CN104950708B - 一种空中环境监测终端及环境应急监测部署系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空中环境监测终端及环境应急监测部署系统，所述空中环境监测终端包括：无人飞行器；安装在无人飞行器上的吊舱；所述吊舱包括舱体和盖设于所述舱体上的盖板；设置在所述舱体上的进气口和排气口；设置在所述舱体内、与所述进气口相连通的传感器仓；设置在所述舱体内，用于容置气泵的容置部；设置在所述舱体内的信号处理部；GPS模块；无线通信模块；本发明提供了针对高空大气污染物的监测手段，对于气态污染物高空排放和人员很难到达的区域，能够实现有效监测。

Description

一种空中环境监测终端及环境应急监测部署系统

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体为一种空中环境监测终端及环境应急监测部署系统。

背景技术

环境应急监测是环境事件应对处置的重要基础和科学依据，第一时间赶赴现场、第一时间开展监测、第一时间报送信息，对及时科学的应对环境事件十分重要。目前现有的环境监测仪器存在如下问题：针对高空大气污染物缺少相应的监测手段，很多时候无法说清气态污染物的来源和扩散；对爆炸起火或存在有毒有害气体等环境事件，需要监测人员携带仪器设备靠近危险区域，安全无法得到保障；对于需要长期连续监测的环境事件，依靠监测人员轮换值守，不能保证监测的连续性和客观性；对于气态污染物高空排放和人员很难到达的区域，基本无法开展有效监测。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种空中环境监测终端及环境应急监测部署系统。

本发明的技术手段如下：

一种空中环境监测终端，包括：

无人飞行器；

安装在无人飞行器上的吊舱；所述吊舱包括舱体和盖设于所述舱体上的盖板；

设置在所述舱体上的进气口和排气口；

设置在所述舱体内、与所述进气口相连通的传感器仓；所述传感器仓外壁上开设有至少一个用于承载气体传感器的传感器承载孔；

设置在所述舱体内，用于容置气泵的容置部；所述容置部上开设有进气孔和排气孔；所述气泵通过气管与所述进气孔和排气孔相连接；所述排气孔通过气管连接所述排气口；

设置在所述舱体内，用于对气体传感器输出的对应气体浓度的电信号进行放大、滤波、模数转换和数字隔离处理的信号处理部；

设置在所述舱体内，用于对所述空中环境监测终端进行定位的GPS模块；

以及设置在所述舱体内，用于将所述信号处理部处理后的对应气体浓度的电信号和GPS模块输出的空中环境监测终端位置信息以无线通信方式发送出去的无线通信模块；

进一步地，所述无线通信模块包括GPRS模块和433MHz无线模块。

一种环境应急监测部署系统，包括：

多个上述所述的空中环境监测终端；各空中环境监测终端分布在不同的监测子站；各空中环境监测终端通过433MHz无线模块发送空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息给地面站；各空中环境监测终端通过GPRS模块发送空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息给监控平台；

与各空中环境监测终端进行通信的地面站，该地面站接收各空中环境监测终端发送过来的空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息并实时显示；

连接各所述空中环境监测终端的监控平台；所述监控平台与气象站相连接，并装载有GIS地图；所述监控平台根据任一监测子站的空中环境监测终端发过来的至少一种气体浓度信息，建立不同气体浓度信息与时间的关系曲线，并在接收到该监测子站的查看命令后，调取各气体浓度信息与时间的关系曲线并显示；所述监控平台还根据用户在所显示的GIS地图上的圈选区域，调取存储的该圈选区域内的风险源企业位置信息，并在显示的GIS地图上的对应位置对风险源企业进行标注；

进一步地，所述监控平台还根据输入的气体浓度信息、泄漏的气体量、泄漏位置，结合由气象站获取的气象数据，利用slab模型得出气体的扩散方向、扩散范围和浓度分布；

进一步地，所述监控平台在接收到任一气体的查看命令后，调取各监测子站的该气体的最新浓度信息并显示；

进一步地，所述监控平台还用于当任一气体浓度信息超过安全阈值时进行告警；

进一步地，所述监控平台还用于调取某一时间段的气体浓度信息变化数据并显示；

进一步地，所述无人飞行器包括多旋翼无人飞行器和固定翼无人飞行器。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种空中环境监测终端及环境应急监测部署系统，提供了针对高空大气污染物的监测手段，对于气态污染物高空排放和人员很难到达的区域，能够实现有效监测，便于确定气态污染物的来源和扩散，能够开展长距离快速监测、高空监测和长期连续监测，本发明体积重量适中，既保证较好的便携性，又具有足够的结构稳定性，可以进入人员无法到达的危险区域开展监测，快速的获取第一手监测数据，保障人员安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明环境监测终端及环境应急监测快速部署系统的结构框图；

图2和图3是本发明所述空中环境监测终端的结构示意图。

图中：1、舱体，2、盖板，3、进气口，4、排气口，5、传感器仓，6、容置部，7、气泵，8、气管，9、固定件，10、天线口，11、电池，51、传感器承载孔，61、进气孔，62、排气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2和图3所示的一种空中环境监测终端，包括：无人飞行器；安装在无人飞行器上的吊舱；所述吊舱包括舱体1和盖设于所述舱体1上的盖板2；设置在所述舱体1上的进气口3和排气口4；设置在所述舱体1内、与所述进气口3相连通的传感器仓5；所述传感器仓5外壁上开设有至少一个用于承载气体传感器的传感器承载孔51；设置在所述舱体1内，用于容置气泵7的容置部6；所述容置部6上开设有进气孔61和排气孔62；所述气泵7通过气管8与所述进气孔61和排气孔62相连接；所述排气孔62通过气管8连接所述排气口4；设置在所述舱体1内，用于对气体传感器输出的对应气体浓度的电信号进行放大、滤波、模数转换和数字隔离处理的信号处理部；设置在所述舱体1内，用于对所述空中环境监测终端进行定位的GPS模块；以及设置在所述舱体1内，用于将所述信号处理部处理后的对应气体浓度的电信号和GPS模块输出的空中环境监测终端位置信息以无线通信方式发送出去的无线通信模块；进一步地，所述无线通信模块包括GPRS模块和433MHz无线模块；所述吊舱采用铝合金和碳纤维复合外壳；所述舱体1上还设置有天线口10，用于引出GPS模块和无线通信模块的天线；所述舱体1背面安装有电池11，该电池11可以采用锂电池11；所述信号处理部、GPS模块和无线通信模块集成在一电路板上，所述电路板放置于所述舱体1内，如图2所示，舱体1内设置有若干个固定件9，所述电路板通过所述固定件9安装在舱体1内，由于吊舱要求体积小、重量轻，所述电路板采用高集成多层电路板设计，所述电路板还集成有用于对所述信号处理部处理后的对应气体浓度的电信号和GPS模块输出的空中环境监测终端位置信息进行存储的本地存储器。

如图1所示的一种环境应急监测部署系统，包括：多个上述所述的空中环境监测终端；各空中环境监测终端分布在不同的监测子站；各空中环境监测终端通过433MHz无线模块发送空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息给地面站；各空中环境监测终端通过GPRS模块发送空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息给监控平台；与各空中环境监测终端进行通信的地面站，该地面站接收各空中环境监测终端发送过来的空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息并实时显示；连接各所述空中环境监测终端的监控平台；所述监控平台与气象站相连接，并装载有GIS地图；所述监控平台根据任一监测子站的空中环境监测终端发过来的至少一种气体浓度信息，建立不同气体浓度信息与时间的关系曲线，并在接收到该监测子站的查看命令后，调取各气体浓度信息与时间的关系曲线并显示；所述监控平台还根据用户在所显示的GIS地图上的圈选区域，调取存储的该圈选区域内的风险源企业位置信息，并在显示的GIS地图上的对应位置对风险源企业进行标注；进一步地，所述监控平台还根据输入的气体浓度信息、泄漏的气体量、泄漏位置，结合由气象站获取的气象数据，利用slab模型得出气体的扩散方向、扩散范围和浓度分布；进一步地，所述监控平台在接收到任一气体的查看命令后，调取各监测子站的该气体的最新浓度信息并显示；进一步地，所述监控平台还用于当任一气体浓度信息超过安全阈值时进行告警；进一步地，所述监控平台还用于调取某一时间段的气体浓度信息变化数据并显示；进一步地，所述无人飞行器包括多旋翼无人飞行器和固定翼无人飞行器；进一步地，所述监控平台还用于在告警时提示告警级别，并记录告警时间；所述监控平台还存储有危险气体信息库，该危险气体信息库具体包括危险气体的理化常数、环境影响、监测方法、环境标准和应急处理方法；所述监控平台还用于在接收到某一风险源企业的查看命令后，调取该风险源企业的基本信息、周边环境情况、敏感点和风险源防范措施，在显示的GIS地图上选定风险源企业，监控平台将调取存储的企业基本信息、周边环境情况、敏感点和风险源防范措施并显示；各监测子站名称信息以列表形式显示在GIS地图左侧，通过用户双击列表中监测子站名称以实现监测子站的各气体浓度信息的查看；所述地面站还用于接收无人飞行器控制指令并控制无人飞行器的飞行状态。

本发明空中环境监测终端的检测数据(包括气体浓度信息和位置信息)采用本地存储、GPRS公网传输和433MHz私网传输三种方式。具体地，检测数据可以以1sec的时间间隔高速存储到吊舱的本地存储器中，保证了数据的完整性，以5sec为间隔通过GPRS网络上传到监控平台，方便监测人员远程查看，并在地面站同步显示，保证地面人员能有效控制飞机跟踪污染物扩散。

本发明所述空中环境监测终端包括吊舱和无人飞行器两部分，其中吊舱为保证体积重量能满足要求，采用非模块化设计，将传感器、信号处理电路、气路部分、通信部分和定位部分均封装在盖板和舱体构成的容纳空间内；无人飞行器使用市场上成熟的产品，根据用途不同，可以选用六轴多旋翼飞行器和电动固定翼飞行器两种无人飞行器；本发明置于容置部内的气泵通过气管和进气孔抽入待测空气，待测空气由进气口进入传感器仓，经由传感器仓进入舱体，传感器承载孔上承载的气体传感器实现气体浓度信号的采集，气泵通过气管、容置部上开设的排气孔和舱体上的排气口将空气排出。

本发明提供了针对高空大气污染物的监测手段，对于气态污染物高空排放和人员很难到达的区域，能够实现有效监测，便于确定气态污染物的来源和扩散，能够开展长距离快速监测、高空监测和长期连续监测，本发明体积重量适中，既保证较好的便携性，又具有足够的结构稳定性，可以进入人员无法到达的危险区域开展监测，快速的获取第一手监测数据，保障人员安全。

本发明吊舱体积小、重量轻和抗震性好的优点非常适合与无人飞行器相结合，轻松到达监测人员无法到达的区域开展监测，为空中气体污染物的垂直分布监测提供了可能的监测手段。

本发明slab模型是现有技术中用于重气释放源的大气扩散模型，是典型的浅层模型，是目前在世界范围内被广泛验证并接受的作为公众环境有害物质泄漏事故管理和评估的技术模型，在美国、加拿大、墨西哥、日本等国家被认定为风险评价的法规模型，并且在多个国家的安全管理法中作为应急反应计划的制定基础，该模型在国内的应用随着国家环保部引进国际先进模型而快速发展，石油、冶金、发电等行业设计院逐步开始使用slab模型进行风险评价，各地环境科学研究院也开始尝试使用slab模型研究风险相关科研项目的课题，该模型能够处理4种不同的释放源：地面池蒸发、高于地面的水平射流、一组或高于地面的射流以及瞬时体积源，具有使用简单和快速的优点。本发明存储的风险源相关的各种信息可以来源于根据大连市环保局2005年开展的全市环境安全隐患排查和2010年全市石油加工和炼焦业、化工原料及化学制品制造业、医药制造业三大类行业调查。

本发明传感器承载孔所承载的气体传感器可更换，拓展性强，能够实现不同所需气体的检测。通过空中环境监测终端负责前端气体浓度信息环境监测数据的采集，检测精度高，能够对污染物浓度变化产生及时的响应，吊舱具有良好的便携性和结构稳定性，能够很方便被部署到指定位置。监测数据通过内置的无线通信模块实时上传到监控平台和地面站。本发明信号处理部用于对气体传感器输出的对应气体浓度的电信号进行放大、滤波、模数转换和数字隔离处理，具体地，所述信号处理部包括依次连接的放大电路、滤波电路、模数转换电路和数字隔离电路。

本发明环境应急监测部署系统大幅度提高了工作效率，减少了人力物力的消耗，提高了应急响应速度，强化环境监测信息化水平，利于环境监测的快速有效部署、操作简单、检测准确和维护方便，能够满足环境标准和应急监测的工作需要；利用模型预测气体扩散范围，便于指导应急监测点位的布设，大幅度提高环境监测布点的科学性，有效降低人工布点的盲目性，提高监测点位选择的科学性，保证应急监测结果的可靠有效，同时环境监测终端产生的监测数据，也可以对模型预测的准确性进行验证。本发明监控平台还可以提供环境标准查询功能，通过标准名称和文件类型的选择进行标准查询，并可以上传标准，具体包括大气污染物综合排放标准、火电厂大气污染物排放标准，锅炉大气污染物排放标准，恶臭污染物排放标准。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环境应急监测部署系统，其特征在于，所述系统包括：

多个空中环境监测终端；各空中环境监测终端分布在不同的监测子站；各空中环境监测终端通过433MHz无线模块发送空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息给地面站；各空中环境监测终端通过GPRS模块发送空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息给监控平台；其中，所述空中环境监测终端包括：无人飞行器；安装在无人飞行器上的吊舱；所述吊舱包括舱体和盖设于所述舱体上的盖板；设置在所述舱体上的进气口和排气口；设置在所述舱体内、与所述进气口相连通的传感器仓；所述传感器仓外壁上开设有至少一个用于承载气体传感器的传感器承载孔；设置在所述舱体内，用于容置气泵的容置部；所述容置部上开设有进气孔和排气孔；所述气泵通过气管与所述进气孔和排气孔相连接；所述排气孔通过气管连接所述排气口；设置在所述舱体内，用于对气体传感器输出的对应气体浓度的电信号进行放大、滤波、模数转换和数字隔离处理的信号处理部；设置在所述舱体内，用于对所述空中环境监测终端进行定位的GPS模块；以及设置在所述舱体内，用于将所述信号处理部处理后的对应气体浓度的电信号和GPS模块输出的空中环境监测终端位置信息以无线通信方式发送出去的无线通信模块；所述无线通信模块包括GPRS模块和433MHz无线模块；

与各空中环境监测终端进行通信的地面站，该地面站接收各空中环境监测终端发送过来的空中环境监测终端位置信息和所在监测子站的气体浓度信息并实时显示；

连接各所述空中环境监测终端的监控平台；所述监控平台与气象站相连接，并装载有GIS地图；所述监控平台根据任一监测子站的空中环境监测终端发过来的至少一种气体浓度信息，建立不同气体浓度信息与时间的关系曲线，并在接收到该监测子站的查看命令后，调取各气体浓度信息与时间的关系曲线并显示；所述监控平台还根据用户在所显示的GIS地图上的圈选区域，调取存储的该圈选区域内的风险源企业位置信息，并在显示的GIS地图上的对应位置对风险源企业进行标注。

2.根据权利要求1所述的环境应急监测部署系统，其特征在于所述监控平台还根据输入的气体浓度信息、泄漏的气体量、泄漏位置，结合由气象站获取的气象数据，利用slab模型得出气体的扩散方向、扩散范围和浓度分布。

3.根据权利要求1所述的环境应急监测部署系统，其特征在于所述监控平台在接收到任一气体的查看命令后，调取各监测子站的该气体的最新浓度信息并显示。

4.根据权利要求1所述的环境应急监测部署系统，其特征在于所述监控平台还用于当任一气体浓度信息超过安全阈值时进行告警。

5.根据权利要求1所述的环境应急监测部署系统，其特征在于所述监控平台还用于调取某一时间段的气体浓度信息变化数据并显示。

6.根据权利要求1所述的环境应急监测部署系统，其特征在于所述无人飞行器包括多旋翼无人飞行器和固定翼无人飞行器。