本發(fā)明屬于應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣體探測系統(tǒng)，具體是一種基于多旋翼無人機(jī)平臺的有毒有害氣體探測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來我國的多次重大突發(fā)事件，如2015年4月“古雷PX項(xiàng)目爆炸”、2015年8月“天津港?；繁ā钡葹?zāi)害，由于現(xiàn)場諸如道路不通、因現(xiàn)場混亂造成交通堵塞、因環(huán)境污染使得救援人員無法靠近等情況，無法全面、快速、準(zhǔn)確、高效地獲取應(yīng)急現(xiàn)場信息，存在應(yīng)急救援監(jiān)測監(jiān)控中的“最后1公里”、“最后10公里”瓶頸問題。在環(huán)境污染偷排偷放方面，存在取證難、取證不及時(shí)等問題。

此外，由于石油化工企業(yè)因其特殊生產(chǎn)工業(yè)環(huán)境限制，如有些工業(yè)環(huán)境區(qū)域內(nèi)不允許或不方便布線、供電等因素，給安全生產(chǎn)事故預(yù)防及救援造成困難。一旦發(fā)生?；肥鹿?，如有毒氣體泄漏、裝置泄漏事故以及?；芬鸬幕馂?zāi)爆炸事故等，人們多數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出應(yīng)急響應(yīng)指令的，采取的應(yīng)急監(jiān)測手段也是基于地面監(jiān)測，人工布點(diǎn)測量效率低，缺乏對事故現(xiàn)場有毒有害氣體濃度的實(shí)時(shí)立體監(jiān)測。

目前，無人機(jī)用于有毒有害氣體應(yīng)急監(jiān)測領(lǐng)域主要通過固定翼或單旋翼無人機(jī)搭載有毒有害氣體探測裝置，前者不能固定懸停測量某一位置區(qū)域不同時(shí)刻的氣體濃度，后者搭載的有毒有害氣體探測裝置重量、尺寸大且價(jià)格昂貴。多旋翼無人機(jī)因其具有固定懸停、起飛場地要求低、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于應(yīng)急監(jiān)測領(lǐng)域。通過搭載有毒有害氣體探測系統(tǒng)，多旋翼無人機(jī)可滿足突發(fā)事件現(xiàn)場有毒有害氣體應(yīng)急監(jiān)測以及環(huán)境污染偷排偷放取證等需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于多旋翼無人機(jī)平臺的有毒有害氣體探測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測不同空間位置有毒有害氣體濃度。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于多旋翼無人機(jī)平臺的有毒有害氣體探測系統(tǒng)，包括飛行器端和地面控制端，所述飛行器端包括飛行器主控制模塊、機(jī)載有毒有害氣體探測模塊、機(jī)載GPS定位儀、定高氣壓計(jì)、高清攝像機(jī)以及機(jī)載無線通信模塊；

所述飛行器主控制模塊，用于控制多旋翼無人機(jī)的飛行路徑以及機(jī)載有毒有害氣體探測模塊、高清攝像機(jī)、機(jī)載GPS定位儀和定高氣壓計(jì)的工作狀態(tài)；

所述機(jī)載有毒有害氣體探測模塊，用于完成目標(biāo)區(qū)域有毒有害氣體的探測，采集目標(biāo)區(qū)域的氣體種類和相應(yīng)濃度數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端；

所述機(jī)載GPS定位儀，用于實(shí)時(shí)采集多旋翼無人機(jī)的地理位置數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端；

所述定高氣壓計(jì)，用于實(shí)時(shí)采集多旋翼無人機(jī)的高度定位數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端；

高清攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)采集多旋翼無人機(jī)的航拍視頻以及目標(biāo)區(qū)域的視頻圖像，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端；

所述地面控制端包括地面無線通信模塊、地面主控制模塊、數(shù)據(jù)分析融合模塊、顯示模塊以及數(shù)據(jù)上傳模塊；

所述地面主控制模塊，根據(jù)工作人員的操作，輸出相應(yīng)的控制指令，經(jīng)地面無線通信模塊輸出到飛行器端，控制多旋翼無人機(jī)的飛行路徑以及機(jī)載有毒有害氣體探測模塊、高清攝像機(jī)、機(jī)載GPS定位儀和定高氣壓計(jì)的工作狀態(tài)；

所述數(shù)據(jù)分析融合模塊，用于接收機(jī)載氣體探測模塊采集到的氣體種類和相應(yīng)濃度數(shù)據(jù)、機(jī)載GPS定位儀采集的地理位置數(shù)據(jù)以及定高氣壓計(jì)采集的高度定位數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到氣體濃度與空間位置相對應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)，輸出到顯示模塊進(jìn)行顯示，并經(jīng)數(shù)據(jù)上傳模塊輸出到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和云服務(wù)終端；

所述顯示模塊，用于接收和顯示飛行器端輸出的視頻圖像以及數(shù)據(jù)分析融合模塊輸出的氣體濃度與空間位置對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)，并基于地理信息系統(tǒng)GIS顯示目標(biāo)區(qū)域具體坐標(biāo)位置及檢測結(jié)果；

所述數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲飛行器端輸出的視頻圖像以及數(shù)據(jù)分析融合模塊輸出的氣體濃度與空間位置對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)載有毒有害氣體探測模塊采用串聯(lián)方式將HCl傳感器、NO₂傳感器、NO傳感器、SO₂傳感器、H₂S傳感器、CH₄傳感器、CO傳感器以及PID傳感器多種氣體傳感器通過泵吸式采樣泵連接在一起。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過搭載在多旋翼無人機(jī)上的有毒有害氣體探測模塊完成目標(biāo)區(qū)域有毒有害氣體的探測，通過高清攝像機(jī)采集目標(biāo)區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻圖像，通過機(jī)載GPS定位儀和定高氣壓計(jì)采集目標(biāo)區(qū)域的空間位置，并對所有采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析融合，一方面可以為突發(fā)事件現(xiàn)場應(yīng)急處置人員提供安全數(shù)據(jù)，另一方面可以為環(huán)境污染偷排偷放執(zhí)法取證提供佐證材料，同時(shí)滿足突發(fā)事件現(xiàn)場有毒有害氣體應(yīng)急監(jiān)測以及環(huán)境污染偷排偷放取證等需求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于多旋翼無人機(jī)平臺的有毒有害氣體探測系統(tǒng)，包括飛行器端以及與飛行器端無線通信連接的地面控制端。

飛行器端包括安裝在多旋翼無人機(jī)上的飛行器主控制模塊、機(jī)載有毒有害氣體探測模塊、機(jī)載GPS定位儀、定高氣壓計(jì)、高清攝像機(jī)以及機(jī)載無線通信模塊。

飛行器主控制模塊，用于控制多旋翼無人機(jī)的飛行路徑以及機(jī)載有毒有害氣體探測模塊、高清攝像機(jī)、機(jī)載GPS定位儀和定高氣壓計(jì)的工作狀態(tài)。

機(jī)載有毒有害氣體探測模塊，采用串聯(lián)方式將HCl傳感器、NO₂傳感器、NO傳感器、SO₂傳感器、H₂S傳感器、CH₄傳感器、CO傳感器以及PID傳感器等多種氣體傳感器通過泵吸式采樣泵連接在一起，通過搭載在多旋翼無人機(jī)上，完成目標(biāo)區(qū)域有毒有害氣體的探測，采集目標(biāo)區(qū)域的氣體種類和相應(yīng)濃度數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端。

機(jī)載GPS定位儀，用于實(shí)時(shí)采集多旋翼無人機(jī)的地理位置數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端。

定高氣壓計(jì)，用于實(shí)時(shí)采集多旋翼無人機(jī)的高度定位數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端。

高清攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)采集多旋翼無人機(jī)的航拍視頻以及目標(biāo)區(qū)域的視頻圖像，經(jīng)機(jī)載無線通信模塊輸出到地面控制端。

機(jī)載無線通信模塊，采用3G/4G或微波傳輸方式無線連接地面控制端，實(shí)現(xiàn)飛行器端與地面控制端間的無線數(shù)據(jù)傳輸。

地面控制端包括安裝在地面站內(nèi)的地面無線通信模塊、地面主控制模塊、數(shù)據(jù)分析融合模塊、顯示模塊以及數(shù)據(jù)上傳模塊。

地面無線通信模塊，采用3G/4G或微波傳輸方式無線連接飛行器端，實(shí)現(xiàn)飛行器端與地面控制端間的無線數(shù)據(jù)傳輸。

地面主控制模塊，根據(jù)工作人員的操作，輸出相應(yīng)的控制指令，經(jīng)地面無線通信模塊輸出到飛行器端，控制多旋翼無人機(jī)的飛行路徑以及機(jī)載有毒有害氣體探測模塊、高清攝像機(jī)、機(jī)載GPS定位儀和定高氣壓計(jì)的工作狀態(tài)。

數(shù)據(jù)分析融合模塊，用于接收機(jī)載氣體探測模塊采集到的氣體種類和相應(yīng)濃度數(shù)據(jù)、機(jī)載GPS定位儀采集的地理位置數(shù)據(jù)以及定高氣壓計(jì)采集的高度定位數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到氣體濃度與空間位置相對應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)，即空中某一具體位置處的不同氣體實(shí)時(shí)濃度值以及空中不同位置處同一氣體實(shí)時(shí)濃度值，輸出到顯示模塊進(jìn)行顯示，并經(jīng)數(shù)據(jù)上傳模塊輸出到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和云服務(wù)終端。

顯示模塊，用于接收和顯示飛行器端輸出的視頻圖像以及數(shù)據(jù)分析融合模塊輸出的氣體濃度與空間位置對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)，并基于地理信息系統(tǒng)GIS顯示目標(biāo)區(qū)域具體坐標(biāo)位置及檢測結(jié)果。

數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲飛行器端輸出的視頻圖像以及數(shù)據(jù)分析融合模塊輸出的氣體濃度與空間位置對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)上傳模塊，用于將飛行器端輸出的視頻圖像以及數(shù)據(jù)分析融合模塊輸出的氣體濃度與空間位置對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和云服務(wù)終端。

本發(fā)明的工作方式：

1、突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，多旋翼無人機(jī)掛載高清攝像機(jī)和機(jī)載有毒有害氣體探測模塊兩套任務(wù)系統(tǒng)，在事故現(xiàn)場進(jìn)行起飛，通過無線通信進(jìn)行地面控制端操作空中飛行器端的飛行路徑，飛行器端將高清攝像機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)視頻圖像傳至地面控制端，判斷多旋翼無人機(jī)是否處于目標(biāo)區(qū)域上空；同時(shí)通過地面控制端進(jìn)行控制操作，開啟機(jī)載有毒有害氣體探測模塊，此時(shí)，地面控制端接收機(jī)載有毒有害氣體探測模塊采集的氣體種類、濃度等數(shù)據(jù)以及機(jī)載GPS和定高氣壓計(jì)采集的地理位置和高度定位數(shù)據(jù)，通過地面端數(shù)據(jù)分析融合模塊將這幾類數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到氣體濃度與空間位置相對應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)，即空中某一具體位置處的不同氣體實(shí)時(shí)濃度值以及空中不同位置處同一氣體實(shí)時(shí)濃度值，地面控制端將數(shù)據(jù)通過云服務(wù)端在線反饋給前方應(yīng)急處置人員，提供安全數(shù)據(jù)，給予安全預(yù)警，保障人員安全。

2、針對地面取證難、取證不及時(shí)的偷排偷放等環(huán)境污染問題，多旋翼無人機(jī)掛載高清攝像機(jī)和機(jī)載有毒有害氣體探測模塊兩套任務(wù)系統(tǒng)，在事故現(xiàn)場進(jìn)行起飛，通過地面控制端進(jìn)行控制操作，開啟機(jī)載有毒有害氣體探測模塊，飛行器端將高清攝像機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)視頻圖像以及機(jī)載有毒有害氣體探測模塊采集的氣體種類、濃度等數(shù)據(jù)傳至地面控制端，通過該視頻圖像以及實(shí)時(shí)氣體濃度值是否顯著升高來判定多旋翼無人機(jī)是否抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域；確定抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，通過地面控制端操作高清攝像機(jī)進(jìn)行高清圖像拍照，并與實(shí)時(shí)氣體濃度值、地理位置和高度定位數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，最終得到污染現(xiàn)場的偷排偷放佐證數(shù)據(jù)，為環(huán)境執(zhí)法提供佐證依據(jù)。

本發(fā)明通過搭載在多旋翼無人機(jī)上的有毒有害氣體探測模塊完成目標(biāo)區(qū)域有毒有害氣體的探測，通過高清攝像機(jī)采集目標(biāo)區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻圖像，通過機(jī)載GPS定位儀和定高氣壓計(jì)采集目標(biāo)區(qū)域的空間位置，并對所有采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析融合，一方面可以為突發(fā)事件現(xiàn)場應(yīng)急處置人員提供安全數(shù)據(jù)，另一方面可以為環(huán)境污染偷排偷放執(zhí)法取證提供佐證材料，同時(shí)滿足突發(fā)事件現(xiàn)場有毒有害氣體應(yīng)急監(jiān)測以及環(huán)境污染偷排偷放取證等需求。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。