[发明专利]一种气味来源三维方向检测方法

说明书

本发明涉及一种气味来源三维方向检测方法，将四个气味传感器布置在四面体的四个顶点上，方法如下：四枚传感器采集一段时间的气味，输出电压时间序列。将所输出的电压时间序列进行连续小波变换，得到多个尺度下的波动信号。提取各个尺度波动信号的模极大值，建立模极大值线。定义模极大值线的相似性，结合三种相似性并加以相应权重得到最终的全局相似性，权重根据各项差异的显著程度设定，从而识别出同一个气味到达或离开事件。根据模极大值线的相似性，将四个传感器的各个模极大值线作匹配，将全局相似性最高的模极大值线匹配成一组，以找到它们对同一气味到达或离开事件的响应。

技术领域

本发明涉及一种气味来源方向检测装置及方法，特别是能检测气味来源的三维方向。

背景技术

随着工业化的发展，越来越多的化学危险品直接或间接地应用于生产生活中，但在使用、生产、储存或运输毒害气体的过程中，由人为或客观因素造成的泄漏事件时有发生。毒害气体的泄露严重威胁着人民的生命安全、社会的财产安全以及经济发展。因此快速、准确、可靠地查到事先未知的泄漏源位置对后期的合理处置和抢救至关重要。

目前，气味源探测方法主要包含两种范式，其中应用较为广泛的方法是从气味传感器和风测量设备的时间序列中挖掘气味源的方位信息，即检测到气味时利用风信息逆推出气味来源方位。这种方法依赖风向信息，需要风速测量设备，而高精度风速仪通常体积和重量较大，对应用场合有一定的要求。

第二种范式则是从多个气味传感器的时空序列中挖掘出隐藏的气味源方位信息。由于不需要风速测量设备，这种范式更适用于便携设备及对尺寸或载重有要求的机器人(例如微型机器人、旋翼无人机等)。Ishida设计了机械式的气味罗盘来指示气味源方向{Nakamoto T,Ishida H,Moriizumi T.An odor compass for localizing an odorsource[J].Sensorsand Actuators B:Chemical,1996,35(1):32–36.}{Ishida H,Kobayashi A,Nakamoto T,et al.Three-dimensional odor compass[J].RoboticsandAutomation,IEEE Transactions on,1999,15(2):251–257.}，此罗盘由4个半导体气味传感器、风扇和电机等部件组成，罗盘探头不断旋转调整姿态以保持4枚气味传感器响应信号的平衡，罗盘探头指示方向即为气味来源方向。但该装置机械部件较多，难以做到小型化，也存在易老化易损坏的问题。另外，此方法需要伺服电机缓慢地带动传感器组来遍历各个方向，气味方位判断的效率较低。

孟庆浩发明了一种可以指示气味源方向的气体探测装置及方法{专利CN201410605741.2}，并提出了一种相应的气味源方位判断方法{Wei Y.-T.,Meng Q.-H.,Jing Y.-Q.,et al.A Portable Odor-Tracing Instrument[J].IEEE Transactions onInstrumentation&Measurement,2016,65(3):631-642.}。此方法采用高斯差分算子(Different of Gaussian,DoG)处理3个两两等距安装的气味传感器的时空序列，建立传感器变化信号的DoG尺度空间，之后从中提取时间差信息并通过统计计算得到气味来源方向。但此方法可调参数较多，参数调整多依赖经验，方法性能对参数敏感，且设备使用离不开人工决策，无法避免毒害气体对操作人员造成的潜在危害。另外，此装置及方法只能检测气味来源的水平二维方向，无法获知气味来源的高度信息。