CN104848899A - 环境侦测装置和应急监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环境侦测装置和应急监控系统，所述装置包括球状外壳，以及设置在所述球状外壳内部的电源模块、信息采集模块、信息处理模块、信息传输模块、接口模块、方位检测模块和海拔检测模块，所述电源模块分别与所述信息采集模块、所述信息处理模块、所述信息传输模块和所述接口模块连接，所述信息处理模块分别与所述信息采集模块、所述信息传输模块和所述接口模块连接，所述接口模块分别与所述方位检测模块和所述海拔检测模块连接。实施本发明，在采集环境信息的同时，采集自身位置信息，位置信息包括方位信息和海拔信息，将位置信息和环境信息一起向接收端发送，以使接收端可结合位置信息和环境信息进行环境侦测，提高侦测效率。

Description

环境侦测装置和应急监控系统

技术领域

本发明涉及环境监控技术领域，特别是涉及一种环境侦测装置和应急监控系统。

背景技术

当前，人类社会要面对诸多由于自然灾害或人为因素所导致的突发性事件，比如面临火灾情况解救被困人员、遇到地震灾情进行现场救援、发生矿难进行井下救援、执行解救人质任务遭遇绑匪的攻击等。针对诸如此类的特殊情况，由于无法了解现场的具体情况，对于进入这些存在大量未知因素的危险区域进行现场救援，会给现场救援人员造成极大的生命安全威胁。

现有的环境侦测装置，可应用在所述应急场景中，能在狭小空间、密闭环境等不适合人进入的区域中进行图像、音频、视频、温度等环境信息的采集，并将采集的数据传输至外部的监控中心。

但是，现有的环境侦测装置无法获得侦测球所处位置的位置信息，进而会降低对侦测环境的侦测效率。

发明内容

基于此，有必要针对上述环境侦测装置无法获得侦测球所处位置的位置信息，进而会降低对侦测环境的侦测效率的问题，提供一种环境侦测装置和应急监控系统。

一种环境侦测装置，包括球状外壳，以及设置在所述球状外壳内部的电源模块、信息采集模块、信息处理模块、信息传输模块、接口模块、方位检测模块和海拔检测模块，所述电源模块分别与所述信息采集模块、所述信息处理模块、所述信息传输模块和所述接口模块连接，所述信息处理模块分别与所述信息采集模块、所述信息传输模块和所述接口模块连接，所述接口模块分别与所述方位检测模块和所述海拔检测模块连接；

所述方位检测模块用于检测环境侦测装置所处位置的方位信息，并将检测的方位信息向所述接口模块传送；

所述海拔检测模块用于检测所述环境侦测装置所处位置的海拔信息，并将检测的海拔信息向所述接口模块发送；

所述接口模块用于接收所述方位信息和所述海拔信息，并向所述信息处理模块发送；

所述信息采集模块用于采集所述环境侦测装置所处位置的预设范围内的环境信息，并向所述信息处理模块发送；

所述信息处理模块用于接收所述方位信息、所述海拔信息和所述环境信息，并通过所述信息传输模块向接收端发送。

一种应急监控系统，包括如上所述的环境侦测装置，所述信息传输模块包括无线传输模块，还包括与所述无线传输模块无线连接的接收端监控系统。

以上所述环境侦测装置和应急监控系统，可将环境侦测装置置于废墟、洞穴等人体无法进入的空间，在采集环境信息的同时，采集自身位置信息，位置信息包括方位信息和海拔信息，将位置信息和环境信息一起向接收端发送，以使接收端可结合位置信息和环境信息进行环境侦测，提高侦测效率。

附图说明

图1是本发明环境侦测装置第一实施方式的结构示意图；

图2是本发明环境侦测装置第二实施方式的结构示意图；

图3是本发明应急监控系统第一实施方式的结构示意图；

图4是本发明应急监控系统第二实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。

请参阅图1，图1是本发明环境侦测装置第一实施方式的结构示意图。

本实施方式所述的环境侦测装置，可包括球状外壳(图中未示出)，以及设置在所述球状外壳内部的电源模块(图中未示出)、信息采集模块120、信息处理模块130、信息传输模块140、接口模块150、方位检测模块160和海拔检测模块170，电源模块110分别与信息采集模块120、信息处理模块130、信息传输模块140和接口模块150连接，信息处理模块130分别与信息采集模块120、信息传输模块140和接口模块150连接，接口模块150分别与方位检测模块160和海拔检测模块170连接。

方位检测模块160用于检测环境侦测装置所处位置的方位信息，并将检测的方位信息向所述接口模块传送。

海拔检测模块170用于检测所述环境侦测装置所处位置的海拔信息，并将检测的海拔信息向所述接口模块发送。

接口模块150用于接收所述方位信息和所述海拔信息，并向所述信息处理模块发送。

信息采集模块120用于采集所述环境侦测装置所处位置的预设范围内的环境信息，并向所述信息处理模块发送。

信息处理模块130用于接收所述方位信息、所述海拔信息和所述环境信息，并通过所述信息传输模块向接收端发送。

本实施方式，可将环境侦测装置置于废墟、洞穴等人体无法进入的空间，在采集环境信息的同时，采集自身位置信息，位置信息包括方位信息和海拔信息，将位置信息和环境信息一起向接收端发送，以使接收端可结合位置信息和环境信息进行环境侦测，提高侦测效率。

其中，对于球状外壳，可为空心的球状外壳，可滚动，还可具备防水抗震功能，对设置在其内部的各模块起保护作用。

对于电源模块，可为锂电池。还可为本领域技术人员惯用的其他电池。

对于信息采集模块120，采集的环境信息可包括温度、湿度、有害物质传感器、辐射以及周围景物等信息。

在一个实施例中，信息采集模块120可包括多个视频传感器、音频传感器和环境信息采集传感器，所述视频传感器、所述音频传感器、所述环境信息采集传感器均与所述信息处理模块连接。

本实施例，可采集各种环境信息，使环境侦测信息更丰富，进而提高侦测效率和侦测准确度。

优选地，所述环境信息采集传感器可包括以下至少一种传感器：温度传感器、湿度传感器、有害物质传感器、辐射传感器。还可包括本领域技术人员惯用的其他传感器。

进一步地，视频传感器可包括摄像头等摄像装置，可在视频采集模式和图像采集模式间切换，用来拍摄视频或图像。

对于信息处理模块130，可先对所述方位信息、所述海拔信息和所述环境信息进行预处理，再通过所述信息传输模块向接收端发送。所述预处理可包括压缩、编码等。

优选地，信息处理模块130可包括编码模块，用于对所述环境信息进行压缩编码。

进一步地，编码处理可由华为HI系列及TI达芬奇系列的芯片进行，其中TI的DM36X与HI的hi35系列能够处理1080P视频，同时图像质量、码流、容错方面都具有优势。因此编码模块可包括TI的DM36X作为编解码主芯片。

更进一步地，信息处理模块130还可包括与所述编码模块连接的外围电路。

对于信息传输模块140，可为无线传输模块，更便于将所述环境侦测装置置于废墟、洞穴等人体无法进入的空间，进行信息采集和环境侦测。

对于接口模块150，可为一个信息缓存区间，可由AT24C02芯片及外围电路组成，将接收到的方位信息和海拔信息存储起来，然后发送给信息处理模块130。

对于方位检测模块160，检测的方位信息可包括上述环境侦测装置所处的方向位置。优选地，东、南、西、北为基本方位，东北、东南等为中间方位。可通过无线定位技术测量所述方位信息。

在一个实施例中，方位检测模块160可包括无线定位器，所述无线定位器接收各基站发送的包括自身位置信息的射频信息、检测各射频信息的强度、将检测的强度转换为所述无线定位器与各基站间的距离、并将转换所得的距离和各基站的自身位置信息转换为所述环境侦测装置所处位置的方位信息。

优选地，所述自身位置信息可为预设的位置标签，用于表示不同的方位。

进一步地，可通过在自由空间中电磁波的传播的模型将检测的强度转换为所述无线定位器与各基站间的距离，模型可为：Pri(dBm)＝P0(dBm)-10nplog(di/d0)+xσ(1)；定义Pri为beaconi的接收信号强度，单位为mW，Pri(dBm)的单位为dBm。xσ为背景噪声,通常假定为零均值高斯白噪声xσ～N(0,σ2db)，Pri(dBm)＝10log(Pri)(2)，定义目标点坐标为θ＝(x，y)，信标点坐标为ri＝(x_i，y_i)，np为电磁信号衰减系数,典型值为2～4。目标点与beaconi的欧氏距离为d_i为下式所得，射频强度越强，距离越小：

$d_i=\sqrt{{\left(x_1-x\right)}^2+{\left(y_i-y\right)}^2};$

在其他实施方式中，还可通过本领域技术人员惯用的其他技术手段检测所述方位信息。

对于海拔检测模块170，所测得的海拔信息以海平面为参考物，高于海平面检测结果为正，低于海平面检测结果为负。

优选地，可采用高精度气压计检测海拔信息。

本发明是一种能实现自身定位的环境侦测装置，通过内置方位检测模块和海拔检测模块，测量方位信息和海拔信息。方位信息可以清楚环境侦测装置的平面地理位置，海拔信息能够清楚环境侦测装置所处的高度，在某些应用中，例如将环境侦测装置放到矿井中探测，深度信息是极为重要的信息，或者登高运动中的海拔高度指标是运动员极为关注的信息。因此，采集到的方位信息和海拔信息作为环境因素的重要部分，添加到环境侦测中，可极大地提高采集到的数据的准确性和分析价值。

请参阅图2，图2是本发明环境侦测装置第二实施方式的结构示意图。

本实施方式所述的环境侦测装置与第一实施方式的区别在于：海拔检测模块170包括依次连接的气压传感器171、A/D转换电路174和控制模块176，气压传感器171将检测的用于表征大气压器的电压信号传送到A/D转换电路174，A/D转换电路174将所述电压信号转换为数字信号后向控制模块176发送，控制模块176将所述数字信号转换为所述环境侦测装置所处位置的海拔信息。

本实施方式，通过依次连接的气压传感器171、A/D转换电路174和控制模块176，将用于表征大气压器的电压信号转换为数字信号，进而转换为所述环境侦测装置所处位置的海拔信息，可快速精确地测得环境侦测装置的海拔信息。

其中，对于气压传感器171，优选地可为高精度压力传感器MS5607。根据气压与海拔间的对应关系，测得所在位置的气压，进而可将气压转换为对应的海拔信息。在其他实施方式中，还可通过本领域技术人员惯用的其他技术手段检测环境侦测装置所处位置的海拔信息。

在其他实施方式，气压传感器171可为APM公司的TP015P大气压强传感器，其测量范围可为0至100kPa。

对于A/D转换电路174，用于模拟信号转换成数字信号，可包括单片AD转换器。

在一个实施例中，海拔检测模块170还可包括连接在气压传感器171和A/D转换电路174之间的信号放大电路172，信号放大电路172将所述电压信号放大后传送到A/D转换电路174。

本实施例，海拔检测模块170还可包括连接在气压传感器171和A/D转换电路174之间的信号放大电路172，将气压传感器171检测的气压信号放大后传送到A/D转换电路174，可有效传递测量信号。

对于信号放大电路172，可包括信号放大器。

在另一个实施例中，海拔检测模块170还可包括连接在信号放大电路172与A/D转换电路174之间的信号滤波电路173，信号滤波电路173将放大后的电压信号滤波后传送到A/D转换电路174。

本实施例，海拔检测模块170还可包括连接在信号放大电路172与A/D转换电路174之间的信号滤波电路173，将信号放大电路172放大后的信号进行滤波，可有效减弱干扰信号，使测得的海拔信息更精确。

对于信号滤波电路173，可包括信号滤波器。

对于控制模块176，可为处理器，预存有气压与海拔之间的对应关系。

请参阅图3，图3是本发明应急监控系统第一实施方式的结构示意图。

本实施方式所述的应急监控系统，包括以上图1至图2中任一所述的环境侦测装置310，所述信息传输模块包括无线传输模块，还包括与所述无线传输模块无线连接的接收端监控系统320。

本发明的应急监控系统，可由专业人员将环境侦测装置抛入需监控区域，从而深入应急现场，环境侦测装置可根据需要采集现场的信息，比如可拍摄现场情况照片、采集语音数据和其他环境数据等，然后通过无线传输模块输出上述采集的环境信息、方位信息和海拔信息至接收端监控系统；接收端监控系统接收所述环境信息、方位信息和海拔信息，能及时确定应急现场的具体情况，方便专业人员做出救援决策和控制措施。接收端监控系统也可以将所接收到的图像、声音和环境等各种信息转发到指挥控制中心，供指挥控制中心了解事故现场的具体情况。

本实施例的环境侦测装置，其球状外壳内部，可设置多种传感器进行数据采集，例如，信息采集模块可为视频传感器、音频传感器，还可包括环境信息采集传感器，所述视频传感器、音频传感器和环境信息采集传感器都与信息处理模块连接；信息处理模块将上述视频传感器、音频传感器和环境信息采集传感器采集的数据进行压缩编码等处理后，通过无线传输模块输出；电源模块则为各个传感器或模块供电。

上述视频传感器可为六个，分别设置在所述球状外壳球心的上下左右前后六个相互垂直的方向上，信息处理模块可将每个视频传感器拍摄的图片进行拼接，既能保证全方位无死角地拍摄到侦测区域的全景图片，也能较好地控制装置成本。

上述的环境信息采集传感器可包括温度传感器、湿度传感器、有害物质传感器或辐射传感器，用于采集现场的温度、湿度、有害物质含量、放射性物质含量等信息。

球状外壳内部可有多个与其内腔相通的通孔，所述视频传感器、音频传感器和环境信息采集传感器、信息处理模块、电源模块、海拔检测模块、方位检测模块、接口模块等器件可分别固定在各个通孔中；或者，球状外壳内部也可设置支撑部件，上述器件可分别固定在支撑部件上。

球状外壳内部还可设置与信息处理模块连接的驱动模块，由驱动模块控制环境侦测装置运动。其中，驱动模块可包括第一滚珠和第二滚珠、连接机构和驱动机构；第一滚珠和第二滚珠可滚动地设置在所述连接机构的两端，第一滚珠和第二滚珠都与空心球体内壁相抵；第一滚珠和第二滚珠位于经过所述空心球体球心的一条直径上；驱动机构固定在所述球体内部，与所述第一滚珠连接，用于驱动所述第一滚珠滚动。

请参阅图4，图4是本发明应急监控系统第二实施方式的结构示意图。

本实施方式所述的应急监控系统，接收端监控系统1000可包括无线模块1010、解压解码模块1020、处理模块1030、显示模块1040和指令生成模块1050；

接收端监控系统主要是对环境侦测装置中的无线传输模块传输的数据进行接收、处理、显示、分析等；无线模块1010接收环境侦测装置发送的数据，解压解码模块1020对数据进行解压解码处理，处理模块1030通过显示模块1040将解压解码的数据进一步处理后进行显示，监控人员可通过指令生成模块1050，进行控制指令的触发，将控制指令生成的控制信号通过无线网络发送给环境侦测装置，无线传输方法可以是GSM/GPRS、CDMA、3G、wifi和COFDM等方式的一种或多种。

本实施例的应急监控系统，环境侦测装置具有体积小、成本低、操作简单，能应用于情况不明、高度危险、人员无法接近且使用通常手段无法实施检测的区域；环境侦测装置能代替专业人员进入事故发生环境，减少了人员受意外伤害的可能性；环境侦测装置具有移动灵活的特点，方便适用于多种特殊场景，具有广泛用途；环境侦测装置具有高度集成性，可以根据需要集成多种类型的信息采集模块，能一次性完成多种信息数据的采集。

环境侦测装置中通过一组大冗余、低成本的简单传感器协同工作，以更直接、更精确的方式对环境信息、方位信息和海拔信息进行全面检测，进而实现对复杂环境或复杂事件的精确感知。环境侦测装置具有高可靠性、高抗毁性、随需而设、即抛即用等特点，尤其适合人员无法直接进入的突发安全事故场合，比如地震、核辐射泄露、化学品泄漏、河流污染、火灾、矿难等需要快速、灵活部署的突发性灾难事件等。

上述环境侦测装置，具有体积小成本低即抛即用的优点，在应对情况不明、高度危险、人员无法接近且使用通常手段无法实施监测的紧急事故时，根据实际情况将一个或多个环境侦测装置抛掷到无法接近或存在安全隐患的环境中；

球体内部的信息采集模块能稳定地采集环境信息；信息处理模块及信息传输模块可为芯片，可集成为有无线传输芯片和编码压缩芯片的集成芯片，采集的环境信息由无线网络输出。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种环境侦测装置，其特征在于，包括球状外壳，以及设置在所述球状外壳内部的电源模块、信息采集模块、信息处理模块、信息传输模块、接口模块、方位检测模块和海拔检测模块，所述电源模块分别与所述信息采集模块、所述信息处理模块、所述信息传输模块和所述接口模块连接，所述信息处理模块分别与所述信息采集模块、所述信息传输模块和所述接口模块连接，所述接口模块分别与所述方位检测模块和所述海拔检测模块连接；

所述方位检测模块用于检测环境侦测装置所处位置的方位信息，并将检测的方位信息向所述接口模块传送；

所述海拔检测模块用于检测所述环境侦测装置所处位置的海拔信息，并将检测的海拔信息向所述接口模块发送；

所述接口模块用于接收所述方位信息和所述海拔信息，并向所述信息处理模块发送；

所述信息采集模块用于采集所述环境侦测装置所处位置的预设范围内的环境信息，并向所述信息处理模块发送；

所述信息处理模块用于接收所述方位信息、所述海拔信息和所述环境信息，并通过所述信息传输模块向接收端发送。

2.根据权利要求1所述的环境侦测装置，其特征在于，所述海拔检测模块包括依次连接的气压传感器、A/D转换电路和控制模块，所述气压传感器将检测的用于表征大气压器的电压信号传送到所述A/D转换电路，所述A/D转换电路将所述电压信号转换为数字信号后向所述控制模块发送，所述控制模块将所述数字信号转换为所述环境侦测装置所处位置的海拔信息。

3.根据权利要求2所述的环境侦测装置，其特征在于，所述海拔检测模块还包括连接在所述气压传感器和所述A/D转换电路之间的信号放大电路，所述信号放大电路将所述电压信号放大后传送到所述A/D转换电路。

4.根据权利要求3所述的环境侦测装置，其特征在于，所述海拔检测模块还包括连接在所述信号放大电路与所述A/D转换电路之间的信号滤波电路，所述信号滤波电路将放大后的电压信号滤波后传送到所述A/D转换电路。

5.根据权利要求2所述的环境侦测装置，其特征在于，所述气压传感器为高精度压力传感器MS5607。

6.根据权利要求1所述的环境侦测装置，其特征在于，所述方位检测模块包括无线定位器，所述无线定位器接收各基站发送的包括自身位置信息的射频信息、检测各射频信息的强度、将检测的强度转换为所述无线定位器与各基站间的距离、并将转换所得的距离和各基站的自身位置信息转换为所述环境侦测装置所处位置的方位信息。

7.根据权利要求1所述的环境侦测装置，其特征在于，所述信息处理模块包括编码模块，用于对所述环境信息进行压缩编码。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的环境侦测装置，其特征在于，所述信息采集模块包括多个视频传感器、音频传感器和环境信息采集传感器，所述视频传感器、所述音频传感器、所述环境信息采集传感器均与所述信息处理模块连接。

9.根据权利要求8所述的环境侦测装置，其特征在于，所述环境信息采集传感器包括以下至少一种传感器：温度传感器、湿度传感器、有害物质传感器、辐射传感器。

10.一种应急监控系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的环境侦测装置，所述信息传输模块包括无线传输模块，还包括与所述无线传输模块无线连接的接收端监控系统。