CN113189039B - 多相态危化品立体侦检系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多相态危化品立体侦检系统及方法，其中，所述系统包括空中无人机侦测平台，用于获取泄漏危化品现场图像，对泄漏气体危化品或火灾事故现场燃烧生成气体进行检测分析；地面工作站，用于根据所述空中无人机侦测平台获取的图像信息和检测的气体组份信息，结合气象环境信息可对危化品泄漏事故现场以及火灾事故现场进行判断。立体侦检系统中的侦检球，用于根据所述地面工作站确定的危化品泄漏事故现场位置，通过弹射或者吊落方式到达所述事故现场侦测位置，并获取所述事故现场侦测位置的液体、固体危化品成份、事故现场温度和图像信息，并将采集到的信息回传所述地面工作站，便于现场指挥人员获得危化品泄漏事故现场的精准数据。

Description

多相态危化品立体侦检系统及方法
技术领域
本发明属于危化品泄漏事故或火灾事故救援现场侦测技术领域，尤其是涉及一种实现气体、液体、固体多相态危化品立体侦检系统及方法。
背景技术
在危化品事故应急救援过程中，需要消防员对危化品泄漏事故或火灾事故现场危化品类别、事故类型、危化品分布及事故影响范围等情况进行侦察判断，根据危化品事故现场侦测信息而采取相应的安全防护以及应急处置措施，如果对现场危化品事故信息没有充分掌握，在事故处置过程中对其中可能存在的危化品危害、可能发生的次生火灾爆炸事故风险认识不足，将使得消防员在事故处置过程中承受巨大的风险。
目前危化品现场远距离侦检技术装备，通常采用的红外吸收光谱技术只能侦测少数种类的气体，且无法对未知的混合气体以及固、液类危化品进行远距离侦测，手持式拉曼光谱侦检仪只能近距离或接触危化品进行侦测，这时需要由消防员冒着极大的风险，穿着重型防化服进行抵近采样侦测。给消防员的生命安全带来巨大威胁。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种多相态危化品立体侦检系统及方法，以解决现有技术中存在的危化品事故现场侦测需要人工侦测产生危险的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种多相态危化品立体侦检系统，包括：
空中无人机侦测平台，所述空中无人机侦测平台用于获取危化品泄漏事故或火灾事故图像，和对泄漏气体危化品或火灾燃烧产生的气体进行初步检测；
地面工作站，所述地面工作站用于根据所述空中无人机侦测平台获取的图像信息和初步检测的气体信息，结合气象环境信息对危化品泄漏事故或火灾事故现场信息进行判断，并通过无线数据传输方式将现场侦测信息发送至救援指挥中心及现场救援指挥车，为现场救援处置科学决策提供支撑：
侦检球，所述侦检球用于根据所述地面工作站确定危化品泄漏事故或火灾事故现场侦测位置，通过弹射或者吊落方式到达所述事故现场侦测位置，并获取所述事故现场侦测位置的危化品成份、现场温度和图像信息，并将采集到的信息回传所述地面工作站。
进一步的，所述空中无人机侦测平台，包括：
CCD，所述CCD用于获取危化品泄漏事故或火灾事故现场上方图像；
易燃气体传感器，所述易燃气体传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有易燃气体；
有毒气体传感器，所述有毒气体传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有有毒气体；
挥发性有机化合物传感器，所述挥发性有机化合物传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有挥发性有机化合物；
无人机，用于根据地面工作站指令，通过空中侦察，对危化品泄漏事故或火灾事故现场进行初步侦测；
所述CCD、易燃气体传感器、有毒气体传感器和挥发性有机化合物传感器设置于所述无人机上，随所述无人机到达危化品泄漏事故或火灾事故现场上方，采集相应的数据。
进一步的，所述空中无人机侦测平台还包括：
激光光谱侦检模块，所述激光光谱侦测模块用于侦测泄漏气体危化品或火灾事故现场燃烧气体，鉴别事故现场的危化品种类和浓度。
进一步的，所述激光光谱侦测模块，包括：
气体容纳腔，所述气体容纳腔用于容纳待测燃烧气体；
量子级联激光器，所述量子级联激光器用于发射可调谐的中红外激光；
离轴抛物面镜，用于对所述量子级联激光器发射的可调谐的中红外激光进行聚焦准直，以方便中红外激光与所述待测燃烧气体的分子发生作用；
收集透镜组，所述收集透镜组用于对发生作用的后的待测燃烧气体的反射或者散射光形成聚焦光；
迈克尔逊干涉系统，所述迈克尔逊干涉系统用于形成并记录所述聚焦光的干涉图样，所述迈克尔逊干涉系统光源由微外腔半导体激光器经过分光镜和倍频晶体得到；
光电探测器，所述光电探测器用于将所述干涉图样转换为电信号；
第一分光镜，所述第一分光镜用于将所述微外腔半导体激光器发射的近红外激光进行分光；
雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管用于接收所述分光经过中心孔反射镜和角反射器的光，得到大气中痕量气体的长程吸收信号；
平面反射镜，所述平面反射镜用于将第一分光镜投射的近红外激光反射至气体参考池，所述气体参考池内存有标准有毒气体；
光电二极管，所述光电二极管用于收集近红外激光反射至气体参考池产生的标准吸收信号；
信号采集和分析系统，所述信号采集和分析系统用于接收所述电信号、痕量气体的长程吸收信号和标准吸收信号，并根据痕量气体的长程吸收信号和标准吸收信号对电信号进行去噪，并将去噪后的信号与预先存储的危化品吸收光谱数据库进行比较，确定物质种类和浓度。
进一步的，所述侦检球包括：
吸入泵，用于吸入侦检球外部事故现场液体、固体危化品或其挥发份；
危化品传感器，用于检测吸入泵吸入的危化品成分；
温度传感器，用于采集危化品泄漏事故或火灾事故现场侦检球附近温度；
球体，所述球体用于容纳所述吸入泵，危化品传感器，所述吸入泵和危化品传感器设置于所述侦测球内部，所述温度传感器嵌设于所述侦测球的外部。
进一步的，所述侦测球还包括：
伸缩式旋转图像采集装置，用于在所述侦测球落位稳定后，伸出所述侦测球，并可360度转动，所述伸缩式旋转图像采集装置设置于所述侦测球内部。
进一步的，所述侦测球还包括：
配重块，所述配重块设置于所述侦测球底部，用于控制所述侦测球的中心位置，实现所述侦测球快速稳定保持直立姿态。
进一步的，所述侦测球还包括：
泵吸采样装置，所述泵吸采样装置设置于所述侦测球内部，用于获取液体、固体危化品样品或其挥发份；
拉曼光谱样品分析模块，所述拉曼光谱样品分析模块用于对所述液体、固体危化品样品进行分析，得到分析结果。
更进一步的，所述侦测球还包括：
用于与无人机投掷吊架可拆卸连接的吊钩；
用于降低侦测球自由下落速度的降落伞；和用于控制降落伞打开的伞钩，所述伞钩设置于所述侦测球的侧方。
另一方面，本发明实施例还提供了一种利用上述实施例提供的任一所述的多相态危化品立体侦检系统实现的多相态危化品立体侦检方法，包括：
控制所述空中无人机侦测平台在危化品泄漏事故或火灾事故现场上空进行预侦查，获取事故现场图像和检测现场气体危化品或火灾现场燃烧生成气体成分；
根据所述危化品泄漏事故或火灾事故现场图像和检测气体危化品或危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧生成气体成分确定侦测球的着陆地点；
根据所述着陆地点确定无人机的投放高度、位置和方位；或者
根据所述着陆地点确定地面弹射系统高低与方向的射击参数，以使得所述侦测球着落于所述着陆地点；
利用无人机或者地面弹射系统投放所述侦测球，并接收侦测球发送的危化品泄漏事故或火灾事故现场侦测信息。
相对于现有技术，本发明所述的多相态危化品立体侦检系统及方法具有以下优势：
本发明所述的多相态危化品立体侦检系统及方法，通过空中无人机侦测平台进行事故现场预侦察，获取到危化品泄漏事故或火灾事故现场上空图像和对泄漏气体危化品或火灾现场燃烧生成气体进行初步检测，并将上述信息发送到地面工作站，以使得地面工作站根据上述信息确定侦测球的着陆地点，并通过无人机或者地面弹射系统，将所述侦测球投放至设定的着陆地点。通过侦测球配置的各种设备，可以对危化品泄漏事故或火灾事故现场的危化品、温度环境进行检测，并可对事故现场液体、固体危化品或其挥发份进行采样并分析，并可实现远距离数据传输，便于现场指挥人员获得危化品泄漏事故或火灾事故现场精准数据，为事故现场科学研判与应急处置提供准确可靠的数据。避免消防员抵近采样侦测。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一提供的多相态危化品立体侦检系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的多相态危化品立体侦检系统中激光光谱侦测模块示意图；
图3为本发明实施例一提供的多相态危化品立体侦检系统中侦测球的工作过程示意图；
图4为本发明实施例二提供的多相态危化品立体侦检方法的流程示意图。
附图标记说明：
1-微外腔半导体激光器；2-第一分光镜；3-第二分光镜；4-平面反射镜；5-倍频晶体；6-迈克尔逊干涉系统；7-光电探测器；8-中心孔反射镜；9-雪崩光电二极管；10-气体参考池；11-量子级联激光器；12-离轴抛物面镜；13-角反射器；14-收集透镜组；15-信号采集和分析系统；16-光电二极管；17-待测气体分子。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的多相态危化品立体侦检系统的结构示意图，参见图1，所述多相态危化品立体侦检系统，包括：
空中无人机侦测平台，所述空中无人机侦测平台用于获取危化品泄漏事故或火灾事故现场图像，和对事故现场气体危化品以及危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧产生气体进行初步检测分析；
地面工作站，所述地面工作站用于根据所述空中无人机侦测平台获取的图像信息和初步检测的气体危化品信息，结合气象环境信息对危化品泄漏事故或火灾事故现信息进行综合判断：
侦检球，所述侦检球用于根据所述地面工作站确定的危化品泄漏事故或火灾事故现侦测位置，通过弹射或者吊落方式到达所述事故现场侦测位置，并获取所述事故现场侦测位置的液体、固体危化品成份、现场温度和图像信息，并将采集到的信息回传所述地面工作站。在本实施例中，可以充分利用空中无人机侦测范围大，侦测速度快的优点，首先利用空中无人机侦测平台对现场进行侦测。以快速掌握危化品泄漏事故或火灾事故现场全面情况，在本实施例中，所述空中无人机侦测平台可以包括：CCD，所述CCD用于获取危化品泄漏事故或火灾事故现场上方图像；易燃气体传感器，所述易燃气体传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有易燃气体；有毒气体传感器，所述有毒气体传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有有毒气体；挥发性有机化合物传感器，所述挥发性有机化合物传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有挥发性有机化合物；无人机，用于根据地面工作站指令，进行危化品泄漏事故或火灾事故现场初步侦测；所述CCD、易燃气体传感器、有毒气体传感器和挥发性有机化合物传感器设置于所述无人机上，随所述无人机到达危化品泄漏事故或火灾事故现场上方，采集相应的数据。
通过无人机携带的各种传感器，可以获得的危化品泄漏事故或火灾事故现场上空的图像，并获取到危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧的各种气体，进一步的，还可获取危化品泄漏事故或火灾事故现场上方不同位置的气体分布情况，并可通过无线通信设备将采集到的各种信息发送至地面工作站。
所述地面工作站，可以接收所述空中无人机侦测平台获取的图像信息和初步检测的气体信息，还可接收实景天气信息，示例性的，可以包括风向和风速。根据实景天气信息对危化品泄漏事故或火灾事故现场信息进行判断，根据所述天气信息和空中无人机侦测平台的飞行高度以及采集到的各种信息初步计算得到危化品泄漏事故或火灾事故现场可能的中心位置和燃烧危化品的中心位置。
由于无人机受制于危化品泄漏事故或火灾事故现场上方温度和烟雾影响，其并不能准确的获取危化品泄漏事故或火灾事故现场内的详细信息。因此，在本实施例中，所述多相态危化品立体侦检系统还可包括侦测球，所述侦测球可以通过弹射或者吊落方式到达危化品泄漏事故或火灾事故现场内部，特别是危化品泄漏事故或火灾事故现场可能的中心位置和燃烧危化品的中心位置，即所需的危化品泄漏事故或火灾事故现场侦测位置，并利用到达危化品泄漏事故或火灾事故现场侦测位置的侦测球进行固液样品取样，以及四周图像信息，温度信息和气体成分信息，并将上述信息返回至地面工作站，以使得地面工作站能够快速获取危化品泄漏事故或火灾事故现场内部相关信息，为事故救援处置提供准确的信息支持。
可选的，所述侦检球包括：
吸入泵，用于吸入采集侦检球外部危化品泄漏事故或火灾事故现液体、固体危化品挥发组份；
危化品传感器，用于检测吸入泵吸入的气体危化品成分；
温度传感器，用于采集危化品泄漏事故或火灾事故现场侦检球附近温度；
球体，所述球体用于容纳所述吸入泵，危化品传感器，所述吸入泵和危化品传感器设置于所述侦测球内部，所述温度传感器嵌设于所述侦测球的外部；所述球体为全封闭隔爆结构，所述球体外壳采用减震和耐高温的聚氟四乙烯橡胶材质。可选的，危化品侦检球外形为球体，所述球体为全封闭隔爆结构其外包有绝热层以保护在弹射和投掷过程中的冲击以及在危化品泄漏事故或火灾事故现场中耐高温烧蚀，可选的，所述材料可以为聚氟四乙烯橡胶材质。所述球体为全封闭隔爆结构，在其上部安有吊勾，用于和无人机吊架相连接，侧向半有伞勾，用于危化品侦检球自由落体时的减速。所述伞钩可以通过远程信号控制，实现降落伞的开启。在降落到危化品泄漏事故或火灾事故现场侦测位置后，利用嵌设于所述侦测球的外部的温度传感器测量危化品泄漏事故或火灾事故现场侦测位置的环境温度。并可利用吸入泵吸入侦检球外部危化品泄漏事故或火灾事故现场气体，利用内部设置的危化品传感器对吸入泵吸入的侦检球外部危化品泄漏事故或火灾事故现场气体进行检测。并可设置伸缩式旋转图像采集装置，用于在所述侦测球落位稳定后，伸出所述侦测球，并可360度转动，所述伸缩式旋转图像采集装置设置于所述侦测球内部。在侦测球上部设有可打开的阀门机构，打开后伸出摄像头，并能对镜头进行360度转动控制实现360度全景观察，保证侦检球摄像头根据现场的需要旋转到特定的方向，通过焦距的变化看清现场情况。
可选的，所述侦测球还可包括：泵吸采样装置，所述泵吸采样装置设置于所述侦测球内部，用于获取危化品样品；拉曼光谱样品分析模块，所述拉曼光谱样品分析模块用于对所述采集危化品样品进行分析，得到分析结果。可以将采集的危化品(粉体、液体挥发份、气体)泵送至样品池，利用电化学传感器或拉蔓光谱等分析系统进行样品分析，分析结果通过无线数据传输系统进行信息实时发送，并可借由无人机数据中枢发送至地面工作站。
为保证侦测球在投放后能够处于正常工作状态，所述侦测球还包括：配重块，所述配重块设置于所述侦测球底部，用于控制所述侦测球的中心位置，实现所述侦测球快速稳定保持直立姿态。通过配重保证其重心始终在底部，底重顶轻的“不倒翁”式球形结构，实现投掷后的快速稳定直立状态姿态并采集周围的危化品成份和温度等环境信息。在本实施例中，可以通过空中无人机侦测平台初步侦测到的信息，由地面工作站确定多个着陆地点。利用气体弹射装置向危化品泄漏事故或火灾事故现场对应多个着陆地点发射多个侦测球，以得到危化品泄漏事故或火灾事故现场内部不同位置的的液体、固体危化品成份、现场温度和图像信息，便于现场指挥人员获得危化品泄漏事故或火灾事故现场内的精准数据，为危化品泄漏事故或火灾事故现场研判提供准确可靠的数据。避免消防员抵近采样侦测。
图3为本发明实施例一提供的多相态危化品立体侦检系统的工作过程示意图，参见图3，在对危化品泄漏事故或火灾事故现场完成预侦测以后，准备侦测球的投射工具，例如：无人机或者地面发射装置。地面工作站计算确定抛射地点和坐标，即着陆地点。投射方式分为两种，一种将侦测球装入发射管，利用空气炮等地面抛射装置将一个或多个侦测球发送至预设的着陆地点。或者利用无人机抛射吊舱利用遥控方式抛射。在侦测球到达着陆地点后，驱动执行电机，将接触传感器推出侦测球壁面，进行检测。并可遥控电机控制伸缩式旋转图像采集装置伸出所述侦测球并进行360度转动，采集周围图像。还可利用执行电机打开侦检球的活动球盖，便于驱动齿轮推出伸出泵及采样装置，实现对液体、固体危化品的采样。并输送到样品池，实现样品检测。地面工作站通过无线数据传输方式将现场侦测信息发送至救援指挥中心及现场救援指挥车，为现场救援处置科学决策提供支撑。
目前危化品现场远距离侦检技术装备，通常采用红外吸收光谱技术，但该技术只能侦测少数种类的气体。因此，在本实施例中采用激光光谱侦测模块进行气体侦测。图2为本发明实施例一提供的多相态危化品立体侦检系统中激光光谱侦测模块示意图，参见图2，所述激光光谱侦测模块，包括：气体容纳腔，所述气体容纳腔用于容纳待测燃烧气体；量子级联激光器，所述量子级联激光器用于发射可调谐的中红外激光；离轴抛物面镜，用于对所述量子级联激光器发射的可调谐的中红外激光进行聚焦准直，以方便中红外激光与所述待测燃烧气体的分子发生作用；收集透镜组，所述收集透镜组用于对发生作用的后的待测燃烧气体的反射或者散射光形成聚焦光；迈克尔逊干涉系统，所述迈克尔逊干涉系统用于形成并记录所述聚焦光的干涉图样，所述迈克尔逊干涉系统光源由微外腔半导体激光器经过分光镜和倍频晶体得到；光电探测器，所述光电探测器用于将所述干涉图样转换为电信号；第一分光镜，所述第一分光镜用于将所述微外腔半导体激光器发射的近红外激光进行分光；雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管用于接收所述分光经过中心孔反射镜和角反射器的光，得到大气中痕量气体的长程吸收信号；平面反射镜，所述平面反射镜用于将第一分光镜投射的近红外激光反射至气体参考池，所述气体参考池内存有标准有毒气体；光电二极管，所述光电二极管用于收集近红外激光反射至气体参考池产生的标准吸收信号；信号采集和分析系统，所述信号采集和分析系统用于接收所述电信号、痕量气体的长程吸收信号和标准吸收信号，并根据痕量气体的长程吸收信号和标准吸收信号对电信号进行去噪，并将去噪后的信号与预先存储的危化品吸收光谱数据库进行比较，确定物质种类和浓度。采用量子级联激光器(QCL)中红外光源与近红外微外腔半导体激光器(Micro-ECDL)组合，实现从近红外到中红外波长的大范围扫描。微外腔半导体激光器波长调谐范围在1515nm-1625nm，具有线宽窄,功率高等优势，可以覆盖其波长调谐区域内多种气体的吸收线，并且可用于小型化，高可靠的现场多组氛气体检测设备的开发，基于该光源开发的移动式系统，也可搭载在无人机等移动平台上实现现场巡检。量子级联激光器(QCL)波长调谐范围在3-13μm，涵盖了3-5um和8-12um两个重要的红外探测大气窗口，从而可探测更多气体分子种类，例如一氧化碳(CO)、乙炔(C2H2)、溴化氢(HBr)、碘化氢(HI)、氰化氢(HCN)、氨气(NH3)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、甲醛(H2CO)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等。
气体危化品侦检系统基于宽调谐外腔式量子级联激光器(QCL)的中红外吸收光谱与基于微外腔半导体激光器(Micro-ECDL)的近红外吸收光谱相结合，实现红外宽调谐危化品多组分遥感联合探测。
量子级联激光器发射可调谐的中红外激光(激光器波长在其调谐范围2-8um之间来回扫描)，微外腔半导体激光器发射可调谐的近红外激光(激光器波长在其调谐范围1515nm-1625nm之间来回扫描)；量子级联激光器11发射的中红外激光通过离轴抛物面镜12聚焦准直后与待测气体分子(TNT、甲烷、乙烷)发生相互作用；待测气体分子的反射或散射光经收集透镜组后被聚焦在迈克尔逊干涉仪中被记录。其中迈克尔逊干涉系统中的光源是由微外腔半导体激光器1经过分光镜和倍频晶体得到；光电探测器将迈克尔逊干涉仪中检测到的光信号转化为电信号；上述电信号输入基于计算机的信号采集和分析系统进行分析处理；微外腔半导体激光器发射的近红外激光通过分光镜后，其中一束经中心孔反射镜和角反射器，发射至雪崩光电二极管，得到大气中痕量气体的长程吸收信号；另一束光束经平面反射镜反射，进入气体参考池，气体参考池中可以包括一氧化碳和氰化氢等气体，获得标准参考吸收信号，并用光电二极管收集，两组信号经信号采集和分析系统进行比较分析。其中，分光光路部分可以采用光纤分束器；将采集的吸收光谱数据，通过与系统自带的危化品吸收光谱数据库进行比对，鉴别出物质的种类和浓度。通过基于量子级联激光器11的中红外吸收光谱遥感探测模块和基于微外腔半导体激光器1的近红外吸收光谱遥感探测模块相结合，实现近红外到中红外的大范围调谐，实现多组分高灵敏高准确度的危化品气体侦检及泄漏探测。其中近红外区域的吸收光谱探测为中红外特征“指纹”光谱探测提供了补充和防误报的功能，从而大大增加危化品的探测种类，同时降低误报率。同时利用上述光路设计，统一独立式侦测单元，其中分光光路部分可以采用光纤分束器，使装置实现小型集成化，有利于无人机携带。
本发明实施例提供的多相态危化品立体侦检系统，通过空中无人机侦测平台进行事故现场预侦查，获取到危化品泄漏事故或火灾事故现场上空图像和危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧产生的气体进行初步检测，并将上述信息发送到地面工作站，以使得地面工作站根据上述信息计算确定侦测球的着陆地点，并通过无人机或者地面弹射系统的参数，将所述侦测球投放至设定的着陆地点。通过侦测球配置的各种设备，可以对危化品泄漏事故或火灾事故现场内部的气体、温度环境信息进行检测，并可从危化品泄漏事故或火灾事故现场内部对固液进行采样并分析，并可实现远传数据，便于现场指挥人员获得危化品泄漏事故或火灾事故现场内的精准数据，为危化品泄漏事故或火灾事故现场研判提供准确可靠的数据。避免消防员抵近采样侦测。
实施例二
本发明实施例二提供了一种基于上述实施例提供的多相态危化品立体侦检系统的多相态危化品立体侦检方法的流程示意图。图4为本发明实施例二提供的多相态危化品立体侦检方法的流程示意图，参见图4，所述多相态危化品立体侦检方法，包括：
S110，控制所述空中无人机侦测平台在危化品泄漏事故或火灾事故现场上空进行危化品泄漏事故或火灾事故现场预侦查，获取危化品泄漏事故或火灾事故现场图像和检测危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧气体成分。
遥控控制无人机侦测平台达到危化品泄漏事故或火灾事故现场上空，采集危化品泄漏事故或火灾事故现场上空图像和气体并进行检测，以便获取到危化品泄漏事故或火灾事故现场图像和后场上空气体含量分布。
S120，根据所述危化品泄漏事故或火灾事故现场图像和检测危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧气体成分确定侦测球的着陆地点。
根据上述步骤获取到的危化品泄漏事故或火灾事故现场图像和检测危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧气体成分确定危化品泄漏事故或火灾事故现场中的重要地点，并据此确定侦测球的着陆地点。以实现对危化品泄漏事故或火灾事故现场内部准确侦测
S130，根据所述着陆地点确定无人机的投放高度、位置和方位；或者根据所述着陆地点确定地面弹射系统高低与方向的射击参数，以使得所述侦测球着落于所述着陆地点。
S140，利用无人机或者地面弹射系统投放所述侦测球，并接收侦测球发送的危化品泄漏事故或火灾事故现场侦测信息。
当采用侦检球由地面发射时，将侦检球放入发射管内，根据侦检点到发射的距离和两地的高程差的地理信息，结合空气炮的弹道方程和修正参数，通过高压压缩空气将其弹射到指定区域的目标点完成危化品侦检；
当采用无人机投掷时，将侦检球安装在无人机的吊架上，在确定投掷地点的地理坐标、飞行高度、飞行速度、航向和风速风向后，由地面地理信息系统通过无人机发来的地理信息来控制对来侦检球的投掷时机，也可以人为方式通过地面无线电指令完成定点投掷。
通过无线遥控指令驱动执行机构电机，推出泵吸采样装置进行泵吸采样。采集的危化品(粉体、液体挥发份、气体)泵送至样品池，利用电化学传感器或拉蔓光谱等分析系统进行样品分析，分析结果通过无线数据传输系统进行信息实时发送，并可藉由无人机数据中枢传输至地面工作站实现数据采集和实时图像展示。实现对危化品泄漏及火灾事故现场内部的侦测。
本发明实施例提供的多相态危化品立体侦检方法可以对危化品泄漏事故或火灾事故现场内部的气体、温度环境进行检测，并可从危化品泄漏事故或火灾事故现场内部对固液进行采样并分析，并可实现远传数据，便于现场指挥人员获得危化品泄漏事故或火灾事故现场内的精准数据，为危化品泄漏事故或火灾事故现场研判提供准确可靠的数据。避免消防员抵近采样侦测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多相态危化品立体侦检系统，其特征在于，包括：
空中无人机侦测平台，所述空中无人机侦测平台用于获取危化品泄漏事故或火灾事故现场图像，和对事故现场气体危化品以及危化品泄漏事故或火灾事故现场燃烧产生气体进行初步检测分析；
地面工作站，所述地面工作站用于根据所述空中无人机侦测平台获取的图像信息和初步检测的气体危化品信息，结合气象环境信息对危化品泄漏事故或火灾事故现场信息进行综合判断，确定危化品泄漏事故或火灾事故现场中的重要地点，并根据所述重要地点确定着陆地点，所述着陆地点存在液体、固体危化品或其挥发份；
侦检球，所述侦检球用于根据所述地面工作站确定的着陆地点，通过弹射或者吊落方式到达所述事故现场侦测位置，并获取所述事故现场侦测位置的液体、固体危化品成份、现场温度和图像信息，并将采集到的信息回传所述地面工作站；
所述侦检球包括：
吸入泵，用于吸入采集侦检球外部危化品泄漏事故或火灾事故现场液体、固体危化品或其挥发份；
危化品传感器，用于检测吸入泵吸入的气体危化品成分；
温度传感器，用于采集危化品泄漏事故或火灾事故现场侦检球附近温度；
球体，所述球体用于容纳所述吸入泵，危化品传感器，所述吸入泵和危化品传感器设置于所述侦检球内部，所述温度传感器嵌设于所述侦检球的外部；所述球体为全封闭隔爆结构，所述球体外壳采用减震和耐高温的聚氟四乙烯橡胶材质；
执行电机用于打开侦检球的活动球盖，便于驱动齿轮推出伸出泵及采样装置，实现对液体、固体危化品的采样，并输送到样品池；
泵吸采样装置，所述泵吸采样装置设置于所述侦检球内部，用于获取液体、固体危化品样品或其挥发份；
拉曼光谱样品分析模块，所述拉曼光谱样品分析模块用于对所述采集的液体、固体危化品样品进行分析，得到分析结果。
2.根据权利要求1所述的多相态危化品立体侦检系统，其特征在于，所述空中无人机侦测平台，包括：
CCD，所述CCD用于获取危化品泄漏事故或火灾事故现场上方图像；
易燃气体传感器，所述易燃气体传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有易燃气体；
有毒气体传感器，所述有毒气体传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有有毒气体；
挥发性有机化合物传感器，所述挥发性有机化合物传感器用于检测危化品泄漏事故或火灾事故现场上方是否含有挥发性有机化合物；
无人机，用于根据地面工作站指令，通过空中侦察与检测，对危化品泄漏事故或火灾事故现进行初步侦测；
所述CCD、易燃气体传感器、有毒气体传感器和挥发性有机化合物传感器设置于所述无人机上，随所述无人机到达危化品泄漏事故或火灾事故现上方，采集相应的数据并通过无线通讯传输至地面工作站。
3.根据权利要求2所述的多相态危化品立体侦检系统，其特征在于，所述空中无人机侦测平台还包括：
激光光谱侦检模块，所述激光光谱侦测模块用于分析危化品泄漏事故或火灾事故现气体危化品组份和浓度。
4.根据权利要求3所述的多相态危化品立体侦检系统，其特征在于，所述激光光谱侦测模块，包括：
气体容纳腔，所述气体容纳腔用于容纳待测燃烧气体；
量子级联激光器，所述量子级联激光器用于发射可调谐的中红外激光；
离轴抛物面镜，用于对所述量子级联激光器发射的可调谐的中红外激光进行聚焦准直，以方便中红外激光与所述待测燃烧气体的分子发生作用；
收集透镜组，所述收集透镜组用于对发生作用的后的待测燃烧气体的反射或者散射光形成聚焦光；
迈克尔逊干涉系统，所述迈克尔逊干涉系统用于形成并记录所述聚焦光的干涉图样，所述迈克尔逊干涉系统光源由微外腔半导体激光器经过分光镜和倍频晶体得到；
光电探测器，所述光电探测器用于将所述干涉图样转换为电信号；
第一分光镜，所述第一分光镜用于将所述微外腔半导体激光器发射的近红外激光进行分光；
雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管用于接收所述分光经过中心孔反射镜和角反射器的光，得到大气中痕量气体的长程吸收信号；
平面反射镜，所述平面反射镜用于将第一分光镜投射的近红外激光反射至气体参考池，所述气体参考池内存有标准有毒气体；
光电二极管，所述光电二极管用于收集近红外激光反射至气体参考池产生的标准吸收信号；
信号采集和分析系统，所述信号采集和分析系统用于接收所述电信号、痕量气体的长程吸收信号和标准吸收信号，并根据痕量气体的长程吸收信号和标准吸收信号对电信号进行去噪，并将去噪后的信号与预先存储的危化品吸收光谱数据库进行比较，确定物质种类和浓度。
5.根据权利要求1所述的多相态危化品立体侦检系统，其特征在于，所述侦检球还包括：
伸缩式旋转图像采集装置，用于在所述侦检球落位稳定后，伸出所述侦检球，并可360度转动，所述伸缩式旋转图像采集装置设置于所述侦检球内部。
6.根据权利要求1所述的多相态危化品立体侦检系统，其特征在于，所述侦检球还包括：
配重块，所述配重块设置于所述侦检球底部，用于控制所述侦检球的中心位置，实现所述侦检球快速稳定保持直立姿态。
7.根据权利要求1所述的多相态危化品立体侦检系统，其特征在于，所述侦检球还包括：
用于与无人机投掷吊架可拆卸连接的吊钩；
用于降低侦检球自由下落速度的降落伞；和用于控制降落伞打开的伞钩，所述伞钩设置于所述侦检球的侧方。
8.一种利用权利要求1-7任一所述的多相态危化品立体侦检系统实现的多相态危化品立体侦检方法，其特征在于，包括：
控制所述空中无人机侦测平台在危化品泄漏事故或火灾事故上空进行现场预侦查，获取事故现场图像和检测火灾事故现场燃烧气体成分；
根据所述事故现场图像和检测火灾事故现场燃烧气体成分确定侦检球的着陆地点，所述着陆地点存在液体、固体危化品或其挥发份；
根据所述着陆地点确定无人机的投放高度、位置和方位；或者
根据所述着陆地点确定地面弹射系统高低与方向的射击参数，以使得所述侦检球着陆于所述着陆地点；
利用无人机或者地面弹射系统投放所述侦检球，并接收侦检球发送的危化品泄漏事故或火灾事故侦测信息。
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