CN112525261A - 检测平台、基于该平台的安全检测与应急系统及方法 - Google Patents

检测平台、基于该平台的安全检测与应急系统及方法 Download PDF

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CN112525261A CN202011307628.8A CN202011307628A CN112525261A CN 112525261 A CN112525261 A CN 112525261A CN 202011307628 A CN202011307628 A CN 202011307628A CN 112525261 A CN112525261 A CN 112525261A
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Abstract

检测平台，包括矩形壳体，壳体上安装有单片机、气体传感器、GPS定位模块、火焰识别仪、光电相机、锂电池和第一无线传输模块，气体传感器获取各种易燃易爆、污染、有毒气体的气体浓度数据，火焰识别仪实时获取火焰信号，光电相机获取实时灾情图像，GPS定位模块获取位置信息，单片将收到的气体浓度数据、位置信息、灾情图像和火焰信号通过第一无线传输模块传输至地面终端上位机，地面终端上位机进行灾情报道、有毒气体监测和报警显示。本发明还提供应用于化工园区的安全检测与应急系统和方法。本发明可实现实时救援协助以及空气质量执法监测，在监测安全事故的同时还可进行大气环境监察，更加高效、安全，极大的降低了物力成本。

Description

检测平台、基于该平台的安全检测与应急系统及方法
技术领域
本发明涉及无人机外挂结构设计技术领域，尤其涉及一种检测平台、基于该平台的安全检测与应急系统及方法。
背景技术
随着无人机行业的快速发展，无人机不仅在军事上发挥着巨大作用，民用无人机也越来越普及。无人机不仅在航拍、物流等行业得到了广泛应用，在大气环境污染检测和水质测量方面也发挥着独有的优势。通过无人机搭载空中检测平台，进行高灵活度、大范围的空中检测，不仅节省人力物力，还能进行高危地区的安全检测。
在工业生产过程中，会产生许多有害的挥发性有机物VOC，根据调研大部分企业具备简单治理技术，即将生产车间内生产工艺所产生的VOC污染物通过管道集气罩收集后通过活性炭吸附装置处理以后进行排放，但园区内存在着有组织排放超标和无组织排放的问题。另外在化工园区生产过程中，由于操作失误、设备老旧、人为因素等会造成一定的气体泄漏等问题，轻者造成设备停车检修，重者造成火灾更甚者将会产生爆炸，对生命财产造成巨大的损失，同时产生环境污染。如果做到对这些问题的及时发现，在初期进行抢修救援，将会极大地减少损失。
因此，设计一种搭载在无人机上的空中检测平台，不仅需要达到检测的准确性，还需要对平台内部进行优化布局，进行电子元器件间的散热；并设计一款用于该平台的多用途、高机动性、易操控、实时传输的园区巡逻检测监测报警系统。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种检测平台、基于该平台的安全检测与应急系统及方法。
本发明的第一个方面提供一种检测平台，包括矩形壳体，壳体上侧板的顶面中心设有圆形安装槽，圆形安装槽内安装有GPS定位模块；壳体左侧板的上部内壁设有相互平行的第一条形卡槽和第二条形卡槽，第一条形卡槽位于第二条形卡槽的上方；壳体右侧板的上部内壁与第一条形卡槽和第二条形卡槽相对应的位置设有相互平行的第三条形卡槽和第四条形卡槽；第一条形卡槽内安装有传感器阵列板，传感器阵列板上分布有若干用于VOC气体检测的气体传感器，若干气体传感器呈阵列排列；第二条形卡槽内安装有单片机，第三条形卡槽内安装有面包板；壳体下侧板的顶面中心设有电池安装槽，电池安装槽内安装有锂电池；壳体下侧板的顶面靠近电池安装槽的位置设有传输模块安装槽，传输模块安装槽内安装有第一无线传输模块；壳体下侧板的底面设有第一外挂连接装置和第二外挂连接装置，第一外挂连接装置连接有光电相机，第二外挂连接装置连接有火焰识别仪；壳体的前、后侧板上均布有若干通风孔；壳体上、下侧板的边缘处分别设有穿线孔；
所述气体传感器通过面包板与单片机电连接，气体传感器实时获取各种易燃易爆、污染、有毒气体的气体浓度数据，并将气体浓度数据传输至单片机；
所述GPS定位模块与单片机电连接，GPS定位模块将位置信息传输至单片机；
所述光电相机与单片机电连接，光电相机获取实时灾情图像，并将灾情图像传输至单片机；
所述火焰识别仪与单片机电连接，火焰识别仪实时获取火焰信号，并将火焰信号传输至单片机；
所述第一无线传输模块分别与单片机电连接，单片将收到的气体浓度数据、位置信息、灾情图像和火焰信号通过第一无线传输模块传输至地面终端上位机；
所述锂电池与单片机电连接，向单片机、气体传感器、GPS定位模块、火焰识别仪、光电相机和第一无线传输模块供电。
进一步，所述电池安装槽的内壁设有魔术贴勾面，锂电池的外壁设有与所述魔术贴勾面粘合的魔术贴毛面。
进一步，所述光学相机与第一外挂连接装置之间、火焰识别仪与第二外挂连接装置之间均设有云台。
本发明的第二个方面提供一种应用于化工园区的安全检测与应急系统：包括搭载有所述检测平台的多旋翼无人机、第二无线传输模块和地面终端上位机；检测平台内的第一无线传输模块与第二无线传输模块通讯连接，第二无线传输模块与地面终端上位机通讯连接；地面终端上位机接收检测平台发送的气体浓度数据、位置信息、灾情图像和火焰信号，分析后进行灾情报道、有毒气体监测和报警显示。
本发明的第三个方面提供一种实施所述安全检测与应急系统的方法，包括以下步骤：
S1、起飞；
S2、沿预定航线飞行；
S3、在飞行过程中判断是否有易燃易爆有毒气体泄漏，有泄漏则进行泄漏气体识别，响警报、定位，通知抢修部门；没有泄漏则执行步骤S4；
在飞行过程中判断是否有明火，无明火执行步骤S4，有明火则继续判断是否为隐患火焰，若为隐患火焰则响警报、悬停拍照、定位并通知抢修部门，非隐患火焰则执行步骤S4；
在飞行过程中进行污染气体的浓度实时采集；
S4，判断是否到达终点，是则降落，否则执行步骤S2。
进一步，所述步骤S3中，气体传感器将气体浓度数据实时传输至地面终端上位机，当达气体浓度数据到达警报上限值时，地面终端上位机发出蜂鸣警报，同时地面终端上位机将警报信号立马反馈给空中检测平台，单片机获取GPS定位模块的位置信息，进行实时位置定位，并将该位置信息反馈到地面终端上位机，在上位机中进行地图标点并通知救援部门进行实时抢修。
进一步，所述步骤S3中，当火焰识别仪识别到有火焰时，单片机获取到火焰信号，并将该火焰信号传输至地面终端上位机，地面终端上位机发出蜂鸣警报，此时保持无人机悬停，同时地面终端上位机将由该火焰信号引起的相机拍照信号回传到空中检测平台，单片机控制光电相机进行灾情图像录像，并将该灾情图像传回地面终端上位机进行火焰智能识别，确定为安全隐患火焰时，将定位信号传输到空中监测平台进行定位，单片机通过GPS定位模块获取位置信息，并将该位置信息传输至地面终端上位机，进行地图标点并通知救援部门进行实时抢修。
进一步，所述步骤S3中，气体传感器实时采集空中污染气体浓度，并将气体浓度数据和相应位置信息传送至地面终端上位机，地面终端上位机进行浓度统计及分析，结合定位系统进行航线范围内的浓度分布绘图。
本发明的有益效果是：(1)通过对空中检测平台的各部件之间进行分层布局，不仅最大化的利用空间，缩短各部件的连线和降低重心，还使各部件之间可以留有间隙，在工作过程中进行通风散热。确保检测平台可以更加高效、安全的工作；
(2)本发明应用于化工园区和工业集中区的安全检测与监测。相对于人工检测排查的方式，用时极大的缩短并且保障工作人员的人身安全，降低人力成本；
(3)相对于现有的固定式仪器检测系统，基于多旋翼无人机平台的检测系统更加机动灵活，通过无人机巡航，就可以对大范围的园区进行实时监测，极大的降低了物力成本；
(4)相对现有的无人机监控方法，本发明设计实现了空中与地面的实时通信，通过地面终端的反馈，对安全检测与监测的准确度进行提高，当检测到有易燃易爆有毒气体泄露时进行蜂鸣器报警并进行定位；当遇到明火时进行报警定位，并进行高清拍照回传，进行火情确定；对污染气体进行密度记录进行反馈。同时可以进行实时救援协助以及空气质量的执法监测，在监测安全事故的同时进行大气环境监察。
附图说明
图1为检测平台去掉前侧板的结构示意图。
图2为检测平台的壳体上侧板的结构示意图。
图3为检测平台的壳体右侧板的结构示意图。
图4为检测平台的壳体前、后侧板的结构示意图。
图5为检测平台的下侧板的结构示意图。
图6为安全检测与应急系统的系统结构框图。
图7为安全检测与应急系统的系统工作流程图。
附图标记说明：1、圆形安装槽；2、第一条形卡槽；3、第二条形卡槽；4、电池安装槽；5、传输模块安装槽；6、第一外挂连接装置；7、第二外挂连接装置；8、第三条形卡槽；9、穿线孔；10、通风孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照附图，本发明的第一个实施例提供一种检测平台，包括矩形壳体，壳体上侧板的顶面中心设有圆形安装槽1，圆形安装槽1内安装有GPS定位模块，GPS定位模块可以采用北斗系列，但不限于此。壳体左侧板的上部内壁设有相互平行的第一条形卡槽2和第二条形卡槽3，第一条形卡槽2位于第二条形卡槽3的上方；壳体右侧板的上部内壁与第一条形卡槽2和第二条形卡槽3相对应的位置设有相互平行的第三条形卡槽8和第四条形卡槽；第一条形卡槽2内安装有传感器阵列板，根据传感器阵列板的宽度进行卡槽深度的设计；传感器阵列板上分布有各种气体传感器，例如H2、Cl2、H2S、SO2、CH4等检测不同气体的传感器。主要用来进行(VOC)的检测，各种气体传感器呈阵列排列；第二条形卡槽3内安装有单片机，根据单片机类型大小进行卡槽深度的设计，单片机可以采用Arduino MEGA 2560型号，但不限于此。第一单片机和传感器阵列之间留有较大空间，还可以利用前、后侧板上的通风孔10进行散热。第三条形卡槽8内安装有面包板；
壳体下侧板的顶面中心设有电池安装槽4，电池安装槽4内安装有锂电池，电池安装槽4的内壁设有魔术贴勾面，锂电池的外壁设有与所述魔术贴勾面粘合的魔术贴毛面，以达到更好的固定。锂电池和单片机之间也将留有相对充裕的空间，进行通风的散热。壳体下侧板的顶面靠近电池安装槽4的位置设有传输模块安装槽5，传输模块安装槽5内安装有第一无线传输模块；第一无线传输模块相对体积较小，重量很轻，所以将第一无线传输模块安装在锂电池一层，更大化的利用平台。
壳体下侧板的底面设有第一外挂连接装置6和第二外挂连接装置7，第一外挂连接装置6连接有光电相机，第二外挂连接装置7连接有火焰识别仪；光学相机与第一外挂连接装置6之间、火焰识别仪与第二外挂连接装置7之间均设有云台。除此以外，根据不同的工作需要，可以进行外挂设备的更改；壳体的前、后侧板上均布有若干通风孔10；壳体上、下侧板的边缘处分别设有穿线孔9；
内部安装部件包括：GPS定位模块、传感器阵列板、单片机、第一无线传输模块、锂电池。所述外部悬挂部件包括光电相机、火焰识别仪。根据壳体内、外部各设备的工作原理，体积大小以及相互连线进行分层式的布局设置，最上部为传感器阵列板，中间部分为单片机，下部分为锂电池和第一无线传输模块，在最下方则安装外挂设备。通过分层布局，使单片机和锂电池这两个共用的部件置于中间位置，同时把重量更大的锂电池置于偏下位置，不仅可以达到各部件工作之间连线最短，还起到降低重心的作用。通过各部件的分层布置，还可以做到各部件之间有一定的间隔以此进行良好的散热。
所述气体传感器通过面包板与单片机电连接，气体传感器实时获取各种易燃易爆、污染、有毒气体的气体浓度数据，并将气体浓度数据传输至单片机；所述GPS定位模块的接线穿过穿线孔进入壳体内部与单片机电连接，GPS定位模块将位置信息传输至单片机；所述光电相机与单片机电连接，光电相机获取实时灾情图像，并将灾情图像传输至单片机；所述火焰识别仪与单片机电连接，火焰识别仪实时获取火焰信号，并将火焰信号传输至单片机；所述第一无线传输模块分别与单片机电连接，单片将收到的气体浓度数据、位置信息、灾情图像和火焰信号通过第一无线传输模块传输至地面终端上位机；所述锂电池与单片机电连接，向单片机、气体传感器、GPS定位模块、火焰识别仪、光电相机和第一无线传输模块供电。
本发明的第二个实施例提供一种应用于化工园区的安全检测与应急系统：包括搭载有所述检测平台的多旋翼无人机、第二无线传输模块和地面终端上位机；多旋翼无人机系统采用独立的飞行控制系统、数据传输系统、定位系统和云台，不受检测系统的影响，有人工操作飞行和自由巡航两种工作方式。当人工操作时，可通过人工操控遥控器进行园区安全监测任务，当切换到自由巡航模式时，需要进行航线设定，然后沿航线进行巡航，飞行过程中具备自动避障功能。
检测平台内的第一无线传输模块与第二无线传输模块通讯连接，第二无线传输模块与地面终端上位机通讯连接；第一无线传输模块和第二无线传输模块采用相同频段，最好采用同一个型号的模块，可以进行完美配对，但不限于此。地面终端上位机接收检测平台发送的气体浓度数据、位置信息、灾情图像和火焰信号，分析后进行灾情报道、有毒气体监测和报警显示。
本发明的第三个方面提供一种实施安全检测与应急系统的方法，包括以下步骤：
S1、起飞；
S2、沿预定航线飞行；
S3、在飞行过程中判断是否有易燃易爆有毒气体泄漏，有泄漏则进行泄漏气体识别，响警报、定位，通知抢修部门；没有泄漏则执行步骤S4；具体的，气体传感器将气体浓度数据通过单片机、第一无线传输模块、第二无线传输模块实时传输至地面终端上位机，当达气体浓度数据到达警报上限值时，地面终端上位机发出蜂鸣警报，同时地面终端上位机将警报信号通过第二传输模块立马反馈给空中检测平台，单片机获取GPS定位模块的位置信息，进行实时位置定位，并将该位置信息反馈到地面终端上位机，在上位机中进行地图标点并通知救援部门进行实时抢修。
在飞行过程中判断是否有明火，无明火执行步骤S4，有明火则继续判断是否为隐患火焰，若为隐患火焰则响警报、悬停拍照、定位并通知抢修部门，非隐患火焰则执行步骤S4；具体的，当火焰识别仪识别到有火焰时，单片机获取到火焰信号，并利用第一无线传输模块将该火焰信号传输至地面终端上位机，地面终端上位机发出蜂鸣警报，此时保持无人机悬停，同时地面终端上位机将由该火焰信号引起的相机拍照信号回传到空中检测平台，单片机控制光电相机进行灾情图像录像，并将该灾情图像传回地面终端上位机进行火焰智能识别，确定为安全隐患火焰时，将定位信号传输到空中监测平台进行定位，单片机通过GPS定位模块获取位置信息，并将该位置信息传输至地面终端上位机，进行地图标点并通知救援部门进行实时抢修。
在飞行过程中进行污染气体的浓度实时采集；具体的，气体传感器实时采集空中污染气体浓度，并将气体浓度数据和相应位置信息传送至地面终端上位机，地面终端上位机进行浓度统计及分析，结合定位系统进行航线范围内的浓度分布绘图。
S4，判断是否到达终点，是则降落，否则执行步骤S2。
通过到达目标空域，利用空中检测平台装载的光电相机和气体传感器进行实时灾情图像和各种有毒气体的浓度的获取，单片机利用第一无线传输模块经第二无线传输模块将这些信息传输到地面终端上位机，地面终端上位机可自动分析，进行灾情报道和有毒气体监测，更好的协助指挥救援工作。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.检测平台，其特征在于：包括矩形壳体，壳体上侧板的顶面中心设有圆形安装槽(1)，圆形安装槽(1)内安装有GPS定位模块；壳体左侧板的上部内壁设有相互平行的第一条形卡槽(2)和第二条形卡槽(3)，第一条形卡槽(2)位于第二条形卡槽(3)的上方；壳体右侧板的上部内壁与第一条形卡槽(2)和第二条形卡槽(3)相对应的位置设有相互平行的第三条形卡槽(8)和第四条形卡槽；第一条形卡槽(2)内安装有传感器阵列板，传感器阵列板上分布有若干用于VOC气体检测的气体传感器，若干气体传感器呈阵列排列；第二条形卡槽(3)内安装有单片机，第三条形卡槽(8)内安装有面包板；壳体下侧板的顶面中心设有电池安装槽(4)，电池安装槽(4)内安装有锂电池；壳体下侧板的顶面靠近电池安装槽(4)的位置设有传输模块安装槽(5)，传输模块安装槽(5)内安装有第一无线传输模块；壳体下侧板的底面设有第一外挂连接装置(6)和第二外挂连接装置(7)，第一外挂连接装置(6)连接有光电相机，第二外挂连接装置(7)连接有火焰识别仪；壳体的前、后侧板上均布有若干通风孔(10)；壳体上、下侧板的边缘处分别设有穿线孔(9)；
所述气体传感器通过面包板与单片机电连接，气体传感器实时获取各种易燃易爆、污染、有毒气体的气体浓度数据，并将气体浓度数据传输至单片机；
所述GPS定位模块与单片机电连接，GPS定位模块将位置信息传输至单片机；
所述光电相机与单片机电连接，光电相机获取实时灾情图像，并将灾情图像传输至单片机；
所述火焰识别仪与单片机电连接，火焰识别仪实时获取火焰信号，并将火焰信号传输至单片机；
所述第一无线传输模块分别与单片机电连接，单片将收到的气体浓度数据、位置信息、灾情图像和火焰信号通过第一无线传输模块传输至地面终端上位机；
所述锂电池与单片机电连接，向单片机、气体传感器、GPS定位模块、火焰识别仪、光电相机和第一无线传输模块供电。
2.如权利要求1所述的检测平台，其特征在于：所述电池安装槽(4)的内壁设有魔术贴勾面，锂电池的外壁设有与所述魔术贴勾面粘合的魔术贴毛面。
3.如权利要求1所述的检测平台，其特征在于：所述光学相机与第一外挂连接装置(6)之间、火焰识别仪与第二外挂连接装置(7)之间均设有云台。
4.基于权利要求1-3任一项所述的检测平台的安全检测与应急系统，应用于化工园区，其特征在于：包括搭载有所述检测平台的多旋翼无人机、第二无线传输模块和地面终端上位机；检测平台内的第一无线传输模块与第二无线传输模块通讯连接，第二无线传输模块与地面终端上位机通讯连接；地面终端上位机接收检测平台发送的气体浓度数据、位置信息、灾情图像和火焰信号，分析后进行灾情报道、有毒气体监测和报警显示。
5.实施权利要求4所述的安全检测与应急系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、起飞；
S2、沿预定航线飞行；
S3、在飞行过程中判断是否有易燃易爆有毒气体泄漏，有泄漏则进行泄漏气体识别，响警报、定位，通知抢修部门；没有泄漏则执行步骤S4；
在飞行过程中判断是否有明火，无明火执行步骤S4，有明火则继续判断是否为隐患火焰，若为隐患火焰则响警报、悬停拍照、定位并通知抢修部门，非隐患火焰则执行步骤S4；
在飞行过程中进行污染气体的浓度实时采集；
S4，判断是否到达终点，是则降落，否则执行步骤S2。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，气体传感器将气体浓度数据实时传输至地面终端上位机，当达气体浓度数据到达警报上限值时，地面终端上位机发出蜂鸣警报，同时地面终端上位机将警报信号立马反馈给空中检测平台，单片机获取GPS定位模块的位置信息，进行实时位置定位，并将该位置信息反馈到地面终端上位机，在上位机中进行地图标点并通知救援部门进行实时抢修。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，当火焰识别仪识别到有火焰时，单片机获取到火焰信号，并将该火焰信号传输至地面终端上位机，地面终端上位机发出蜂鸣警报，此时保持无人机悬停，同时地面终端上位机将由该火焰信号引起的相机拍照信号回传到空中检测平台，单片机控制光电相机进行灾情图像录像，并将该灾情图像传回地面终端上位机进行火焰智能识别，确定为安全隐患火焰时，将定位信号传输到空中监测平台进行定位，单片机通过GPS定位模块获取位置信息，并将该位置信息传输至地面终端上位机，进行地图标点并通知救援部门进行实时抢修。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，气体传感器实时采集空中污染气体浓度，并将气体浓度数据和相应位置信息传送至地面终端上位机，地面终端上位机进行浓度统计及分析，结合定位系统进行航线范围内的浓度分布绘图。
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