利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统技术方案

本发明专利技术公开一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO

【技术实现步骤摘要】
利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统


[0001]本专利技术涉及监视
，且更确切地涉及一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统。

技术介绍

[0002]随着经济实力、科学技术等全方面的发展进步，公路建设的规模也随之增大。在全球气候变化的大背景下，CO2减排是当今社会已经达成共识并为之一直努力的行动目标。随着现代化建设的推进，在经济快速增长的同时CO2排放量势必将持续增加。面临巨大的CO2减排压力，开展CCS相关技术研发是应对气候变化的必然选择。
[0003]CO2封存技术可以分为3类：地质封存（封存在地质构造中，例如废弃的石油田和天然气田，不可开采的煤田以及高盐含水层构造），海洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将CO2固化成无机碳酸盐。其中海洋封存方式可以经固定管道或移动船只将CO2注入到水体/海底中（1000m以下最为理想）。但海洋封存的有效性及其对海底生态环境的影响尚处于研究阶段。将CO2固化成无机碳酸盐可以与金属氧化物反应并产生稳定的碳酸盐也是一种处理方式，但是金属氧化物富含于硅酸盐矿石中，还可以从废弃物流中少量获取。这项技术目前也还处于研究阶段。目前地质封存，比如利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2是成为们考虑的方向，但是利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2时，状态监控成为最为重要的一环，CO2浓度大小不仅影响当地生态环境，对动物存活能力也是很大的挑战，因此，如何监测CO2存储状态事关重大。
[0004]常规技术中通过传感器技术检测CO2，但是这种技术需要现场安装电子技术，而且需要人工将电子设备安装到现场，这种方法用于荒山野岭容易造成电子设备失灵，在人工不能涉足的地方也无法实现实地传感设备安装。

技术实现思路

[0005]针对上述技术的不足，本专利技术公开一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统，通过机器人红外遥感技术进行高空图像拍摄，并进行图像分析，实时、在线对废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测，通过智能分析和计算方法实现状态监控，不仅提高了监测能力，安全性能高，监测效果高。
[0006]为了实现上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统，其中所述系统包括：机器人本体，利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人智能移动载体，用于行进至废弃盐穴或者矿坑地质储存CO2地带；控制系统，用于控制机器人本体的行进状态；图像采集模块，用于机器人本体采集废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态图像信息；所述图像采集模块为提高图像采样精度并且融入采样保持电路的图像采集模块；GPS定位模块，用于机器人本体定位废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的位置；
无线遥感模块，用于机器人本体将采集到的废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态图像信息传递到其他设备，以实现废弃盐穴、矿坑地质储存CO2数据信息分析；地面分析系统，用于分析机器人本体所采集到的废弃盐穴、矿坑地质储存CO2数据信息；所述地面分析系统包括CO2图像对比模块；其中所述控制系统、图像采集模块、GPS定位模块和无线遥感模块设置所述机器人本体上，所述地面对比分析装置通过无线遥感模块实现与所述控制系统的交互，所述控制系统分别与图像采集模块、GPS定位模块和无线遥感模块连接。
[0007]作为本专利技术进一步的技术方案，所述控制系统包括ARM控制模块和DSP计算模块，其中所述ARM控制模块和DSP计算模块互相连接通信，所述ARM控制模块外部连接有复位电路、晶振电路、OV7670模块和AL422B模块，所述ARM控制模块外部还连接有帧缓存器、无线通讯模块和显示模块，所述显示模块设置有无线遥感接口，所述控制系统ARM控制模块还连接有CMOS摄像头和GPS定位模块，所述DSP计算模块设置有扩展口、陀机、状态指示灯和信息发射机，所述信息接收机通过地面分析系统设置的信息接收机实现数据信息交互。
[0008]作为本专利技术进一步的技术方案，所述图像采集模块包括CMOS摄像头接口、分割模块、旋转模块、位置调整模块和适配模块，其中所述CMOS摄像头接口的输出端与分割模块的输入端连接，所述分割模块的输出端与旋转模块的输入端连接，所述旋转模块的输出端与位置调整模块的输入端连接，所述位置调整模块的输出端与适配模块的输入端连接。
[0009]作为本专利技术进一步的技术方案，所述采样保持电路SMPO4放大电路和OP490运放电路，其中所述SMPO4放大电路设置在OP490运放电路回路中。
[0010]作为本专利技术进一步的技术方案，所述图像采集模块实现图像采集的方法包括以下步骤:步骤一、通过CMOS摄像头接口实现数据信息的输入；步骤二、通过分割模块实现数据信息的输入的分割，分割储存CO2的废弃盐穴或者矿坑地质状态信息；分割得到的CO2的废弃盐穴或者矿坑地质状态信息内部差异函数为：
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（1）式（1）中，A为废弃盐穴或者矿坑地质CO2的存储在状态，C表示为存储CO2的废弃盐穴或者矿坑地质区域，a表示像素集合，物体图像及其周围相邻的8个像素边a的集合。
[0011]存储CO2的废弃盐穴或者矿坑地质两部分区域子集和的浓度差异函数记作为：
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（2）式（2）中， 和分别表示不同区域得废弃盐穴或者矿坑地质CO2的存储状态；若区域子集和的浓度差异满足：
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（3）
式（3）中，和分别表示存储CO2的废弃盐穴或者矿坑地质区域，和合并为同一个浓度差异；所采集图像中的最小浓度差异函数为：
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（4）式（4）中，表示通过图像分割计算输出的图像最小浓度差异函数；分割模块输出函数为：
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（5）式（5）中，表示图像信息进行分割时外界天气影响系数；步骤三、旋转模块实现获取图像信息的旋转；图像旋转到(x, y)时的梯度值可表示为： （6）式（6）中，x, y表示机器人拍摄图像时，提取图像数据信息的像素点；图像旋转到(x, y)时的旋转方向为：
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（7）式（7）中，表示为旋转角度；通过旋转模块输出的图像计算函数为：
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（8）式（8）中，表示旋转模块开始工作时的图像数据处理信息，表示废弃盐穴或者矿坑地质CO2在不同区域存储状态获取的图像信息计算情况；步骤四、通过位置调整模块使采集到的废弃盐穴或者矿坑地质CO2在不同区域上的梯度矩阵输出为：
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（9）式（9）中，表示为所采集到图像信息在水平方向梯度，表示为所采集到图像信息在竖直方向梯度；步骤五、通过适配模块实现梯度矩阵高斯滤波处理，以消除光照变化带来的误差，适配函数为：
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（10）式（10）中，为机器人采集图像分割子块宽度的1/4，通过欧氏距离对图像特征点进行适配，适配公式为：
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（11）式（11）中，和分别为机器人采集到的图像特征点a,b的特征描述算子。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统，其特征在于：所述系统包括：机器人本体，利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人智能移动载体，用于行进至废弃盐穴或者矿坑地质储存CO2地带；控制系统，用于控制机器人本体的行进状态；图像采集模块，用于机器人本体采集废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态图像信息；所述图像采集模块为提高图像采样精度并且融入采样保持电路的图像采集模块；GPS定位模块，用于机器人本体定位废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的位置；无线遥感模块，用于机器人本体将采集到的废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态图像信息传递到其他设备，以实现废弃盐穴、矿坑地质储存CO2数据信息分析；地面分析系统，用于分析机器人本体所采集到的废弃盐穴、矿坑地质储存CO2数据信息；所述地面分析系统包括CO2图像对比模块；其中所述控制系统、图像采集模块、GPS定位模块和无线遥感模块设置所述机器人本体上，所述地面对比分析装置通过无线遥感模块实现与所述控制系统的交互，所述控制系统分别与图像采集模块、GPS定位模块和无线遥感模块连接。2.根据权利要求1所述的一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统，其特征在于：所述控制系统包括ARM控制模块和DSP计算模块，其中所述ARM控制模块和DSP计算模块互相连接通信，所述ARM控制模块外部连接有复位电路、晶振电路、OV7670模块和AL422B模块，所述ARM控制模块外部还连接有帧缓存器、无线通讯模块和显示模块，所述显示模块设置有无线遥感接口，所述控制系统ARM控制模块还连接有CMOS摄像头和GPS定位模块，所述DSP计算模块设置有扩展口、陀机、状态指示灯和信息发射机，所述信息接收机通过地面分析系统设置的信息接收机实现数据信息交互。3.根据权利要求1所述的一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统，其特征在于：所述图像采集模块包括CMOS摄像头接口、分割模块、旋转模块、位置调整模块和适配模块，其中所述CMOS摄像头接口的输出端与分割模块的输入端连接，所述分割模块的输出端与旋转模块的输入端连接，所述旋转模块的输出端与位置调整模块的输入端连接，所述位置调整模块的输出端与适配模块的输入端连接。4.根据权利要求1所述的一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统，其特征在于：所述采样保持电路SMPO4放大电路和OP490运放电路，其中所述SMPO4放大电路设置在OP490运放电路回路中。5.根据权利要求3所述的一种利用废弃盐穴、矿坑地质储存CO2的状态监测系统，其特征在于：所述图像采集模块实现图像采集的方法包括以下步骤:步骤一、通过CMOS摄像头接口实现数据信息的输入；步骤二、通过分割模块实现数据信息的输入的分割，分割储存CO2的废弃盐穴或者矿坑地质状态信息；分割得到的CO2的废弃盐穴或者矿坑地质状态信息内部差异函数为：
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（1）式（1）中，A为废弃盐穴或者矿坑地质CO2的存储在状态，C表示为存储CO2的废弃盐穴或者矿坑地质区域，a表示像素集合，物体图像及其周围相邻的8个像素边a的集合；
存储CO2的废弃盐穴或者矿坑地质两部分区域子集和的浓度差异函数记作为：
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（2）式（2）中， 和分别表示不同区域得废弃盐穴或者矿坑地质CO2的存储状态；若区域子集和的浓度差异满足：
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（3）式（3）中，和分别表示存储CO2的废弃盐穴或者矿坑地质区域，和合并为同一个浓度差异；所采集图像中的最小浓度差异函数为：
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（4）式（4）中，表示通过图像分割计算输出的图像最小浓度差异函数；分割模块输出函数为：
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（5）式（5）中，表示图像信息进行分割时外界天气影响系数；步骤三、旋转模块实现获取图像信息的旋转；图像旋转到(x, y)时的梯度值可表示为：
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（6）式（6）中，x, y表示机器人拍摄图像时，提取图像数据信息的像素点；图像旋转到(x, y)时的旋转方向为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张云峰，赵志强，杨元，卢茜茜，高奎锋，赵燕，
申请(专利权)人：山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队山东省地矿工程勘察院，
类型：发明
国别省市：