一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统技术方案

本发明专利技术提供一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统包括：灾害预警事故指挥管控平台，监控网络以及多个监测点；解决无线信号稳定性问题，本发明专利技术通过优化多频段信号的载波幅度调制电路及天线设计，采用二进制树形搜索算法及信号瞬时参数提取技术和信号特征参数提取技术，来解决无线信号稳定性。本发明专利技术提高定位精度，对罐体林立、遮挡物较多的复杂环境生产区域进行现场调研，在项目组现有定位技术储备基础上，通过改进通信协议、建立数学模型以及现场工业测试等手段，完善无线定位技术的信号传输可靠性、算法精度，以提高定位的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统
本专利技术涉及公共安全领域，尤其涉及一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统。
技术介绍
矿山、石油化工等行业厂区内易燃、易爆、有毒、有害物质高度集中，一旦发生事故，影响巨大。我国传统的安全管理工作，尤其是其中的应急响应环节，在实操层面一般都紧紧围绕提前制定的书面应急预案来开展。传统的书面应急预案体系虽能在一定程度上提高应急救援工作的科学性、有序性，但在实际操作中往往存在以下3点严重不足：(1)危险源众多时，难以及时进行事故报警。(2)风险呈动态性，书面应急预案难以全面指导应急管理工作。(3)应急救援现场情况瞬息万变，如果没有充足的事故现场信息提供，应急决策科学性难以保障，应急救援力量、应急救援物资难以在短时间内得到最优的分配和使用。泄漏源的定位是危险化学品事故应急救援的基础与关键。危险化学品事故发生后，利用监测设备对事故现场及周围进行危险物质浓度的监测，进而利用所监测数据实现泄漏源位置与强度的确定，有助于下一步的应急指挥和救援。国内外学者多年来对泄漏源的定位进行了不懈的探索与努力，提出了两大类泄漏源定位算法:基于概率统计理论法以及基于最优化理论方法。在泄漏事故的概率反算中，常见的有贝叶斯推理(Bayesianinference)、最小相对嫡(Minimumrelativeentropy,MRE)以及统计归纳方法等。基于优化的泄漏源参数反算中，通过扩散模型来对事故进行模拟，将模型的模拟结果与测量结果进行比较，建立目标函数。通过各种优化算法对目标函数进行优化，不断调整源参数，使得计算结果与测量结果能够更好的匹配。纵观国内外的相关研究，目前大部分泄漏源定位研究工作都是在特定环境下进行的，如土壤、风洞、封闭的室内环境或具有稳定气流的环境等。而在自然气流环境，气体的扩散更多的要考虑到气体湍流、环境布局及气体释放源和释放物本身的影响。到目前为止，基于现有理论，还不能给出一个适用于各种条件的气体扩散模型来描述实际环境中的气体扩散问题。近年来，无线传感网络(WSN)技术得到了快速的发展，广泛应用于各个领域。采用WSN协作信息处理技术实现生化气体泄漏源的信息感知、数据融合、参数估计与定位等任务具有很大的挑战性。需要解决局部感知信息与全局目标之间的平衡、能量约束、鲁棒性问题等。国内外大多数的气体泄漏源定位研究并未进行着重进行系统本身的本质安全设计，没有将罐体等容器以及其他关键设备的状态监测纳入统一管理，属于泄漏后监测，虽然在一定程度上可以实现灾前预警，但不能将故障、事故消除在萌芽状态。GPS等传统的定位技术因为功耗和成本的问题难以应用于矿山、石油化工等易燃易爆危险环境中。国家强制要求全国煤矿及非煤矿矿山都必须建立和完善监测监控、人员定位、供水施救、压风自救、通讯联络、紧急避险等安全避险六大系统，石油化工等行业所采用的定位技术也主要由煤矿矿井人员定位系统演化而来。两者都采用有源或无源RFID技术，部分采用ZigBee技术。但这些技术都只停留在人员定位系统粗劣定位的层面上，虽然在一定程度上能跟踪到人员的大致区域位置，但存在较大的误差，一旦出现事故，就很难估测到其具体情况。而且现有定位技术主要应用于人员定位，而较少应用于危险化学品等物资。事故发生后的紧急救援不仅需要探知人员的位置信息，也需要危险物资的存放区域，同时尽可能地对导致危险发生的原因进行溯源，才能采用科学的应急处理措施，更好地指挥救援。在大部分的灾难事故中，都是由搜救人员通过生命探测仪进行救援工作。但这种方式的救援由搜救人员发起，信息通道是单向的。所以如何危险气体泄漏源快速远距离定位，并能够在出现危险气体泄漏后，基于危险气体泄漏源快速远距离定位及时作出应急保障是当前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统，包括：灾害预警事故指挥管控平台，监控网络以及多个监测点；每个监测点分别通过监控网络与灾害预警事故指挥管控平台通信连接；监测点包括：设置在各个操作人员身上的人员位置定位传感器，设置在各个危险气体泄漏源位置的危险气体泄漏源位置定位传感器以及设置在各个危险气体泄漏源位置的无线气体传感器，振动检测仪以及温度检测仪；危险气体泄漏源位置定位传感器，无线气体传感器，振动检测仪以及温度检测仪分别配置有数据传输接口连接，通过数据传输接口将危险气体泄漏源位置定位信息，危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息通过监控网络传输至灾害预警事故指挥管控平台；灾害预警事故指挥管控平台用于将获取的危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息分别与相应的阈值进行比对，当危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息任一信息超阈值时，发出超阈值报警，并在灾害预警事故指挥管控平台显示危险气体泄漏源位置信息；同时显示所述超阈值报警的危险气体泄漏源位置信息所对应预设范围内的操作人员位置定位信息，并向预设范围内的操作人员发出预警信息。优选地，监控网络采用ZigBee通信、或蓝牙通信、或无线宽带通信、或Z-Wave通信、或超宽带通信、或近场通信通信。优选地，监控网络用于实现灾害预警事故指挥管控平台与各个监测点之间，监测点与监测点之间的多链路选择性通信连接；监控网络采用IEEE802.11sWiFi通信,WiMAX模式通信，兼容4G无线通信系统；通过网状的形式连接各个点，灾害预警事故指挥管控平台与各个监测点之间，监测点与监测点之间的通信通过动态的路由发现、拓扑维护和多跳的路由转发来实现，实现无线传感器网络的大面积覆盖。优选地，还包括：基站，多个路由节点以及UPS不间断电源；基站和路由节点分别配置有UPS不间断电源以及备用供电电池；每个监测点通过至少四个路由节点与基站通信连接；每个人员位置定位传感器通过至少四个路由节点与基站通信连接；路由节点与路由节点之间通信连接，形成网状连接形式，每个路由节点至少与周边四个路由节点通信连接；环绕并靠近基站的路由节点与基站通信连接，远离基站的路由节点通过路由节点之间的通信连接，与基站通信连接。优选地，灾害预警事故指挥管控平台还用于在预设时长内，持续接收到某个监测点的监测参数超阈值时，获取当前监测点连接的路由节点向基站发送的多个信号强度信息，基于多个信号强度信息是随机离散的变量，则信号强度信息服从或近似服从正态分布，选取高概率，分布密度比较大的区域，测量基于监测点的路由节点向基站发送信号强度信息x的密度函数f(x)如下公式所示：其中，u是这n个信号强度信息值的几何平均值，δ是标准差，经过高斯滤波后，选取范围在[0.15δ+u,3.09δ+u]范围内的信号强度信息值，对信号强度信息值进行几何平均，得到监测点的路由节点在一段时间内的信号强度信息值；根据上面的信号强度信息值的传播损耗模型，估算出监测点的路由节点距离基站的距离，计算出超阈值监测点距离基站的距离。优选地，灾害预警事故指挥管控平台还用于在预设时长内，持续接收到某个监测点的监测参数超阈值时，获取与所述监测点连接的路由节点A，路由节点B，路由节点C，路由节点F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统，其特征在于，包括：灾害预警事故指挥管控平台，监控网络以及多个监测点；每个监测点分别通过监控网络与灾害预警事故指挥管控平台通信连接；监测点包括：设置在各个操作人员身上的人员位置定位传感器，设置在各个危险气体泄漏源位置的危险气体泄漏源位置定位传感器以及设置在各个危险气体泄漏源位置的无线气体传感器，振动检测仪以及温度检测仪；危险气体泄漏源位置定位传感器，无线气体传感器，振动检测仪以及温度检测仪分别配置有数据传输接口连接，通过数据传输接口将危险气体泄漏源位置定位信息，危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息通过监控网络传输至灾害预警事故指挥管控平台；灾害预警事故指挥管控平台用于将获取的危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息分别与相应的阈值进行比对，当危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息任一信息超阈值时，发出超阈值报警，并在灾害预警事故指挥管控平台显示危险气体泄漏源位置信息；同时显示所述超阈值报警的危险气体泄漏源位置信息所对应预设范围内的操作人员位置定位信息，并向预设范围内的操作人员发出预警信息。...

【技术特征摘要】
1.一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统，其特征在于，包括：灾害预警事故指挥管控平台，监控网络以及多个监测点；每个监测点分别通过监控网络与灾害预警事故指挥管控平台通信连接；监测点包括：设置在各个操作人员身上的人员位置定位传感器，设置在各个危险气体泄漏源位置的危险气体泄漏源位置定位传感器以及设置在各个危险气体泄漏源位置的无线气体传感器，振动检测仪以及温度检测仪；危险气体泄漏源位置定位传感器，无线气体传感器，振动检测仪以及温度检测仪分别配置有数据传输接口连接，通过数据传输接口将危险气体泄漏源位置定位信息，危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息通过监控网络传输至灾害预警事故指挥管控平台；灾害预警事故指挥管控平台用于将获取的危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息分别与相应的阈值进行比对，当危险气体泄漏源位置气体浓度信息，危险气体泄漏源位置振动信息以及危险气体泄漏源位置温度信息任一信息超阈值时，发出超阈值报警，并在灾害预警事故指挥管控平台显示危险气体泄漏源位置信息；同时显示所述超阈值报警的危险气体泄漏源位置信息所对应预设范围内的操作人员位置定位信息，并向预设范围内的操作人员发出预警信息。2.根据权利要求1所述的危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统，其特征在于，监控网络采用ZigBee通信、或蓝牙通信、或无线宽带通信、或Z-Wave通信、或超宽带通信、或近场通信通信。3.根据权利要求1所述的危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统，其特征在于，监控网络用于实现灾害预警事故指挥管控平台与各个监测点之间，监测点与监测点之间的多链路选择性通信连接；监控网络采用IEEE802.11sWiFi通信,WiMAX模式通信，兼容4G无线通信系统；通过网状的形式连接各个点，灾害预警事故指挥管控平台与各个监测点之间，监测点与监测点之间的通信通过动态的路由发现、拓扑维护和多跳的路由转发来实现，实现无线传感器网络的大面积覆盖。4.根据权利要求1所述的危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统，其特征在于，还包括：基站，多个路由节点以及UPS不间断电源；基站和路由节点分别配置有UPS不间断电源以及备用供电电池；每个监测点通过至少四个路由节点与基站通信连接；每个人员位置定位传感器通过至少四个路由节点与基站通信连接；路由节点与路由节点之间通信连接，形成网状连接形式，每个路由节点至少与周边四个路由节点通信连接；环绕并靠近基站的路由节点与基站通信连接，远离基站的路由节点通过路由节点之间的通信连接，与基站通信连接。5.根据权利要求4所述的危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统，其特征在于，灾害预警事故指挥管控平台还用于在预设时长内，持续接收到某个监测点的监测参数超阈值时，获取当前监测点连接的路由节点向基站发送的多个信号强度信息，基于多个信号强度信息是随机离散的变量，则信号强度信息服从或近似服从正态...

【专利技术属性】
技术研发人员：程学珍，张存磊，张海龙，于永进，程凤菊，杨婕，尹唱唱，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37