室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统、部署方法及其定位方法技术方案

本发明专利技术涉及可燃气体预警系统技术领域，尤其是涉及一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统及其定位方法，包括传感器节点、移动灭火机器人、PC客户终端、INTERNET网络和路由器，所述PC客户终端通过所述路由器与所述INTERNET网络连接，所述移动灭火机器人通过路由器与所述INTERNET网络连接并实现与所述PC客户终端进行信息交互，所述移动灭火机器人包括主控芯片，所述主控芯片与所述传感器节点连接，本发明专利技术在使用时，通过固定传感器节点和随机传感器节点在监测区域构成三维空间三重最优覆盖模型，结合RSSI测距算法与锚内圆质心定位算法定位未知节点实现精确定位的同时减少冗余节点的存在。

Remote Early Warning System, Deployment Method and Location Method for Indoor Combustible Gas Leakage Source Location

The invention relates to the technical field of flammable gas early warning system, in particular to a remote early warning system for locating indoor flammable gas leakage sources and its positioning method, including sensor nodes, mobile fire extinguishing robots, PC client terminals, INTERNET networks and routers. The PC client terminals are connected through the routers and the INTERNET networks, and the mobile fire extinguishing robots are connected through the routers. The mobile fire extinguishing robot includes a master chip, which is connected with the sensor node. When the invention is used, a three-dimensional optimal coverage model is formed in the monitoring area through fixed sensor nodes and random sensor nodes, and is combined with RSSI ranging calculation. The method and the centroid location algorithm of the inner circle of the anchor locate the unknown nodes accurately while reducing the existence of redundant nodes.

【技术实现步骤摘要】
室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统、部署方法及其定位方法
本专利技术涉及可燃气体预警系统
，尤其是涉及一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统、部署方法及其定位方法。
技术介绍
国内外预警灭火机器人主要针对火焰图像、烟雾和温度进行预警，在石化行业可燃气体的泄漏也是石化领域导致火灾甚至爆炸的一大主要原因，如何快速准确地定位泄漏源并及时发送报警信号是问题的关键。近来，人们工作和生活的方方面面已出现无线传感器网络化技术的应用，通过对感兴趣的区域或重要目标，部署传感器节点，进行实时全方位监控、数据获取及预警，对监控对象的信息获取或安全防护有重要意义，另外无线传感器网络节点的不同部署策略直接影响着网络开销及覆盖感知效果，一个理想的覆盖部署策略能在很大程度上避免节点不必要的能量损耗，提高节点的计算处理能力和通讯能力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：可燃气体的泄漏也是石化领域导致火灾甚至爆炸的一大主要原因，如何快速准确地定位泄漏源并及时发送报警信号的问题，现提供了一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统、部署方法及其定位方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统，包括传感器节点、移动灭火机器人、PC客户终端、INTERNET网络和路由器，所述PC客户终端通过所述路由器与所述INTERNET网络连接，所述移动灭火机器人通过路由器与所述INTERNET网络连接并实现与所述PC客户终端进行信息交互，所述移动灭火机器人包括主控芯片，所述主控芯片与所述传感器节点连接。进一步地，所述移动灭火机器人还包括短信报警模块，所述短信报警模块与所述主控芯片信号连接，所述INTERNET网络还与移动通信模块连接。进一步地，所述传感器节点包括温度传感器和气体浓度传感器。一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统部署方法，包括如上述的远程预警系统，还包括以下步骤，S1、首先传感器节点通过Zigbee无线连接，通过传感器节点下载自身位置，并通过Zigbee长地址识别来确定节点位置；S2、将传感器的节点位置构建成三维长方体模型，再将长方体模型中任意处的传感器节点转化为二维平面，长和宽分别为x，y，并且构建的长方体ABCDA'B'C'D'覆盖模型满足：y＝rs′传感器节点的感知半径为rs，则节点在平面ABCD的感知范围是半径为rs′的圆形区域，且有：根据上述约束条件，求解V＝xyz，为简化计算以长方体的高z作为自变量得到：z∈(0，2rs)求极值解V＝xyz，可以得到在最优覆盖模型Ωopt的最优结果如下：一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统定位方法，包括如上述的远程预警部署方法，还包括以下步骤，S1、首先传感器节点将监测区域内泄漏源点的信息采集，并将传感器节点的位置发生至主控芯片，主控芯片根据传感器节点无线信号收发两端的发射功率、接收功率这两个参数通过RSSI测距，将RSSI值转化为锚圆半径值。无线信号的发射功率、接收功率和收发两端距离三者之间的关系可以下式表示：PR＝PT/rn其中PR是接收端接收到的无线信号的功率，PT是发射端的无线信号功率，r是收发两节点之间的距离，即锚圆半径，n为信号传播因子。上式两边取对数：10nlgr＝10lgPT/PR并将芯片直接提供发射的功率PT，即转换为dBm值A＝-10lgPT，将A＝-10lgPT代入上式中可得：10lgPR＝-(A+10nlgr)上式左边接收信号功率10lgPR转换为dBm值，可写成：RSSI＝-(A+10nlgr)S2、锚圆半径确定以后下一步就要对未知节点进行定位，设a1、a2、a3定位参考节点，并且以a1、a2、a3节点的信号强度辐射范围为半径做圆，这个圆称为锚圆，假设想要定位的节点K周围的节点为a1、a2、a3，节点K称为未知节点，节点K必然所示属于锚圆a1、a2与a3的交汇处。但未知节点K的位置在这个区域内仍无法确定，为了简化估计其位置，三个锚圆节点的叠加区域近似看做为一个三角形，假设未知节点K的位置就是这个三角形的质心，并设已知3个锚圆节点a1、a2、a3的位置坐标分别为(xa1,ya1)、(xa2,ya2)、(xa3,ya3)，所有节点的无线信号辐射范围半径为R，则3个锚圆的一个内交汇点e1的坐标(xe1,ye1)可以通过下面的公式求出：同理，由下面两组方程求解可以求出另外2个内交汇点e2的坐标(xe2,ye2)和e3的坐标(xe3,ye3)节点K的估计位置坐标由下式确定为：节点K位置确定后，气体浓度值最大处的节点为泄漏源最终位置；S3，移动灭火机器人的主控芯片接收节点K位置，并且对当前待监控现场环境中可燃气体信息及传感器节点位置数据信息进行分析处理，并且将分析的数据与主控芯片的数据库内的数据进行对比，当可燃气体超出安全阈值范围时，发送警报，当可燃气体未超出范围时不发生警报。本专利技术的有益效果是：本专利技术在使用时，通过固定传感器节点在监测区域构成三维空间三重最优覆盖模型，结合RSSI测距算法与锚内圆质心定位算法定位未知节点实现精确定位的同时减少冗余节点的存在，不同等级的预警信息不仅可以发送到远程监控终端，还可以以短信方式发送到个人手机，提高预警的及时和有效性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是整体系统架构图；图2是系统硬件结构框图；图3是泄漏源定位流程图；图4是固定节点覆盖模型；图5是两节点平面投影覆盖情况；图6是四节点平面投影覆盖情况；图7是五节点平面投影覆盖情况；图8是七节点平面投影覆盖情况；图9是节点信号交叉示意图；图10是远程通信预警系统框图；图11是远程预警流程图；图12是短信预警流程图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统，包括传感器节点、移动灭火机器人、PC客户终端、INTERNET网络和路由器，所述PC客户终端通过所述路由器与所述INTERNET网络连接，所述移动灭火机器人通过路由器与所述INTERNET网络连接并实现与所述PC客户终端进行信息交互，所述移动灭火机器人包括主控芯片，所述主控芯片与所述传感器节点连接。所述移动灭火机器人还包括短信报警模块，所述短信报警模块与所述主控芯片信号连接，所述INTERNET网络还与移动通信模块连接。所述传感器节点包括温度传感器和气体浓度传感器。图1为本专利技术的整体架构图，移动预警灭火机器人设有无线传感器网络节点，使其作为网络的一员，无线传感器网络节点采用固定和随机抛撒的部署方式，固定节点依据以保证空间任意一处均能被三个固定节点覆盖感知且同时保证覆盖三维空间最大来建立最优覆盖模型，随机抛撒节点随机分布于待检测空间。每个节点处装有气体浓度传感器和温度传感器，用于检测各自节点位置气体浓度和温度。预警灭火机器人所设节点为随机抛撒节点，如图2系统各模块连接示意图所示，移动预警灭火机器人获取并处理无线传感器网络采集的节点信息，计算自身和泄漏源的位置坐标。移动预警灭火机器人平台上安装云台摄像头、SIM800短信报警模块。灭火机器人工作现场的无线通信模块使用的是LB-LINK无线网卡，系统采用的通信协议是802.11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统，其特征在于：包括传感器节点、移动灭火机器人、PC客户终端、INTERNET网络和路由器，所述PC客户终端通过所述路由器与所述INTERNET网络连接，所述移动灭火机器人通过路由器与所述INTERNET网络连接并实现与所述PC客户终端进行信息交互，所述移动灭火机器人包括主控芯片，所述主控芯片与所述传感器节点连接。

【技术特征摘要】
1.一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统，其特征在于：包括传感器节点、移动灭火机器人、PC客户终端、INTERNET网络和路由器，所述PC客户终端通过所述路由器与所述INTERNET网络连接，所述移动灭火机器人通过路由器与所述INTERNET网络连接并实现与所述PC客户终端进行信息交互，所述移动灭火机器人包括主控芯片，所述主控芯片与所述传感器节点连接。2.根据权利要1所述的室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统，其特征在于：所述移动灭火机器人还包括短信报警模块，所述短信报警模块与所述主控芯片信号连接，所述INTERNET网络还与移动通信模块连接。3.根据权利要1或2所述的室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统，其特征在于：所述传感器节点包括温度传感器和气体浓度传感器。4.一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统部署方法，其特征在于：包括如权利要求1-3任一项所述的远程预警系统，还包括以下步骤，S1、首先传感器节点通过Zigbee无线连接，通过传感器节点下载自身位置，并通过Zigbee长地址识别来确定节点位置；S2、将传感器的节点位置构建成三维长方体模型，再将长方体模型中任意处的传感器节点转化为二维平面，长和宽分别为x，y，并且构建的长方体ABCDA'B'C'D'覆盖模型满足：y＝r′s传感器节点的感知半径为rs，则节点在平面ABCD的感知范围是半径为rs′的圆形区域，且有：根据上述约束条件，求解V＝xyz，为简化计算以长方体的高z作为自变量得到：z∈(0，2rs)求极值解V＝xyz，可以得到在最优覆盖模型Ωopt的最优结果如下：5.一种室内可燃气体泄露源定位的远程预警系统定位方法，其特征在于：包括如权利要求4所述的远程预警部署方法，还包括以下步骤，S1、首先传感器节点将监测区域内泄漏源点的信息采集，并将传感器节点的位置发生至主控芯片，主控芯片根据传感器节点无线信号收发两端的发射功率、接收功率这两个参...

【专利技术属性】
技术研发人员：段锁林，刘福，高仁洲，刘毛毛，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32