xiα(t)]+c2r2[Pfα(t)-Xiα(t)]（4）Xiα(t+1)＝Xiα(t)+Viα(t+1)（5）式中，Viα(t)是粒子前一时刻的速度，Viα(t+1)是粒子当前的速度，Xiα(t)是粒子的当前位置，Xiα(t+1)是粒子产生的新位置，Piα(t)是个体极值，Pfα(t)是全局极值，c1、c2为学习因子（为大于零的正整数），r1、r2为[0，1]之间的随机数，i＝1,2,…,N，ω为惯性因子。优选地，所述便携式智能手持终端还包括：唤醒控制模块，适于根据所述定位信息的分布情况，便携式智能手持终端唤醒可监控区域的备用有毒气体无线检测节点;所述便携式智能手持终端还包括第三无线通信模块、第三微控制器模块、第三供电模块和显示输入模块；所述第三微控制器模块用于控制第三无线通信模块和输入模块；所述第三无线通信模块用于接收所述信息汇聚中转节点传来的第二有毒气体信息，并通过第三微控制器模块对第二有毒气体信息进行数据融合处理，将数据融合处理后的第三有毒气体信息发送至所述显示输入模块；所述显示输入模块用于显示现场节点的工作状态和有关数据；所述第三供电模块与第三无线通信模块、第三微控制器模块和显示输入模块相连；所述第三供电模块用于向便携式智能手持终端中的各个模块提供电源。优选地，所述信息汇聚中转节点包括节点内部温湿度传感器模块、第二微控制器模块和第二无线通信模块；所述第二无线通信模块用于接收有毒气体无线检测节点得到的第二有毒气体信息；所述节点内部温湿度传感器模块集成在所述信息汇聚中转节点上，用于检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种突发事件现场有毒气体远程无线监测系统，其特征在于，包括：至少一个有毒气体无线检测节点、至少一个信息汇聚中转节点和至少一个便携式智能手持终端；其中，所述有毒气体无线检测节点，用于检测突发事件现场的第一有毒气体信息，采用各种方式将所述有毒气体无线检测节点发送至突发事件现场第一有毒气体信息区域；所述各种方式包括：机器人投放、飞行器投放、发射器投放；所述有毒气体无线检测节点包括有毒气体传感器阵列模块和第一微控制器模块；所述有毒气体传感器阵列模块用于检测第一有毒气体信息，包括单参数传感器阵列模块和多参数传感器阵列模块；所述第一微控制器模块用于分析所述有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息；所述第一微控制器模块包括聚类模块和人工神经网络识别模块；所述聚类模块用于将所述有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息进行聚类，得到聚类结果；所述聚类包括基于PSO的KFCM聚类；所述人工神经网络识别模块用于,利用基于人工神经网络构建的有毒气体识别模型识别所述聚类结果，得到第二有毒气体信息；信息汇聚中转节点，用于将各有毒气体无线检测节点的第二有毒气体信息进行汇聚，并发送至所述便携式智能手持终端；所述便携式智能手持终端包括第三微控制器模块和气体扩散计算模块，所述第三微控制器模块用于将所述第二有毒气体信息，按有毒气体所属类别进行融合，得到第三有毒气体信息；利用气体扩散计算模块快速得出现场第一有毒气体信息扩散的速度和范围；所述便携式智能手持终端还包括：唤醒控制模块；所述唤醒控制模块用于根据所述有毒气体无线检测节点的定位信息的分布情况，便携式智能手持终端唤醒可监控区域的备用有毒气体无线检测节点；所述便携式智能手持终端还用于在可监控的区域内，调整第一有毒气体信息的传输途径。...

【技术特征摘要】
1.一种突发事件现场有毒气体远程无线监测系统，其特征在于，包括：至少一个有毒气体无线检测节点、至少一个信息汇聚中转节点和至少一个便携式智能手持终端；其中，所述有毒气体无线检测节点，用于检测突发事件现场的第一有毒气体信息，采用各种方式将所述有毒气体无线检测节点发送至突发事件现场第一有毒气体信息区域；所述各种方式包括：机器人投放、飞行器投放、发射器投放；所述有毒气体无线检测节点包括有毒气体传感器阵列模块和第一微控制器模块；所述有毒气体传感器阵列模块用于检测第一有毒气体信息，包括单参数传感器阵列模块和多参数传感器阵列模块；所述第一微控制器模块用于分析所述有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息；所述第一微控制器模块包括聚类模块和人工神经网络识别模块；所述聚类模块用于将所述有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息进行聚类，得到聚类结果；所述聚类包括基于PSO的KFCM聚类；所述人工神经网络识别模块用于,利用基于人工神经网络构建的有毒气体识别模型识别所述聚类结果，得到第二有毒气体信息；信息汇聚中转节点，用于将各有毒气体无线检测节点的第二有毒气体信息进行汇聚，并发送至所述便携式智能手持终端；所述便携式智能手持终端包括第三微控制器模块和气体扩散计算模块，所述第三微控制器模块用于将所述第二有毒气体信息，按有毒气体所属类别进行融合，得到第三有毒气体信息；利用气体扩散计算模块快速得出现场第一有毒气体信息扩散的速度和范围；所述便携式智能手持终端还包括：唤醒控制模块；所述唤醒控制模块用于根据所述有毒气体无线检测节点的定位信息的分布情况，便携式智能手持终端唤醒可监控区域的备用有毒气体无线检测节点；所述便携式智能手持终端还用于在可监控的区域内，调整第一有毒气体信息的传输途径。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述有毒气体无线检测节点还包括有毒气体吸附模块、第一定位模块和第一无线通信模块；所述有毒气体吸附模块用于吸附有毒气体传感器阵列模块检测的第一有毒气体信息；所述无线通信模块用于将传感器阵列模块的检测的第一有毒气体信息发送至信息汇聚中转节点；所述第一微控制器模块与第一定位模块相连；所述第一定位模块用于获取有毒气体无线检测节点的定位信息；所述有毒气体无线检测节点还包括与有毒气体传感器阵列模块、有毒气体吸附模块、第一微控制器模块、所述第一微控制器模块相连的第一定位模块和与第一无线通信模块相连的第一电源模块；所述第一电源模块用于向有毒气体无线检测节点中的各个模块提供电源；进一步的，所述系统还包括：离线分析模块，用于将所述第一有毒气体信息进行离线分析，得到离线分析结果；进一步的，还包括：优化模块，用于利用所述离线分析结果修正人工神经网络识别模块的输出结果。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述聚类模块包括：第一聚类模块，用于采用核模糊C均值聚类算法KFCM将第一有毒气体信息通过函数映射到高维特征空间后再进行模糊C聚类FCM得到初始值，再利用粒子群优化PSO算法对所述初始值进行优化迭代计算以获得最佳的聚类结果，其使用的聚类优化函数包括：其中，C为聚类个数，N为样本数，U＝[μij]C×N是模糊C划分矩阵，μij为样本xi对应于第j个聚类的隶属度值，V＝[vj]为C个聚类中心组成的集合，m是影响隶属度矩阵模糊化程度的指数权重，Jα(U,V)是FCM的价值函数，K(xi,vj)为高斯核函数，其中xi为m维向量，vj与xi是同维的向量,聚类中心和隶属度的更新公式如下：PSO算法是基于粒子群与粒子的适应度，每个粒子具有位置和速度两个特征；在每次迭代中，每个粒子通过跟踪个体极值和全局极值更新自身的位置和速度，其计算公式如下：Viα(t+1)＝ωViα(t)+c1r1[Piα(t)-Xiα(t)]+c2r2[Pfα(t)-Xiα(t)](4)Xiα(t+1)＝Xiα(t)+Viα(t+1)(5)式中，Viα(t)是粒子前一时刻的速度，Viα(t+1)是粒子当前的速度，Xiα(t)是粒子的当前位置，Xiα(t+1)是粒子产生的新位置，Piα(t)是个体极值，Pfα(t)是全局极值，c1、c2为学习因子(为大于零的正整数)，r1、r2为[0，1]之间的随机数，i＝1,2,…,N，ω为惯性因子。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述便携式智能手持终端还包括：唤醒控制模块，适于根据所述定位信息的分布情况，便携式智能手持终端唤醒可监控区域的备用有毒气体无线检测节点；所述便携式...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祥光，李智敏，吴磊，仲顺安，赵昊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11