CN113066266A - 一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，包括：无线可燃气体监测器，用于实时检测室内的可燃气体浓度，当检测到可燃气体浓度超标时，生成并发送报警信息，同时发出声光报警；阀门控制组件，用于接收报警信息，根据报警信息生成控制指令关闭燃气管道阀门，并将报警信息发出；以及物联云服务平台，用于接收报警信息，根据报警信息生成通知信息，并将通知信息发送至预先关联的设备终端。该系统通过监测室内的可燃气体浓度，在可燃气体浓度超标时进行声光报警，并通知阀门控制组件关闭管道阀门，切断危险源，同时还通过物联云服务平台进行远程报警，便于用户及时有效的获知报警信息，提高了系统的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居和燃气安全监测技术领域，更具体的说是涉及一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统。
背景技术
目前，日常生活中燃气使用安全问题受到越来越多的关注，为此很多智能家居系统增设了燃气监测功能，但是，现有的燃气监测设备在监测到燃气浓度超标时，只有声光报警的功能，无法实现远程报警，且不能在检测到燃气浓度超标时自动关闭供气管道阀门，当用户没有听到警报或者家中无人的情况下，由于无法立即感知到可燃气体泄漏问题，回到家开灯及衣服摩擦产生的静电，都有可能导致爆炸事故发生，进而造成严重的人身和财产损失。
因此，如何提供一种更加安全、功能更加完善的可燃气体监测保护系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，该系统通过合理改进解决了现有的燃气监测方式报警功能不够完善、安全以及无法及时关闭燃气阀门等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，该系统包括：
无线可燃气体监测器，所述无线可燃气监测器用于实时检测室内的可燃气体浓度，并判断可燃气体浓度是否超标，当检测到可燃气体浓度超标时，生成并发送报警信息，同时发出声光报警；
阀门控制组件，所述阀门控制组件用于接收所述报警信息，根据所述报警信息生成控制指令关闭燃气管道阀门，并将所述报警信息发出；以及
物联云服务平台，所述物联云服务平台用于接收所述阀门控制组件发送的报警信息，根据所述报警信息生成通知信息，并将所述通知信息发送至预先关联的设备终端。
进一步地，所述无线可燃气体监测器包括：可燃气体传感器、控制处理器、声光报警器以及传感端通信模块，所述可燃气体传感器与所述控制处理器的输入端连接，所述控制处理器的输出端分别与所述声光报警器和所述传感端通信模块连接；
所述可燃气传感器用于实时检测室内的可燃气体浓度；所述控制处理器用于接收所述可燃气体浓度，并判断可燃气体浓度是否超标，当检测到可燃气体浓度超标时，生成报警信息；所述声光报警器用于接收所述报警信息，并发出声光报警；所述传感端通信模块用于接收所述报警信息，并将所述报警信息发送至所述阀门控制组件。
无线可燃气体监测器可以安装在布设有可燃气供气管道的室内房间中，用于实时监测室内的可燃气体浓度是否达到危险值，在达到危险值时，说明房间内存在火灾或爆炸隐患，需要及时提醒室内人员存在危险，本发明通过声光报警器进行现场预警，并通过传感端通信模块将预警信息上报，避免用户未察觉到现场报警信息或家中无人造成报警信息失效的问题。
进一步地，所述阀门控制组件包括：阀门端通信模块、中央处理器、电机驱动模块、电机以及机械手，所述阀门端通信模块和所述电机驱动模块均与所述中央处理器电连接，所述电机驱动模块与所述电机的输入端电连接，所述电机的输出端与所述机械手传动连接；
所述阀门端通信模块用于接收所述传感端通信模块发送的报警信息，并将所述报警信息分别发送至所述物联云服务平台和所述中央处理器，所述中央处理器用于根据所述报警信息生成控制指令，控制所述电机驱动模块驱动所述电机运转带动所述机械手关闭燃气管道阀门。
为了尽可能的降低可燃气体浓度超标造成的事故风险，本发明通过阀门控制组件对可燃气供气阀门进行自动控制，比如室内的天然气管道阀门，在接收到预警信息后，阀门控制组件及时控制安装在燃气管道上的电机和机械手动作，关闭燃气阀门，从而切断气体供应，避免安全事故进一步恶化。
更进一步地，所述传感端通信模块和所述阀门端通信模块均包括：ZigBee通信模块、LoRa通信模块、蓝牙模块、433M通信模块、WiFi模块、5G通信模块以及NB通信模块。本发明中通信模块可以通过多种通信方式进行数据无线收发，无线数据交互过程更加稳定、可靠。
进一步地，所述物联云服务平台包括：
信息接收模块，用于接收所述阀门控制组件发送的报警信息；
设备管理模块，用于对已安装的无线可燃气体监测器和阀门控制组件的设备关联信息进行管理；
信息发送模块，用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的客户端账户，并将所述报警信息发送至所述客户端账户；
语音通知模块，用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的设备拥有人手机号，并拨叫所述设备拥有人手机号，将所述报警信息播报给设备拥有人；以及
短信通知模块，用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的设备拥有人手机号，并将所述报警信息短信发送至所述设备拥有人手机号。
进一步地，所述物联云服务平台还包括微信通知模块，所述微信通知模块用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的微信账号，并将所述报警信息通过微信公众平台发送至所述微信账号。
物联云服务平台主要用于实现远程报警功能，为了保证远程报警信息能够及时、准确的发送给用户，并尽可能的保证用户能够第一时间查看到报警信息，本发明设置了多种信息通知方式，比如客户端通知、电话通知、短信通知、微信通知等，在很大程度上提高了远程报警的可靠性，通过多种信息告知方式保证了用户及时、有效的获知报警信息，从而便于用户采取保护措施，避免安全事故造成严重的人身伤害。
进一步地，所述物联云服务平台还包括信息上报模块，所述信息上报模块用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取部分设备关联信息，生成应急检修上报信息，并将所述应急检修上报信息分别发送至燃气公司终端和消防应急部门终端。
本发明中物联云服务平台还可以根据预警信息生成相应的应急检修上报信息，方便燃气公司及时上门检修排除险情，也便于消防应急部分及时做好应急预案，避免重大安全事故发生。
更进一步地，所述应急检修上报信息包括设备安装位置、设备坐标、设备详细地址以及设备拥有人联系方式。
本发明中拥有人联系方式包括联系电话、客户端账号、微信账号等信息，便于通过多种方式告知用户险情信息。
更进一步地，所述设备关联信息包括设备名称、设备编号、设备安装位置、设备坐标、设备详细地址以及设备拥有人联系方式。设备关联信息主要指与现场安装的无线可燃气体监测器和阀门控制组件绑定的相关数据，包括设备自身的数据，也包括设备拥有人的相关数据。
更进一步地，所述报警信息包括设备名称、设备安装位置以及报警时间。报警信息主要用于设备拥有人了解报警设备的具体位置和报警信息的发出时间，便于用户采取及时、有效的措施排出或控制事故隐患。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，该系统通过无线可燃气体监测器监测室内的可燃气体浓度信息，并可以在可燃气体浓度超标时进行声光报警，并通知阀门控制组件关闭管道阀门，从而切断危险源，同时，还通过物联云服务平台进行远程报警，便于用户及时、有效的获知报警信息，从而通过功能的进一步完善，提高了系统的安全性和可靠性。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统的结构架构示意图；
图2为基于物联网的智能可燃气体监测保护系统的通信关系示意图；
图3为物联云服务平台的结构架构示意图；
图4为可燃气体检测电路的电路原理示意图；
图5为部分通信功能对应的电路原理示意图；
图6为以G510模组为核心的通信电路原理示意图；
图7为中央处理器以及其外围部分的电路原理示意图；
图8为电机驱动电路的电路原理示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
参见附图1，本发明实施例公开了一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，该系统包括：
无线可燃气体监测器1，无线可燃气监测器1用于实时检测室内的可燃气体浓度，并判断可燃气体浓度是否超标，当检测到可燃气体浓度超标时，生成并发送报警信息，报警信息包括设备名称、设备安装位置以及报警时间等信息，同时发出声光报警；
阀门控制组件2，阀门控制组件2用于接收报警信息，根据报警信息生成控制指令关闭燃气管道阀门，并将报警信息发出；以及
物联云服务平台3，物联云服务平台3用于接收阀门控制组件2发送的报警信息，根据报警信息生成通知信息，并将通知信息发送至预先关联的设备终端。
参见附图1，无线可燃气体监测器1包括：可燃气体传感器101、控制处理器102、声光报警器103以及传感端通信模块104，可燃气体传感器101与控制处理器102的输入端连接，控制处理器102的输出端分别与声光报警器103和传感端通信模块104连接；
可燃气传感器101用于实时检测室内的可燃气体浓度；控制处理器102用于接收可燃气体浓度，并判断可燃气体浓度是否超标，当检测到可燃气体浓度超标时，生成报警信息；声光报警器103用于接收报警信息，并发出声光报警；传感端通信模块104用于接收报警信息，并将报警信息发送至阀门控制组件2。
本实施例中可燃气体传感器101选用型号为QM-10N的气敏传感器实现，具体的可燃气体检测电路如图4所示，其中，QM-10N气敏传感器的A引脚分别与电阻R1以及电阻R4和二级管D5的公共端连接，QM-10N气敏传感器的B引脚分别与电阻R2和电阻R3组成的串联电路以及与门连接，QM-10N气敏传感器的1引脚分别与二极管D2、二极管D3以及变压器T1连接，QM-10N气敏传感器的2引脚分别与二极管D1、二极管D4以及变压器T1连接，此外，电路中还设有电容C1、电容C2以及多个与门、三极管VT1、变压器T2，与门外围还设有电阻R6、电阻R7、电阻R8以及电容C3，电路中还设有发光二级管D6以及电阻R5。
参见附图1，阀门控制组件2包括：阀门端通信模块201、中央处理器202、电机驱动模块203、电机204以及机械手205，阀门端通信模块201和电机驱动模块203均与中央处理器202电连接，电机驱动模块203与电机204的输入端电连接，电机204的输出端与机械手205传动连接；
阀门端通信模块201用于接收传感端通信模块104发送的报警信息，并将报警信息分别发送至物联云服务平台3和中央处理器202，中央处理器202用于根据报警信息生成控制指令，控制电机驱动模块203驱动电机204运转带动机械手205关闭供气管道阀门。
在本实施例中，传感端通信模块104和阀门端通信模块201均包括：5G、NB-IoT、ZigBee、LoRa、蓝牙、433协议、WiFi等无线模块。
本实施例中部分通信功能，比如ZigBee通信，可以通过E18-MSIPAI-PCB无线串口模块及其外围电路实现，具体电路结构如图5所示，其中，E18-MSIPAI-PCB无线串口模块的6引脚分别与电阻R7和电容C2连接，7引脚分别与电阻R3和电容C1连接，10引脚用于发送数据，11引脚用于接收数据，12引脚与发光二极管D1和电阻R5的串联电路连接，13引脚与发光二极管D2和电阻R8连接，24引脚与三极管Q1的集电极以及电阻R4的公共端连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R6连接。
本实施例中3G、4G、5G通信功能可以通过G510模组实现，如图6所示，其中G510芯片的14引脚与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极分别与电阻R23和电阻R26连接，G510芯片的18引脚分别与三极管Q3的集电极以及电容C24连接，三极管Q3的基极与电容C24和电阻R21的公共端连接，G510芯片的19引脚与三极管Q5的发射极连接，三极管Q5的基极和集电极通过电容C25连接，三极管Q5的基极还与电阻R22连接，G510芯片的3引脚与天线连接，41引脚与电阻R15连接，27引脚与电阻R16连接，23至26引脚均与SIM卡连接，G510芯片还与型号为RSV05的器件连接，G510芯片的引脚38与电阻R24连接，电阻R24分别与电阻R25和三极管Q4的基极的公共端连接，三极管Q4的集电极与电阻R20连接，电阻R20与发光二极管D5连接。
参见附图7，本实施例中中央处理器202选用型号为STM32F103C8T6的单片机，单片机通过其外围电路实现数据收发和控制功能，外围电路主要包括晶振电路、LED指示灯电路、接口电路、存储电路、时钟电路等，其中，单片机的5引脚和6引脚接由电容C3、电容C6以及晶振Y2组成的晶振电路，44引脚接电阻R11，9引脚分别接电容C10和电感L1，20引脚接电阻R9，21引脚接电阻R2，22引脚接电阻R1，3引脚和4引脚接由电阻R12、电容C4、电容C7和晶振Y1组成的电路，接口电路包括接口板P1、电阻R10以及电容C5，LED指示灯电路包括三个发光二极管D15、D18和D17以及串接在三个发光二极管上的电阻R43、R48、R46，存储电路主要由型号为25Q80DVSIG闪存芯片以及外围的电阻R38、电容C43组成。时钟电路包括型号为DS1302的时钟芯片以及外围的晶振Y3、电容C44、电容C45。此外，还包括一个由四个电容C8、C9、C12、C11组成的电路。
本实施例中电机驱动模块203通过电机驱动电路实现，整个电路主要由MOS管搭建的H桥驱动电路构成，电路的具体结构如图8所示，其中H桥驱动电路主要由MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8、MOS管Q9、二极管D8、二极管D9、二极管D12、二极管D13组成，MOS管Q6的栅极与电阻R40以及由三极管Q11及其外围电路组成的电路的公共端连接，MOS管Q6的栅极还与电阻R42和二极管D11的公共端连接，电阻R42还与MOS管Q8的栅极连接，MOS管Q6的源极和漏极分别与二极管D9的两端连接，MOS管Q8的源极与电容D13、电容D12以及MOS管Q9的源极三者的公共端连接，MOS管Q8的源极还与电阻R47和电阻R14的公共端连接，电阻R14分别与二极管D3、二极管D4和电阻R13连接，电阻R13还与电容C13连接，MOS管Q8的源极还与MOS管Q10的栅极连接，MOS管Q7的源极和漏极分别与二极管D8的两端连接，MOS管Q9的源极和漏极分别与二极管D12的两端连接，MOS管Q9的栅极与电阻R41连接，电阻R41与二极管D10和由三极管Q12及其外围电路组成的电路的公共端连接。
具体地，如图2所示，本实施例中物联云服务平台3由多个服务器配合服务平台软件利用TCP/IP协议实现云服务功能，并通过运营商基站利用3G、4G或5G通信技术与用户手机终端进行信息交互，利用NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网)与现场监测设备进行信息交互。本实施例中无线可燃气体监测器1和阀门控制组件2可以设置多个，统称为现场监测设备。
物联云服务平台3按照功能可以划分为设备管理平台(主要管理设备相关信息、坐标、地址、设备拥有人联系电话等)、客户端平台、短信平台、语音电话平台、微信公众号平台、有限开放数据平台等。
参见附图3，物联云服务平台3具体包括：
信息接收模块301，用于接收阀门控制组件2发送的报警信息；
设备管理模块302，用于对已安装的无线可燃气体监测器1和阀门控制组件2的设备关联信息进行管理，设备关联信息包括设备名称、设备编号、设备安装位置、设备坐标、设备详细地址以及设备拥有人联系方式等；
信息发送模块303，用于根据信息接收模块301接收到的报警信息，从设备管理模块302存储的设备关联信息中调取相应的客户端账户，并将报警信息发送至客户端账户；
语音通知模块304，用于根据信息接收模块301接收到的报警信息，从设备管理模块302存储的设备关联信息中调取相应的设备拥有人手机号，并拨叫设备拥有人手机号，将报警信息播报给设备拥有人；以及
短信通知模块305，用于根据信息接收模块301接收到的报警信息，从设备管理模块302存储的设备关联信息中调取相应的设备拥有人手机号，并将报警信息短信发送至设备拥有人手机号。
具体地，物联云服务平台3还包括微信通知模块306，微信通知模块306用于根据信息接收模块301接收到的报警信息，从设备管理模块302存储的设备关联信息中调取相应的微信账号，并将报警信息通过微信公众平台发送至微信账号。
具体地，物联云服务平台3还包括信息上报模块307，信息上报模块307用于根据信息接收模块301接收到的报警信息，从设备管理模块302存储的设备关联信息中调取部分设备关联信息，生成应急检修上报信息，并将应急检修上报信息分别发送至燃气公司终端和消防应急部门终端。
本实施例中应急检修上报信息包括设备安装位置、设备坐标、设备详细地址以及设备拥有人联系方式等信息。拥有人联系方式具体包括联系电话、客户端账号、微信账号等信息。
本发明实施例公开的智能可燃气体监测保护系统中，无线可燃气体监测器可以实时监测房间的可燃气体浓度，并将监测数据通过NB通信模块、ZigBee及蓝牙模块传输到阀门控制组件、物联云服务平台，同时，在检测到可燃气体泄漏达到危险值时，阀门控制组件的电机启动关闭动作，关闭供气管道阀门，截断气源，同时上报至物联云服务平台，触发云平台报警系统，将报警信息同步拨打用户注册电话、发送报警短信到注册手机、发送报警微信到客户端小程序，并将警报内容(包括但不限于地址、坐标、门牌号、联系人及电话等)发送至相关燃气公司及当地消防应急部门。
更优地，本实施例中用户终端不仅可以通过客户端小程序实时显示监测数据，显示内容包括：可燃气体浓度、阀门状态、设备状态、报警记录等，可设置设备名称、地址、电话等信息，还可远程操作打开和关闭阀门。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，包括：
无线可燃气体监测器，所述无线可燃气监测器用于实时检测室内的可燃气体浓度，并判断可燃气体浓度是否超标，当检测到可燃气体浓度超标时，生成并发送报警信息，同时发出声光报警；
阀门控制组件，所述阀门控制组件用于接收所述报警信息，根据所述报警信息生成控制指令关闭燃气管道阀门，并将所述报警信息发出；以及
物联云服务平台，所述物联云服务平台用于接收所述阀门控制组件发送的报警信息，根据所述报警信息生成通知信息，并将所述通知信息发送至预先关联的设备终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述无线可燃气体监测器包括：可燃气体传感器、控制处理器、声光报警器以及传感端通信模块，所述可燃气体传感器与所述控制处理器的输入端连接，所述控制处理器的输出端分别与所述声光报警器和所述传感端通信模块连接；
所述可燃气传感器用于实时检测室内的可燃气体浓度；所述控制处理器用于接收所述可燃气体浓度，并判断可燃气体浓度是否超标，当检测到可燃气体浓度超标时，生成报警信息；所述声光报警器用于接收所述报警信息，并发出声光报警；所述传感端通信模块用于接收所述报警信息，并将所述报警信息发送至所述阀门控制组件。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述阀门控制组件包括：阀门端通信模块、中央处理器、电机驱动模块、电机以及机械手，所述阀门端通信模块和所述电机驱动模块均与所述中央处理器电连接，所述电机驱动模块与所述电机的输入端电连接，所述电机的输出端与所述机械手传动连接；
所述阀门端通信模块用于接收所述传感端通信模块发送的报警信息，并将所述报警信息分别发送至所述物联云服务平台和所述中央处理器，所述中央处理器用于根据所述报警信息生成控制指令，控制所述电机驱动模块驱动所述电机运转带动所述机械手关闭燃气管道阀门。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述传感端通信模块和所述阀门端通信模块均包括：ZigBee通信模块、LoRa通信模块、蓝牙模块、433M通信模块、WiFi模块、5G通信模块以及NB通信模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述物联云服务平台包括：
信息接收模块，用于接收所述阀门控制组件发送的报警信息；
设备管理模块，用于对已安装的无线可燃气体监测器和阀门控制组件的设备关联信息进行管理；
信息发送模块，用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的客户端账户，并将所述报警信息发送至所述客户端账户；
语音通知模块，用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的设备拥有人手机号，并拨叫所述设备拥有人手机号，将所述报警信息播报给设备拥有人；以及
短信通知模块，用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的设备拥有人手机号，并将所述报警信息短信发送至所述设备拥有人手机号。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述物联云服务平台还包括微信通知模块，所述微信通知模块用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取相应的微信账号，并将所述报警信息通过微信公众平台发送至所述微信账号。
7.根据权利要求5所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述物联云服务平台还包括信息上报模块，所述信息上报模块用于根据所述信息接收模块接收到的报警信息，从所述设备管理模块存储的设备关联信息中调取部分设备关联信息，生成应急检修上报信息，并将所述应急检修上报信息分别发送至燃气公司终端和消防应急部门终端。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述应急检修上报信息包括设备安装位置、设备坐标、设备详细地址以及设备拥有人联系方式。
9.根据权利要求5所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述设备关联信息包括设备名称、设备编号、设备安装位置、设备坐标、设备详细地址以及设备拥有人联系方式。
10.根据权利要求1、2、3和5任一项所述的一种基于物联网的智能可燃气体监测保护系统，其特征在于，所述报警信息包括设备名称、设备安装位置以及报警时间。
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