CN109166282A - 一种石油泄漏污染环境的报警终端及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了石油管道检测技术领域中的一种石油泄漏污染环境的报警终端及其实现方法，该报警终端包括报警装置探针和报警装置顶壳，报警装置探针的下侧设有若干石油元素采集板，石油元素采集板的探测位槽内侧设有微动开关、纳米孔聚合物及离子选择性电极探测探头，报警装置顶壳内设有环境污染报警控制主板和电源控制主板，环境污染报警控制主板内设有环境污染控制DSP集成模块、环境污染数据分析模块、自动电位探测板以及石油有机物检测探头；该方法包括安装、通电自检、定时采样、数据对比并确定是否泄漏、上报泄漏信息等步骤。本发明实现了石油泄漏的自动检测及上报，泄漏数据探测准确、精度高，节约了人力、物力和财力，减少了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及石油管道检测技术领域，具体的说，是涉及一种石油泄漏污染环境的报警终端及其实现方法。
背景技术
在输油管道运行过程中，由于人为打孔、施工震动、腐蚀穿孔及其它外力破坏等原因，泄漏事故时有发生，给油田造成了巨大的经济损失。特别是有组织的打孔盗油活动严重干扰了正常的输油生产，也带来了重大安全隐患。因此，泄漏监测不仅成为输油管道安全生产管理的重要工作内容，也是保证管道正常运行不可缺少的保障。
输油管道泄漏自动监测技术在国外得到了广泛的应用，由于历史原因，我国建国初期技术和工艺底子差，石油管线制造工艺、防护措施差，再加上管内几十年的腐蚀综合以上因素，多地发生管线泄漏事故，不可避免地渗入并残留于土壤环境中，并对其造成危害。由于石油类污染物对土壤性质的影响非常显著且至今没有安全妥善的措施，因此，石油对植物、动物以及人体的影响是极具破坏性的。
石油污染过程中，报警系统的设计存在报警数量大、误报警或者无效报警多等技术难题，因此找到石油泄漏后，在影响生态安全之前有可靠低成本的对应方案和设备是当务之急。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种石油泄漏污染环境的报警终端及其实现方法。
本发明技术方案如下所述：
一种石油泄漏污染环境的报警终端，其特征在于，包括报警装置探针和报警装置顶壳，所述报警装置探针位于所述报警装置顶壳的下端：
所述报警装置探针的下侧设有若干深度不同的石油元素采集板，所述石油元素采集板的探测位槽内侧设有若干均匀分布的微动开关，所述探测位槽的内部空间设有石油吸附可溶胀的纳米孔聚合物，所述纳米孔聚合物内设有离子选择性电极探测探头，所述纳米孔聚合物与石油中的有机混合物接触接触膨胀后，与所述微动开关上的报警压板挤压接触；
所述报警装置顶壳内设有环境污染报警控制主板和电源控制主板，所述电源控制主板为所述环境污染报警控制主板供电，所述环境污染报警控制主板内设有环境污染控制DSP集成模块、环境污染数据分析模块、自动电位探测板以及石油有机物检测探头，所述环境污染控制DSP集成模块通过所述自动电位探测板与所述石油有机物检测探头连接，所述石油有机物检测探头与所述微动开关电气连接。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述石油元素采集板还包括外壳和固定卡槽，所述微动开关设于所述外壳的内侧，所述纳米孔聚合物通过固定卡槽固定在所述外壳上，所述离子选择性电极探测探头位于所述纳米孔聚合物中央。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述电源控制主板内设有电源控制电路休眠模块、太阳能转电模块以及电源混合接入模块，所述太阳能转电模块和所述电源混合接入模块均与所述电源控制电路休眠模块连接。
进一步的，所述电源控制主板内还设有电源稳压短路保护模块，所述电源稳压短路保护模块与所述电源控制电路休眠模块、所述电源混合接入模块连接。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述环境污染报警控制主板上还设有广角高清图像抓拍采集模块，所述广角高清图像抓拍采集模块与所述环境污染控制DSP集成模块连接，所述广角高清图像抓拍采集模块与所述报警装置顶壳内的高清抓拍机连接。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述环境污染报警控制主板上还设有无线通讯模块和北斗定位模块，所述无线通讯模块和所述北斗定位模块均与所述环境污染控制DSP集成模块连接，所述无线通讯模块和所述北斗定位模块与所述报警装置顶壳内的定位、通讯器连接，所述环境污染控制DSP集成模块通过所述无线通讯模块与云端进行通讯。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述环境污染报警控制主板上还设有设备激活、自检模块，所述环境污染控制DSP集成模块通过设备激活、自检模块与状态指示灯连接。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述报警装置探针的上端表面设有埋入深度标识。
另一方面，一种油泄漏污染环境的报警终端的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在需要进行检测的区域，安装上述的石油泄漏污染环境的报警终端；
步骤2、所述报警终端通电自检，环境污染控制DSP集成模块启动单片机执行系统自检程序和看门狗程序：若无异常，则所述环境污染控制DSP集成模块驱动各个石油元素采集板自动采集现场数据，并将定位信息、环境信息上传到云服务器或专网服务器监控端，成为初始数据，若有异常则提醒工作人员进行调整；
步骤3、所述环境污染控制DSP集成模块定时采集取样范围内的石油泄漏数据，若无石油泄漏环境时，则重复进行定时采样，若石油泄漏则进行下一步；
步骤4、石油泄漏后，纳米孔聚合物吸附石油内的有机混合物并膨胀，每个探测位槽内微动开关的报警压板在所述纳米孔聚合物的挤压下，给所述微动开关不断触发短接信号；
步骤5、所述环境污染控制DSP集成模块接收到该短接信号，确认为报警输入端口的电平信号，所述环境污染控制DSP集成模块通过逻辑电路输出报警消息，石油元素采集板内的离子选择性电极探测探头及探测板通电，所述离子选择性电极探测探头采集石油烃类化合物电位的变化数值，电位的变化数值与环境污染数据分析模块里石油元素化学反应平衡常数做对比；
步骤6、当探测到的电位变化数值高于所述环境污染数据分析模块内预设阀值，所述环境污染控制DSP集成模块启动报警事件上报初始化流程：不同深度的探测位在吸附和化学反应下判别有机物含量采集信息后，所述环境污染数据分析模块录并分析检测指标数值波动，所述环境污染控制DSP集成模块和所述环境污染数据分析模块校正并计算石油有机物含量触发报警；
步骤7、经过若干次固定时间的检查流程后，石油元素化学反应平衡常数被记录在内存、并经过所述环境污染数据分析模块的校正、对比计算后，其元素含量的数值被更新到内存里，通过探测位获取到不同数值做综合逻辑判断，形成泄漏报警及石油元素含量的报文字符串；
步骤8、所述环境污染控制DSP集成模块发出指令，授权无线通讯模块上传数据信息到云管理服务器或专网服务器，并通过北斗定位模块提示原油外输管线的漏点经纬信息，完成石油泄漏污染环境的检测及汇报工作。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤3中，当无石油泄漏环境时，电源控制主板启动休眠模式；当石油泄漏后，所述环境污染控制DSP集成模块初始化控制信号给电源控制主板，所述电源控制主板结束休眠模式。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤5中，将石油元素化学反应平衡常数作为所述环境污染数据分析模块的报警阀值，以过程参数的报警阀值作为操纵变量，从最小化误报和漏报警概率的角度构造目标函数，并采用数值优化的方法求解出最优的报警阈值。
进一步的，具体包括以下步骤：
（1）缓存数据仓库预处理：对过程参数的原始数据进行数学归一化处理；
（2）环境污染数据密度分析以经过数学处理后的数据作为输入，运用核密度的方法估计过程参数的概率密度，获得正常和异常状态的函数曲线；
（3）环境控制DSP函数拟合：根据密度函数曲线，拟合出符合高斯分布的概率密度函数表达式，建立报警阀值优化的目标函数；
（4）环境污染数据阈值求解：利用数值优化的方法对目标函数进行求解，输出最优的报警阀值。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤5中，电位的变化数值与环境污染数据分析模块里石油元素化学反应平衡常数做对比的过程中：
所述离子选择性电极探测探头采集吸附在所述纳米孔聚合物里的石油烃各类化合物，测量油烃各类化合物离子的活度与浓度，所述离子选择性电极探测探头在零电流条件下测定离子电极间的电位差，所述离子选择性电极探测探头的指示电极和参比电极在石油烃各类化合物中组成测定离子浓度的电池，采用电池电动势的计算方法来获取电位数值，即：
E=E(标准)－RT(lnJ)/zF
其中E＝正极电极电势－负极电极电势；
J为与平衡常数相同形式的反应商，其值是即时的值；
z为总反应转移的电子数；
F为法拉第常数。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于：
本发明采用吸附石油里的有机混合物应激化学反应，通过体积和形态的变化，机械式的触发报警微动开关，实现了石油泄漏污染的报警远程采样和警情及时发现，数据采集更加精准、及时，解放人力成本，报警实时查看和定位，解决警情无法及时获知、漏报、误报的痛点；
本发明采用多个不同深度的探测位来采集石油元素，通过检测指标数值波动，效正并计算泄漏元素的含量，泄漏的程度，其数据反复验算后给到后台，数据收集更加全面、精准，减少设备的误报率；
本发明设备使用简便，部署移动灵活，解决了管线发展速度快，技术跟不上的痛点，通过与云端连接，实现数据的集中化处理，提升数据上传能力和设备在线的资产管理，同时节省了人力物力的投入；
设备能耗低，节省了能源的浪费。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中微动开关分布的侧面剖视图。
图3为本发明中微动开关分布的俯视图。
图4为本发明中控制系统结构图。
图5为本发明中自动电位探测板实现的电路原理图。
图6为本发明的实现流程图。
图7为本发明中DSP检测应激反应触发短路电路原理图。
在图中，10、报警装置探针；20、太阳能采集板；30、高清抓拍机；40、定位、通讯器；50、埋入深度标识；60、石油元素采集板；601、微动开关；602、离子选择性电极探测探头；603、纳米孔聚合物；604、外壳；605、固定卡槽；61、第一石油元素采集板；62、第二石油元素采集板；63、第三石油元素采集板；64、第四石油元素采集板。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
如图1所示，一种石油泄漏污染环境的报警终端，包括报警装置探针和报警装置顶壳，报警装置探针位于报警装置顶壳的下端。
报警装置探针的下侧设有若干深度不同的石油元素采集板，石油元素采集板的探测位槽内侧设有若干均匀分布的微动开关，探测位槽的内部空间设有石油吸附可溶胀的纳米孔聚合物，纳米孔聚合物内设有离子选择性电极探测探头，纳米孔聚合物与石油中的有机混合物接触接触膨胀后，与微动开关上的报警压板挤压接触。
在本实施例中，石油元素采集板包括了第一石油元素采集板61、第二石油元素采集板62、第三石油元素采集板63以及第四石油元素采集板64。
石油由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素，可溶于多种有机溶剂、不溶于水，但可与土壤的水份形成乳状液。当石油泄漏后，释放出大量化学物质的酸、重金属、硫、胶、烷烃、环烷烃、芳香烃等造成环境污染，由于石油泄漏时为粘油状液体，主要成分为烃类化合物占80%-90%。
报警装置探针的上端表面设有埋入深度标识，用来辨别深入地下的深度，便于工作人员进行识别和操作。由于烃类化合物是非极性有机物，地表的石油可以在重力作用下入渗，其渗入土壤深度为0.2-0.8M，也可能随地面水或雨水沿着土壤毛细管孔隙向下渗透污染更深层的土壤，甚至进一步向下淋滤污染地下水。因此本发明中报警装置探针底端到埋入深度标识底端距离为0.5m，其距离埋入深度标识的顶端为1.5m，使得本发明可以充分对土壤中的石油泄漏物进行检测。
报警装置顶壳内还设有高清抓拍机、太阳能采集板及定位、通讯器，高清抓拍机对采集现场的图像进行高清采集，太阳能采集板采集太阳能并未整个报警终端供电，定位、通讯器用来对该报警装置进行定位，并与云服务器或专网服务器监控端通讯。
由于石油类污染物质在土壤入渗过程中，由于土壤中存在着大量的有机和无机的胶体，使得进入土壤中的污染物不断地被吸附，使得石油类污染物质在土壤中出现迁移转化过程。因此，本发明中报警装置顶壳上还设有空气采集孔，用来采集地下泄漏并挥发到空气中的石油气体，通过4个石油元素采集板及空气采集孔分别探测地下不同深度的污染源、地面上的石油挥发出来化学气体，使得更加全面采集数据。
如图2-3所示，石油元素采集板还包括外壳和固定卡槽，外壳的截面呈圆环形，微动开关设于外壳的内侧，纳米孔聚合物通过固定卡槽固定在外壳上，离子选择性电极探测探头位于纳米孔聚合物中央。
纳米孔聚合物的强吸附性除与它的孔隙结构和巨大的比表面积有关外（其比表面积可达550-1700m2/g），也与细孔的形状和分布及表面化学性质有关，因此纳米孔聚合物设置成外形为直径0.05M、高0.03M的圆柱体，并套装在报警装置的探针内壁的固定卡槽中，探针内壁的微动开关的压板与该材料有0.001M的间隙，使得微动开关的数据采集更加精准。在本实施例中，12个微动开关以4×3的排列方式均匀分布在外壳的内侧，这样的排列方式使得探测到的石油泄漏数据更加准确。
如图4所示，报警装置顶壳内设有环境污染报警控制主板和电源控制主板，电源控制主板为环境污染报警控制主板供电，环境污染报警控制主板内设有环境污染控制DSP集成模块、环境污染数据分析模块、自动电位探测板以及石油有机物检测探头，环境污染控制DSP集成模块通过自动电位探测板与石油有机物检测探头连接，石油有机物检测探头与微动开关电气连接。
环境污染报警控制主板上设有广角高清图像抓拍采集模块，广角高清图像抓拍采集模块与环境污染控制DSP集成模块连接，广角高清图像抓拍采集模块与报警装置顶壳内的高清抓拍机连接；环境污染报警控制主板上还设有无线通讯模块（优选为4G通讯模块或5G通讯模块）和北斗定位模块，无线通讯模块和北斗定位模块均与环境污染控制DSP集成模块连接，无线通讯模块和北斗定位模块与报警装置顶壳内的定位、通讯器连接，环境污染控制DSP集成模块通过无线通讯模块与云端进行通讯；环境污染报警控制主板上还设有设备激活、自检模块，环境污染控制DSP集成模块通过设备激活、自检模块与状态指示灯连接，通过设备激活、自检模块，整个报警装置实现自检及激活，其与电源控制主板的休眠模式相配合，实现报警终端的休眠，节省了能源。
电源控制主板内设有电源控制电路休眠模块、太阳能转电模块以及电源混合接入模块，太阳能转电模块和电源混合接入模块均与电源控制电路休眠模块连接，实现电源控制主板进入和退出休眠模式，节省能源。电源控制主板内还设有电源稳压短路保护模块，电源稳压短路保护模块与电源控制电路休眠模块、电源混合接入模块连接，电源稳压短路保护模块实现电源控制主板的稳压及短路保护。
如图5所示，在自动电位探测板实现自动电位探测的过程中：
探测物通过薄膜扩散到传感器内，并与工作电极（RE）向放大器U2-A（左侧）提供反馈，以便通过改变反电极（CE）上的电压，保持（WE）引脚的恒定电位。
（WE）引脚上的电流方向取决于传感器内发生的反应是反应还是还原。电流会流入工作电极（RE），这要求反电极（CE）相对于工作电极（RE）处于负电压（通常为300mV-400mV）。驱动（CE）引脚的运算放大器U2-A相对于Vref应具有正负1V的输出电压范围，将石油元素探测电压输出，从而提供充足信号源。流入（WE）引脚的电流对于石油元素浓度低时电流转换为输出极低输入偏置电流的跨阻放大器。向放大器U2-A从（CE）引脚吸取足够电流，以便在传感器的（WE）和（RE）引脚间保持OV电位。（RE）引脚连接到放大器U2-A的反相输入。此时其中无电流流动。
随石油元素浓度呈现线性变化，跨阻放大器U2-B（右侧）将传感器电流转换为石油元素浓度成正比的电压，形成串行数据上传。
如图6所示，一种油泄漏污染环境的报警终端的实现方法，包括以下步骤：
1、在需要进行检测的区域，安装上述的石油泄漏污染环境的报警终端。
直接将棒尖插入沙土、淤泥、碎石等地质环境，根据现场情况插入深度达到设备深度标识区域即可。然后左右旋转，让4处探测位槽充分与地下物质接触采集石油元素，设备头部有空气采集孔来采集空气石油元素。具体的：
选择距离管线5M左右地下无暗埋管线、管道、线路安装地点，地面需找平后，再稳定固定手转转孔器，选择直径0.06M的转头，用手转向下转出0.8M/1M/1.2M/1.4M的深度；用手挤压4个探测位报警信号是否有输出。
2、安装人员用专业授权手持设备激活报警终端，太阳能转电板将太阳能转换为电能，为各个系统供电；报警终端通电自检，环境污染控制DSP集成模块启动单片机执行系统自检程序和看门狗程序：
查看指示灯，若无异常，则用手机APP扫码设备二维码，注册设备，上传设备信息，授权激活，环境污染控制DSP集成模块驱动各个石油元素采集板自动采集现场数据，并将定位信息、环境信息上传到云服务器或专网服务器监控端，成为初始数据；若有异常则提醒工作人员进行调整。
3、如图7所示，环境污染控制DSP集成模块定时采集取样范围内的石油泄漏数据，若无石油泄漏环境时，则重复进行定时采样，若石油泄漏则进行下一步。其中环境污染控制DSP集成模块内的处理芯片型号为ADSP-SC570。
当无石油泄漏环境时，电源控制主板启动休眠模式；当石油泄漏后，环境污染控制DSP集成模块初始化控制信号给电源控制主板，电源控制主板结束休眠模式。
4、石油泄漏后，报警装置采用吸附石油里的有机混合物应激化学反应来实现物理接触式触发报警信号，具体的：纳米孔聚合物吸附石油内的有机混合物并膨胀，每个探测位槽内微动开关的报警压板在纳米孔聚合物的挤压下，给微动开关不断触发短接信号。
当有石油泄漏后，可溶胀的纳米孔聚合物通过吸附石油里的有机混合物，可溶胀的纳米孔聚合物的非极性特质与石油有机物快速接触融合反应形成快速吸附，从而让其空隙被大量填充，随后聚合物逐渐开始膨胀；同时，在可溶胀的纳米孔聚合物的空隙里的石油烃类化合物在电位探测氧化絮凝物充分结合下做氧化还原反应，纳米孔聚合物粗糙表面将石油有机物氧化分解的沉淀物再次吸附，造成溶胀的纳米孔聚合物附着的无机胶体脱氧后干燥反应。
最后，纳米孔聚合物快速向四周膨胀0.002米，此时，每处探测位分布有12个微动开关，每个微动开关的压板会先后在溶胀的纳米孔聚合物的物理挤压下，给微动开关不停的触发短接信号，形成了应激式的化学反应触发报警信号。具体的：石油元素采集板内的离子选择性电极探测探头内固定有离子选择性电极探测集成电路板（即探测板，电路采用的芯片型号为EV-COG-AD4050），探测板与离子选择性电极探测探头通过信号线连接，离子选择性电极探测探头埋置于可溶胀的纳米孔聚合物内，在通过聚合物膨胀后体积和物理空间挤压压力的变化让微动开关被触发，报警线路形成短路电气回路（短接信号）。
5、环境污染控制DSP集成模块接收到该短接信号，确认为报警输入端口的电平信号，环境污染控制DSP集成模块通过逻辑电路输出报警消息，并将初始化控制信号发送至电源控制板的电源控制电路休眠模块，石油元素采集板内的离子选择性电极探测探头及探测板通电。离子选择性电极探测探头采集石油烃类化合物电位的变化数值，电位的变化数值与环境污染数据分析模块里石油元素化学反应平衡常数做对比。
具体计算方法为：离子选择性电极探测探头采集吸附在纳米孔聚合物里的石油烃各类化合物，测量油烃各类化合物离子的活度与浓度，离子选择性电极探测探头在零电流条件下测定离子电极间的电位差，离子选择性电极探测探头的指示电极和参比电极在石油烃各类化合物中组成测定离子浓度的电池，采用电池电动势的计算方法来获取电位数值，即：
E=E(标准)－RT(lnJ)/zF
其中E＝正极电极电势－负极电极电势；J为与平衡常数相同形式的反应商，其值是即时的值；z为总反应转移的电子数；F为法拉第常数。
6、当探测到的电位变化数值高于环境污染数据分析模块内预设阀值，环境污染控制DSP集成模块启动报警事件上报初始化流程：不同深度的探测位在吸附和化学反应下判别有机物含量采集信息后，环境污染数据分析模块录并分析检测指标数值波动，环境污染控制DSP集成模块和环境污染数据分析模块校正并计算石油有机物含量触发报警。
7、经过若干次固定时间的检查流程后（本实施例中设定为5次间隔10分钟），石油元素化学反应平衡常数被记录在内存、并经过环境污染数据分析模块的校正、对比计算后，其元素含量的数值被更新到内存里；再通过探测位获取到不同数值做综合逻辑判断；最后形成泄漏报警及石油元素含量的报文字符串。
8、环境污染控制DSP集成模块发出指令，授权无线通讯模块上传数据信息到云管理服务器或专网服务器，并通过北斗定位模块提示原油外输管线的漏点经纬信息，完成石油泄漏污染环境的检测及汇报工作。
本发明在实现数据采集及泄漏报警的过程中，还具有低误报率的特点：
1、首先，由于石油污染过程中，报警系统的设计存在报警数量大、误报警或者无效报警多等技术难题。如果报警阈值过大，就可能会漏掉某些重要的报警；反之，阈值太小则会引起过多的无效报警。为了提高过程报警系统的性能，需要对步骤5中过程参数的报警阈值进行优化设置。
本发明采用石油元素化学反应平衡常数是否与环境污染数据分析模块里的预设阀值不同来报警，因此报警触发前做判断是基于历史数据，采用非参数统计中的核密度法估计过程参数的报警状态。将石油元素化学反应平衡常数作为环境污染数据分析模块的报警阀值，以过程参数的报警阀值作为操纵变量，从最小化误报和漏报警概率的角度构造目标函数，并采用数值优化的方法求解出最优的报警阈值。具体包括以下过程：
A.缓存数据仓库预处理：对过程参数的原始数据进行数学归一化处理；
B.环境污染数据密度分析以经过数学处理后的数据作为输入，运用核密度的方法估计过程参数的概率密度，获得正常和异常状态的函数曲线；
C.环境控制DSP函数拟合：根据密度函数曲线，拟合出符合高斯分布的概率密度函数表达式，建立报警阀值优化的目标函数；
D.环境污染数据阈值求解：利用数值优化的方法对目标函数进行求解，输出最优的报警阀值。
2、其次，在形成泄漏报警的过程中，由于有4×12组合开关报警触发点，48个报警开关被触发时，系统获得报警消息回传数量非常多，因此采用2进制进行数据传输，可以获得更多的有效数据。
环境污染控制DSP控制模块不断的获取离子选择性电极探测探头的2进制byte数组，同时环境污染控制DSP控制模块发出指令让缓存建立数据仓库接收2进制byte数组报警信息数据，环境污染控制DSP控制模块调用环境污染数据分析模块里预置阈值获取的函数做判断，调用实现有以下三种：
（1）[THR,SORH,KEEPAPP,CRIT]=ddencmp(IN1,IN2,X)
（2）[THR,SORH,KEEPAPP,CRIT]=ddencmp(IN1,'wp',X)
（3）[THR,SORH,KEEPAPP,CRIT]=ddencmp(IN1,'wv',X)
上述函数用于获取信号在消噪或压缩过程中的预置阈值。其中，输入参数X为一维或二维信号；IN1取值为'den'或'cmp'，'den'表示进行去噪，'cmp'表示进行压缩；IN2取值为'wv'或'wp'，wv表示选择小波，wp表示选择小波包；返回值THR是返回的预置阈值。
优选的，由于环境控制DSP控制模块需要在具体识别出石油元素的数据（类别、浓度等），报警字符串包括标识符、帧长度、浓度数值、累加和，其中浓度数值一个字节有八位，可记录八个石油元素信息（探头获取到的最大浓度八个元素），因此预置阀值与报警实时数据做对比之前需要做2进制转码16进制报警字符串，其中规定从Bit0-Bit7对应CH0-CH7。
例如：0x11--0001 0001，表示当前数据解析为：第0种石油元素和第4种石油元素数值为0，0为浓度异常；
环境污染控制DSP控制模块获取到实时信息为16进制字符串，4-5位代表石油元素的实时状态，以此保证系统获得具体无失真的误报信息数据。
3、另外，由于地下四个探测位和地面空气探测，形成了48个地下探头加1个地面气体探头组成探测网。在高密度的探测环境下，在报警信息上做比对、分组、优先排序算法筛选。
在环境污染控制DSP控制模块处理下，将实时的数据作为参数变量的历史数据作为输入到环境污染数据分析模块，环境污染数据分析模块运用动态模糊聚类法对其过程参数进行分组，用模糊差异驱动决策算法排序了报警的优先级，实时监视设备过程变量的参数值，一旦超过了设定的报警阈值，进一步的做报警事件等级的上升。
石油泄漏报警发生是需要一个过程的，过程参数的变化是一个时间的函数，分析其梯度的变化情况，如果偏离了正常值，则判定为异常状况。报警阈值的设置属于模式识别中的分类问题，通过设置合理的报警阈值将正常状态的数据与异常或故障状态的数据区分开来。已知各类别的先验概率和类条件概率密度函数，计算出各类别的后验概率，比较各类别后验概率的大小进行分类。将先验概率的取值与系统的实时状态联系起来，随着系统的状态不断变化，这样对系统的状态判断更加准确。
在装置内部环境污染控制DSP控制模块、环境污染数据分析模块等运用阈值优化的新算法对数据进行一系列地处理后，将基础报警信息提炼共性信息，生成经过算法处理过的的报警阈值、对比信息、确认的报警事件信息，这样硬件实际上对报警状态下的石油元素的浓度做出信息收集、计算、对比、确认报警的流程处置，由此达到石油泄漏及时处理的目的，节约了人力、物力和财力，减少了环境污染。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种石油泄漏污染环境的报警终端，其特征在于，包括报警装置探针和报警装置顶壳，所述报警装置探针位于所述报警装置顶壳的下端：
所述报警装置探针的下侧设有若干深度不同的石油元素采集板，所述石油元素采集板的探测位槽内侧设有若干均匀分布的微动开关，所述探测位槽的内部空间设有石油吸附可溶胀的纳米孔聚合物，所述纳米孔聚合物内设有离子选择性电极探测探头，所述纳米孔聚合物与石油中的有机混合物接触接触膨胀后，与所述微动开关上的报警压板挤压接触；
所述报警装置顶壳内设有环境污染报警控制主板和电源控制主板，所述电源控制主板为所述环境污染报警控制主板供电，所述环境污染报警控制主板内设有环境污染控制DSP集成模块、环境污染数据分析模块、自动电位探测板以及石油有机物检测探头，所述环境污染控制DSP集成模块通过所述自动电位探测板与所述石油有机物检测探头连接，所述石油有机物检测探头与所述微动开关电气连接。
2.根据权利要求1所述的石油泄漏污染环境的报警终端，其特征在于，所述石油元素采集板还包括外壳和固定卡槽，所述微动开关设于所述外壳的内侧，所述纳米孔聚合物通过固定卡槽固定在所述外壳上，所述离子选择性电极探测探头位于所述纳米孔聚合物中央。
3.根据权利要求1所述的石油泄漏污染环境的报警终端，其特征在于，所述电源控制主板内设有电源控制电路休眠模块、太阳能转电模块以及电源混合接入模块，所述太阳能转电模块和所述电源混合接入模块均与所述电源控制电路休眠模块连接。
4.根据权利要求1所述的石油泄漏污染环境的报警终端，其特征在于，所述环境污染报警控制主板上还设有无线通讯模块和北斗定位模块，所述无线通讯模块和所述北斗定位模块均与所述环境污染控制DSP集成模块连接，所述无线通讯模块和所述北斗定位模块与所述报警装置顶壳内的定位、通讯器连接，所述环境污染控制DSP集成模块通过所述无线通讯模块与云端进行通讯。
5.根据权利要求1所述的石油泄漏污染环境的报警终端，其特征在于，所述环境污染报警控制主板上还设有设备激活、自检模块，所述环境污染控制DSP集成模块通过设备激活、自检模块与状态指示灯连接。
6.一种油泄漏污染环境的报警终端的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在需要进行检测的区域，安装权利要求1-5任意一项所述的石油泄漏污染环境的报警终端；
步骤2、所述报警终端通电自检，环境污染控制DSP集成模块启动单片机执行系统自检程序和看门狗程序：若无异常，则所述环境污染控制DSP集成模块驱动各个石油元素采集板自动采集现场数据，并将定位信息、环境信息上传到云服务器或专网服务器监控端，成为初始数据，若有异常则提醒工作人员进行调整；
步骤3、所述环境污染控制DSP集成模块定时采集取样范围内的石油泄漏数据，若无石油泄漏环境时，则重复进行定时采样，若石油泄漏则进行下一步；
步骤4、石油泄漏后，纳米孔聚合物吸附石油内的有机混合物并膨胀，每个探测位槽内微动开关的报警压板在所述纳米孔聚合物的挤压下，给所述微动开关不断触发短接信号；
步骤5、所述环境污染控制DSP集成模块接收到该短接信号，确认为报警输入端口的电平信号，所述环境污染控制DSP集成模块通过逻辑电路输出报警消息，石油元素采集板内的离子选择性电极探测探头及探测板通电，所述离子选择性电极探测探头采集石油烃类化合物电位的变化数值，电位的变化数值与环境污染数据分析模块里石油元素化学反应平衡常数做对比；
步骤6、当探测到的电位变化数值高于所述环境污染数据分析模块内预设阀值，所述环境污染控制DSP集成模块启动报警事件上报初始化流程：不同深度的探测位在吸附和化学反应下判别有机物含量采集信息后，所述环境污染数据分析模块录并分析检测指标数值波动，所述环境污染控制DSP集成模块和所述环境污染数据分析模块校正并计算石油有机物含量触发报警；
步骤7、经过若干次固定时间的检查流程后，石油元素化学反应平衡常数被记录在内存、并经过所述环境污染数据分析模块的校正、对比计算后，其元素含量的数值被更新到内存里，通过探测位获取到不同数值做综合逻辑判断，形成泄漏报警及石油元素含量的报文字符串；
步骤8、所述环境污染控制DSP集成模块发出指令，授权无线通讯模块上传数据信息到云管理服务器或专网服务器，并通过北斗定位模块提示原油外输管线的漏点经纬信息，完成石油泄漏污染环境的检测及汇报工作。
7.根据权利要求6所述的油泄漏污染环境的报警终端的实现方法，其特征在于，在所述步骤3中，当无石油泄漏环境时，电源控制主板启动休眠模式；当石油泄漏后，所述环境污染控制DSP集成模块初始化控制信号给电源控制主板，所述电源控制主板结束休眠模式。
8.根据权利要求6所述的油泄漏污染环境的报警终端的实现方法，其特征在于，在所述步骤5中，将石油元素化学反应平衡常数作为所述环境污染数据分析模块的报警阀值，以过程参数的报警阀值作为操纵变量，从最小化误报和漏报警概率的角度构造目标函数，并采用数值优化的方法求解出最优的报警阈值。
9.根据权利要求8所述的油泄漏污染环境的报警终端的实现方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）缓存数据仓库预处理：对过程参数的原始数据进行数学归一化处理；
（2）环境污染数据密度分析以经过数学处理后的数据作为输入，运用核密度的方法估计过程参数的概率密度，获得正常和异常状态的函数曲线；
（3）环境控制DSP函数拟合：根据密度函数曲线，拟合出符合高斯分布的概率密度函数表达式，建立报警阀值优化的目标函数；
（4）环境污染数据阈值求解：利用数值优化的方法对目标函数进行求解，输出最优的报警阀值。
10.根据权利要求6所述的油泄漏污染环境的报警终端的实现方法，其特征在于，在所述步骤5中，电位的变化数值与环境污染数据分析模块里石油元素化学反应平衡常数做对比的过程中：
所述离子选择性电极探测探头采集吸附在所述纳米孔聚合物里的石油烃各类化合物，测量油烃各类化合物离子的活度与浓度，所述离子选择性电极探测探头在零电流条件下测定离子电极间的电位差，所述离子选择性电极探测探头的指示电极和参比电极在石油烃各类化合物中组成测定离子浓度的电池，采用电池电动势的计算方法来获取电位数值，即：
E=E(标准)－RT(lnJ)/zF
其中E＝正极电极电势－负极电极电势；
J为与平衡常数相同形式的反应商，其值是即时的值；
z为总反应转移的电子数；
F为法拉第常数。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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