[发明专利]一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统

说明书

本发明提供一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统包括：灾害预警事故指挥管控平台，监控网络以及多个监测点；解决无线信号稳定性问题，本发明通过优化多频段信号的载波幅度调制电路及天线设计，采用二进制树形搜索算法及信号瞬时参数提取技术和信号特征参数提取技术，来解决无线信号稳定性。本发明提高定位精度，对罐体林立、遮挡物较多的复杂环境生产区域进行现场调研，在项目组现有定位技术储备基础上，通过改进通信协议、建立数学模型以及现场工业测试等手段，完善无线定位技术的信号传输可靠性、算法精度，以提高定位的准确性。

技术领域

本发明涉及公共安全领域，尤其涉及一种危险气体泄漏源快速远距离定位及应急保障系统。

背景技术

矿山、石油化工等行业厂区内易燃、易爆、有毒、有害物质高度集中，一旦发生事故，影响巨大。我国传统的安全管理工作，尤其是其中的应急响应环节，在实操层面一般都紧紧围绕提前制定的书面应急预案来开展。传统的书面应急预案体系虽能在一定程度上提高应急救援工作的科学性、有序性，但在实际操作中往往存在以下3点严重不足：

(1)危险源众多时，难以及时进行事故报警。(2)风险呈动态性，书面应急预案难以全面指导应急管理工作。(3)应急救援现场情况瞬息万变，如果没有充足的事故现场信息提供，应急决策科学性难以保障，应急救援力量、应急救援物资难以在短时间内得到最优的分配和使用。

泄漏源的定位是危险化学品事故应急救援的基础与关键。危险化学品事故发生后，利用监测设备对事故现场及周围进行危险物质浓度的监测，进而利用所监测数据实现泄漏源位置与强度的确定，有助于下一步的应急指挥和救援。国内外学者多年来对泄漏源的定位进行了不懈的探索与努力，提出了两大类泄漏源定位算法:基于概率统计理论法以及基于最优化理论方法。在泄漏事故的概率反算中，常见的有贝叶斯推理(Bayesianinference)、最小相对嫡(Minimum relative entropy,MRE)以及统计归纳方法等。基于优化的泄漏源参数反算中，通过扩散模型来对事故进行模拟，将模型的模拟结果与测量结果进行比较，建立目标函数。通过各种优化算法对目标函数进行优化，不断调整源参数，使得计算结果与测量结果能够更好的匹配。纵观国内外的相关研究，目前大部分泄漏源定位研究工作都是在特定环境下进行的，如土壤、风洞、封闭的室内环境或具有稳定气流的环境等。而在自然气流环境，气体的扩散更多的要考虑到气体湍流、环境布局及气体释放源和释放物本身的影响。到目前为止，基于现有理论，还不能给出一个适用于各种条件的气体扩散模型来描述实际环境中的气体扩散问题。

近年来，无线传感网络(WSN)技术得到了快速的发展，广泛应用于各个领域。采用WSN协作信息处理技术实现生化气体泄漏源的信息感知、数据融合、参数估计与定位等任务具有很大的挑战性。需要解决局部感知信息与全局目标之间的平衡、能量约束、鲁棒性问题等。

国内外大多数的气体泄漏源定位研究并未进行着重进行系统本身的本质安全设计，没有将罐体等容器以及其他关键设备的状态监测纳入统一管理，属于泄漏后监测，虽然在一定程度上可以实现灾前预警，但不能将故障、事故消除在萌芽状态。

GPS等传统的定位技术因为功耗和成本的问题难以应用于矿山、石油化工等易燃易爆危险环境中。国家强制要求全国煤矿及非煤矿矿山都必须建立和完善监测监控、人员定位、供水施救、压风自救、通讯联络、紧急避险等安全避险六大系统，石油化工等行业所采用的定位技术也主要由煤矿矿井人员定位系统演化而来。两者都采用有源或无源RFID技术，部分采用ZigBee技术。但这些技术都只停留在人员定位系统粗劣定位的层面上，虽然在一定程度上能跟踪到人员的大致区域位置，但存在较大的误差，一旦出现事故，就很难估测到其具体情况。而且现有定位技术主要应用于人员定位，而较少应用于危险化学品等物资。

事故发生后的紧急救援不仅需要探知人员的位置信息，也需要危险物资的存放区域，同时尽可能地对导致危险发生的原因进行溯源，才能采用科学的应急处理措施，更好地指挥救援。在大部分的灾难事故中，都是由搜救人员通过生命探测仪进行救援工作。但这种方式的救援由搜救人员发起，信息通道是单向的。