專利名稱：危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明屬于危險化學品事故應急救援技術領域，特別涉及一種用于獲取危險化學品泄 漏事故現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度、GPS信息和視頻信息，并根據(jù)這些信息和現(xiàn)場周 邊GIS信息對事故情景進行綜合分析和后果計算，確定人員疏散范圍和疏散路徑，從而為 事故應急救援提供輔助決策信息的方法。
背景技術：
隨著石油化學工業(yè)的發(fā)展，易燃易爆和有毒氣體的種類和應用范圍都得到了增加。這 些氣體在生產(chǎn)、運輸、使用過程中一旦發(fā)生泄漏，將會引發(fā)中毒、火災甚至爆炸事故，嚴 重危害人民的生命和財產(chǎn)安全。由于氣體本身存在的擴散性，發(fā)生泄漏之后，在外部風力 和內部濃度梯度的作用下，氣體會沿地表面擴散，在事故現(xiàn)場周邊形成燃燒爆炸或毒害危 險區(qū)，擴大危害區(qū)域。在氣體泄漏事故發(fā)生后，事故處置將圍繞現(xiàn)場風向、風速和泄漏氣 體濃度監(jiān)測、確定警戒區(qū)域、組織危險區(qū)域內群眾撤離、搶救中毒人員、堵漏、洗消等方 面展開。因此，進行應急救援的第一步應該是迅速在現(xiàn)場部署便攜式應急環(huán)境監(jiān)測和視頻 監(jiān)測設備，在安全區(qū)域建立臨時指揮中心收集現(xiàn)場多個監(jiān)測點的風向風速、泄漏氣體濃度 和現(xiàn)場視頻圖像，利用泄漏事故輔助決策軟件對這些信息進行綜合分析和事故后果計算， 確定人員疏散范圍和疏散路徑，為事故應急救援提供決策支持。
由于易燃易爆、有毒氣體的多樣性，要求應急環(huán)境監(jiān)測設備能對可燃氣體和常見有毒 氣體進行檢測。如果易燃易爆氣體發(fā)生泄漏，還要求布置于現(xiàn)場的監(jiān)測設備滿足防爆要求。 目前己有的用于事故現(xiàn)場風向風速和氣體濃度監(jiān)測的便攜式應急環(huán)境監(jiān)測設備，大多只能 對單一氣體進行檢測，用于危險化學品泄漏事故現(xiàn)場風向風速和常見有毒氣體濃度監(jiān)測的
復合檢測設備基本處于空白狀態(tài)，且都不符合現(xiàn)場防爆要求。而現(xiàn)有的應急視頻傳輸設備， 雖然技術上都比較成熟，但是大都沒有考慮泄漏事故現(xiàn)場的防爆要求。因此，現(xiàn)有的便攜 式應急監(jiān)測設備，都不適合用于易燃、易爆氣體泄漏事故的應急救援場合。另外，對險化 學品泄漏事故現(xiàn)場信息進行綜合分析處理和事故影響范圍計算、確定人員疏散范圍和疏散 路徑的輔助決策系統(tǒng)在國內也處于空白狀態(tài)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種危險化學品泄漏事故現(xiàn)場應急 救援的輔助決策指揮系統(tǒng)及其方法，對危險化學品泄漏事故的風向風速、氣體濃度、GPS 信息和現(xiàn)場視頻進行實時監(jiān)測，并根據(jù)這些信息和現(xiàn)場周邊GIS信息對事故情景進行綜合 分析和事故后果計算，確定人員疏散范圍和疏散路徑，為事故應急救援提供輔助決策支持，
4從而大大提高應急救援指揮的效率，減少事故損失。
本發(fā)明提出的一種危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 由多個防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備、與該發(fā)送設備實現(xiàn)無線通信的多個防爆型單兵無線 視頻接收設備組成的防爆型單兵無線視頻傳輸子系統(tǒng)，由多個防爆型無線氣體檢測儀、與 各檢測儀實現(xiàn)無線通信的無線接收模塊組成的防爆型無線氣體濃度監(jiān)測子系統(tǒng)，以及應急 指揮主機、視頻服務器；其中，多個防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備和多個防爆型無線氣體 檢測儀設置于泄漏事故現(xiàn)場周邊；該多個防爆型單兵無線視頻接收設備、無線接收模塊， 應急指揮主機、視頻服務器設置于現(xiàn)場應急指揮中心；該多個防爆型單兵無線視頻接收設 備與視頻服務器相連，該應急指揮主機分別與無線接收模塊、視頻服務器相連。
本發(fā)明提出采用上述系統(tǒng)的危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控方法，其特征在于該 方法包括以下步驟
1) 實時采集危險化學品泄漏事故現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度及現(xiàn)場視頻圖像 防爆型無線氣體檢測儀采集現(xiàn)場各監(jiān)測點的風向風速、氣體濃度及GPS定位信息，防
爆型單兵無線視頻發(fā)送設備采集現(xiàn)場視頻信息，分別通過無線方式傳送給現(xiàn)場應急指揮中 心的應急指揮主機；
2) 對現(xiàn)場信息進行接收、存儲、處理和顯示 應急指揮主機接收現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度、GPS定位信息，并存入實時數(shù)據(jù)庫； 應急指揮主機利用組態(tài)軟件對各監(jiān)測點的風向、風速、泄漏氣體濃度進行顯示和計算
分析，確定現(xiàn)場平均風向風速和泄漏危險化學品名稱，通過查詢危險化學品MSDS數(shù)據(jù)庫，
得出泄漏危險化學品的洗消和堵漏等現(xiàn)場應急處置措施；
應急指揮主機在4個副顯示屏上分別顯示事故現(xiàn)場平均風向風速信息、氣體濃度信息 組態(tài)畫面、泄漏化學品MSDS信息與應急處置措施以及現(xiàn)場視頻監(jiān)控畫面，在主顯示屏上 運行并顯示GIS系統(tǒng)畫面。
3) 根據(jù)各監(jiān)測點的風向、風速、泄漏氣體濃度及GPS信息，利用經(jīng)過訓練的基于BP 算法的三層MLP神經(jīng)網(wǎng)絡，反算出泄漏源強度；
4) 基于監(jiān)測傳感器的位置、瞬時氣象條件、泄漏源強度和高斯經(jīng)典擴散模型，計算模 擬出隨時間變化的氣體擴散濃度場；根據(jù)泄漏危險化學品性質，確定可能引發(fā)的事故類型， 根據(jù)氣體擴散濃度場和泄漏氣體事故后果模型，實時計算出事故傷亡半徑，并在GIS地圖
上顯示出事故危害影響范圍，從而確定人員疏散范圍；
5) 根據(jù)現(xiàn)場防爆型無線氣體檢測儀的GPS位置信息，在GIS地圖上顯示出事故周邊的 應急救援力量和應急救援設施，結合事故現(xiàn)場周邊GIS信息，在電子地圖上搜索并顯示出 為最佳的人員疏散路徑，為應急救援指揮提供決策依據(jù)。
本發(fā)明的特點及效果
本發(fā)明的目的是為解決目前危險化學品泄漏事故應急救援過程中存在的問題，提出一 種危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)及其方法，實現(xiàn)危險化學品泄漏事故現(xiàn)場風向風
速、泄漏氣體濃度、GPS信息以及現(xiàn)場視頻圖像的實時監(jiān)測；根據(jù)事故現(xiàn)場的泄漏氣體濃度、風向風速、各監(jiān)測點的位置信息和泄漏源強的高級反算模型，確定泄漏源的強度；根 據(jù)泄漏危險化學品性質和泄漏源的強度，進行事故后果計算，在GIS地圖上顯示出事故危 害影響范圍以及事故現(xiàn)場周邊的應急救援力量和應急救援設施，為科學的劃定事故警戒和 人員疏散范圍提供輔助決策支持；結合事故現(xiàn)場周邊GIS信息，在電子地圖上搜索并顯示 出為最佳的人員疏散路徑，對提高事故應急救援指揮的效率和控制事故損失具有重要的作 用。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構框圖。
圖2為防爆型無線氣體檢測儀的總體結構框圖。
圖3為防爆型無線氣體檢測儀的實施例的電路圖；其中，
(a) 為5V電源轉換電路(b) 為3.3V電源轉換電路(c) 為單片機外圍電路(d) 六種氣體傳感器信號轉換電路。
圖4為防爆型無線氣體檢測儀的實施例的工作流程圖。 圖5為應急指揮主機外觀圖，其中，
(a) 為四個副顯示屏收起時應急指揮主機外觀圖。
(b) 為四個副顯示屏展開時應急指揮主機外觀圖。 圖6為本發(fā)明的工作流程。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)及其方法結合附圖及實施例詳
細說明如下
本發(fā)明的危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)，總體結構如圖1所示該系統(tǒng)包括 由多個防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備、與該發(fā)送設備實現(xiàn)無線通信的多個防爆型單兵無線 視頻接收設備組成的防爆型單兵無線視頻傳輸子系統(tǒng)，由多個防爆型無線氣體檢測儀(最 多16個)、與各檢測儀實現(xiàn)無線通信的無線接收模塊組成的防爆型無線氣體濃度監(jiān)測子 系統(tǒng)，以及應急指揮主機、視頻服務器；其中，多個防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備和多個 防爆型無線氣體檢測儀設置于泄漏事故現(xiàn)場周邊；該多個防爆型單兵無線視頻接收設備、 無線接收模塊，應急指揮主機、視頻服務器設置于現(xiàn)場應急指揮中心；該多個防爆型單兵 無線視頻接收設備與視頻服務器相連，該應急指揮主機分別與無線接收模塊、視頻服務器 相連。
本系統(tǒng)防爆型無線氣體濃度監(jiān)測子系統(tǒng)的防爆型無線氣體檢測儀采集現(xiàn)場各監(jiān)測點 的風向風速、氣體濃度及GPS定位信息，利用其GPS模塊獲取的精確授時信息作為發(fā)送時 基，根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送周期和自身ID號確定信息發(fā)送時隙，將采集信息通過無線接收模塊發(fā)送到現(xiàn)場應急指揮中心，實現(xiàn)各檢測儀信息發(fā)送的同步。
防爆型單兵無線視頻傳輸子系統(tǒng)的防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備采用COFDM調制技 術對圖像進行編碼，每一組防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備和單兵無線視頻接收設備完成一 路現(xiàn)場圖像的采集、發(fā)送和接收；防爆型單兵無線視頻傳輸子系統(tǒng)通過現(xiàn)場的無線視頻采 集設備將現(xiàn)場視頻傳送給應急指揮中心的無線視頻接收設備。 本統(tǒng)各部分設備實施例分別說明如下
每個防爆型無線氣體檢測儀組成結構如圖2所示，主要由風向風速傳感器、6種氣體
濃度傳感器(LEL、 NH3、 CL2、 H2S、 HCL、 S02)及其放大電路、單片機及時鐘電路等外 圍電路、GPS模塊、無線發(fā)送模塊、ID設置開關、電源及電源轉換電路、發(fā)射天線及GPS 天線構成，其連接關系為所述6種氣體傳感器輸出端與其放大電路輸入端相連，各放大 電路輸出端與所述單片機的AD轉換接口連接，所述風速風向傳感器的風速、風向輸出端 口分別與單片機的PB和PC 口連接，所述GPS模塊、無線發(fā)送模塊以及電源轉換電路均 與單片機相連，所述電源與電源轉換電路相連；所述單片機外圍電路包括風速檢測電路、 風向檢測電路、GPS模塊電路、ID設置電路、單片機晶振電路、AD轉換基準電壓電路， 其中，風速檢測電路與所述風速傳感器相連，風向檢測電路與所述風向傳感器相連，GPS 模塊電路與GPS模塊相連，ID設置電路與ID設置開關相連。
所述電源采用12V電池，所述電源轉換電路與電源輸出端相連并轉換成5V和3.3V 電源；所述單片機及其時鐘電路與5V電源相連，所述GPS模塊與3.3V電源相連，所述 無線發(fā)送模塊、傳感器及其放大電路與12V相連。
防爆型無線氣體檢測儀采集現(xiàn)場各監(jiān)測點的風向風速、氣體濃度及GPS定位信息，利 用其GPS模塊獲取的精確授時信息作為發(fā)送時基，根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送周期和自身ID號確定信 息發(fā)送時隙，將采集信息發(fā)送到現(xiàn)場應急指揮中心，實現(xiàn)各檢測儀信息發(fā)送的同步。
本實施例中除氣體傳感器、發(fā)射天線、GPS天線外，其他部件均置于隔爆體中，氣體 傳感器、發(fā)射天線、GPS天線通過防爆接口與隔爆體內部電路連接，設計防爆等級為Exd 1IBT4。各部件實施例如下
電源采用深圳市威智達光電科技有限公司12V鎳氫充電電池，主要技術參數(shù)電 壓,12V;容量，10000mAh;體積，2.5" H x 2.5" W x 6.3" L;重量，3.5 Lb;無線發(fā)送模塊、 傳感器及其放大電路采用12V供電；
本實施例的電源轉換電路由3.3V電源轉換電路和5V電源轉換電路組成，其中5V電 源轉換電路如圖3(a)所示，采用7805芯片，及與該7805芯片的輸入端相連的12V電源穩(wěn) 壓、濾波電路單元和與該7805芯片的輸出端相連的+5V信號濾波電路單元，該7805芯片 將總電源12V電壓轉換成5V電壓，為單片機供電；該電源穩(wěn)壓、濾波電路單元由依次相 連的二極管D1、保險絲D2、電感L1及電容(Cl、 C2禾tlC3)組成，對12V信號進行穩(wěn) 壓、濾波后送給7805芯片進行轉換；該+5V信號濾波電路單元由依次相連的電容(C4、 C5)、電阻R2、 LED (D3)、電感L2及電容(C6、 C7)組成，對7805芯片輸出的+5V 信號進行濾波；單片機及其時鐘電路采用5V電源供電；3.3V電源轉換電路，如圖3(b)所示，采用3002芯片及與其輸出端相連的電容C41、 C42組成；該轉換電路將5V電壓轉換成3.3V電壓，為GPS模塊供電；其中，3002芯片 將輸入的+5V信號轉換成3.3V信號，其輸出端0UT的電容C41、 C42組成的電路對3002 芯片輸出的3.3V信號進行濾波；GPS模塊采用3.3V電源供電；
風向風速傳感器本實施例采用遼寧錦州陽光的EC-9X(S)風速風向傳感器，主要技術
參數(shù)工作電壓，DC12V;啟動風速，S0.4m/S;風速輸出信號形式，脈沖(頻率)信號；
風速精確度，±(0.3+0.03V)m/s;風速測量范圍，0~70m/s;風向測量范圍，0 360。；風向
測量精度，±3°;風向輸出信號形式，七位格雷碼；
本實施例的六種氣體傳感器(LEL、 NH3、 CL2、 H2S、 HCL、 S02):采用深圳市富安 達智能科技有限公司的membmpor電化學氣體傳感器，傳感器均采用兩線制，12V直流供 電接；傳感器主要技術參數(shù)如下
LEL傳感器0-100%LEL; LEI^則量精度，±1%;
NH3傳感器測量范圍，0 1000ppm;最大負載，2000ppm;工作壽命，空氣中2年； 輸出信號25±8nA/ppm;分辨率4ppm;
CL2、傳感器測量范圍0 20ppm;最大負載200ppm;工作壽命，空氣中2年； 輸出信號，-1000士250nA/ppm;分辨率，0.1 ppm;
H2S傳感器測量范圍，0-200ppm;最大負荷，500ppm;工作壽命，空氣中2年； 輸出，370±80nA/ppm;分辨率，0.25 ppm;
HCL傳感器測量范圍，0 20ppm;工作壽命，空氣中2年；輸出信號，450± 150nA/ppm; 分辨率0.2ppm;
S02傳感器測量范圍，0 100ppm;最大負載，500ppm;工作壽命，空氣中2年； 輸出信號，370±70nA/ppm;分辨率0.S卯m;
本實施例的氣體傳感器信號轉換電路將上述6種氣體濃度傳感器產(chǎn)生的非標準信號轉 換成0 5V標準信號，輸出信號與單片機AD 口連接，如圖3(d)所示，分別說明如下
LEL信號轉換電路由電容(C12、 C13)、電阻(R4、 R5)和12V電源構成，其中 LEL傳感器的正端與12V電源及電容(C12)的一端連接，電容(C12)的另一端接地； LEL傳感器的負端與電容(C13)、電阻(R4)的一端連接，電容(C13)的另一端接地， 電阻(R4)的另一端與單片機的ADO 口及電阻(R5)的一端連接，電阻(R5)另一端接 地；
NH3信號轉換電路由電容(C14、 C15)、電阻(R6、 R7)和12V電源構成，其中 NH3傳感器的正端與12V電源及電容(C14)的一端連接，電容(C14)的另一端接地； NH3傳感器的負端與電容(C15)、電阻(R6)的一端連接，電容(C15)的另一端接地， 電阻(R6)的另一端與單片機的AD1 口及電阻(R7)的一端連接，電阻(R7)另一端接 地；
CL2信號轉換電路由電容(C16、 C17)、電阻(R8、 R9)禾卩12V電源構成，其中 CU傳感器的正端與12V電源及電容(C16)的一端連接，電容(C16)的另一端接地；CL2傳感器的負端與電容(C17)、電阻(R8)的一端連接，電容(C17)的另一端接地， 電阻(R8)的另一端與單片機的AD2 口及電阻(R9)的一端連接，電阻(R9)另一端接 地；
H2S信號轉換電路由電容(C18、 C19)、電阻(RIO、 Rll)禾n 12V電源構成，其 中H2S傳感器的正端與12V電源及電容(C18)的一端連接，電容(C18)的另一端接地； H2S傳感器的負端與電容(C19)、電阻(R10)的一端連接，電容(C19)的另一端接地， 電阻(R10)的另一端與單片機的AD3 口及電阻(R11)的一端連接，電阻(R11)另一端 接地；
HCL信號轉換電路由電容(C20、 C21)、電阻(R12、 R13)和12V電源構成，其 中HCL傳感器的正端與12V電源及電容(C20)的一端連接，電容(C20)的另一端接地； HCL傳感器的負端與電容(C21)、電阻(R12)的一端連接，電容(C21)的另一端接地， 電阻(R12)的另一端與單片機的AD4 口及電阻(R13)的一端連接，電阻(R13)另一端 接地；
S02信號轉換電路由電容(C22、 C23)、電阻(R14、 R15)禾卩12V電源構成，其 中S02傳感器的正端與12V電源及電容(C22)的一端連接，電容(C22)的另一端接地； S02傳感器的負端與電容(C23)、電阻(R14)的一端連接，電容(C23)的另一端接地， 電阻(R14)的另一端與單片機的AD5 口及電阻(R15)的一端連接，電阻(R15)另一端 接地；
GPS模塊本實施例采用SkyNav GM25，主要技術參數(shù)頻率，Ll, 1575.42 MHz; C/A碼，1.023 MHz;通道，12 Channels;跟蹤靈敏度，-160dBm;捕獲靈敏度，-148dBm; 定位準確性，10m@2DRMS;數(shù)據(jù)刷新率，1Hz;
無線發(fā)送模塊本實施例采用深圳市華奧通通信技術有限公司的HAC-HN數(shù)傳模塊， 主要技術參數(shù)工作電壓，12V;波特率，1200/2400/4800/9600/19200/38400bps可選；頻 段，433MHz;視距距離，6000m@2400bps, 3000m@l9200bps;輸出功率，37dBm(5w); 頻率穩(wěn)定度，±2.5PPM;網(wǎng)絡拓撲，點對點，點對多點；
ID設置開關本實施例采用慈溪市網(wǎng)通電子有限公司4位DIP開關WTll-SMT-04， 可以設置ID范圍為0~15，主要技術參數(shù)操作力，最大1000g;推鈕行程2.0mm;電器 壽命，每個開關在電壓24VDC與電流25mA之下測試，可來回撥動2000次。
本發(fā)明的單片機以及單片機外圍電路與各部件的連接關系如圖3(c)所示，分別說明如
下
單片機為本發(fā)明的核心器件，在它的控制下，完成數(shù)據(jù)采樣、編碼和發(fā)送等，本實
施例采用Atmel公司的AVRATmegal6單片機，主要技術參數(shù)工作電壓，2.7 - 5.5V;數(shù) 據(jù)吞吐率，lMIPS/MHz;系統(tǒng)內可編程Flash, 16K字節(jié)；EEPROM， 512字節(jié)；擦寫壽 命，100000次；片內SRAM， 1K字節(jié)；兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時 器/計數(shù)器； 一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器；8路10位ADC;兩個可編程的串行USART; 6種睡眠模式，空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電 模式、掉電模式、Standby模式以及擴展的Standby模式；
風速檢測電路由電感L6、電容(C31、 C32、 C50)、電阻R20及Jll接口組成，其 中，電感L6的一端與5V電源相連，另一端與電容(C31、 C32)的一端同連接在J11接 口的節(jié)點2上，電容C31的另一端接地；電容C32的另一端連接在J11接口的節(jié)點1上， 電容C50—端通過電阻R20連接在J11接口的節(jié)點3上，電容C50的另一端接地；風速檢 測電路通過Jll接口與風速風向傳感器連接，并與單片機PB0和PB1端口連接；
風向檢測電路由電阻(R21 R28)、電容(C28、 C29、 C33 C40)、電感 (L5) 及J10接口組成，其中，各電阻(R21 R28)的一端和各電容(C33 C40)的一端分別與 單片機的19-26端口相連，各電阻(R21 R28)的另一端與J10接口的1 8節(jié)點相連，各 電容(C33 C40)的另一端接地；電容(C28、 C29)和電感(L5)的一端均與J10接口的 1節(jié)點相連，電容(C28、 C29)的另一端與J10接口的9接地節(jié)點相連，電感(L5)的另 一端接+5V電源。風速風向傳感器通過J10接口與風速檢測電路連接；
單片機晶振電路由晶振(Xl， 7.3728MHz)和分別連在其兩端的電容(C8、 C9)構 成，通過XTAL1和過XTAL2端口與單片機連接，為單片機提供震蕩信號；
AD轉換基準電壓電路由電容(CIO、 Cll)和電感(L3、 L4)構成，分別與單片機 的AREF、 GND、 AVCC端口連接，該電路提供AD轉換所需的基準電壓信號；
無線發(fā)射模塊接口無線發(fā)射模塊通過J12接口 (DB9型串口)與單片機PD2端口連 接，單片機通過PD2端口將待發(fā)送信息傳往無線發(fā)送模塊；
ISP在線編程接口 J16是在線編程接口，該接口與單片機的PB5 PB7及RESET端 口連接，實現(xiàn)單片機程序的下載和在線調試；
本實施例的GPS模塊電路由電阻(R29、 R30)和接口 (J13)構成，該接口的4、 5 節(jié)點與3.3V電源相連，1節(jié)點通過電阻(R29)與單片機的PD0和PD1端口與單片機連接， 電阻(R30) —端接地，另一端與l節(jié)點相連；GPS模塊通過接口與單片機相連，該電路 為單片機提供GPS定位信號；
本實施例的ID設置電路電阻(R33-R36)構成，其中，各電阻(R33 R36)的一端 與四位ID設置開關相連，另一端與單片機的PD2 PD5端口相連，通過該電路可以對檢測 儀的ID號進行設置；
本實施例中單片機的工作流程如圖4所示，包括以下步驟
(a) 單片機上電，GPS模塊、Flash、 SRAM、 EEPROM及存儲器各變量初始化(信
息數(shù)11=0);
(b) 等待GPS模塊定位；
(c) 判斷GPS信號是否有效，如果GPS信號有效，則轉(d)，如果GPS信號無效， 則轉(c);
(d) 讀取GPS數(shù)據(jù)，轉換緯度、經(jīng)度、海拔高度及時間信息；校正時間參數(shù)，同步定時。(e) 讀取風速、風向、氣體濃度信息；對信息進行編碼；
(f) 計算發(fā)射起始時間，定時等待；如果定時時間到，則轉(g);
(g) 發(fā)送信息，信息計數(shù)n-n+l;如果n〉256，則n=0，轉(3);如果rK256，則轉
(e)。
本實施例的無線接收模塊，采用深圳市華奧通通信技術有限公司的HAC-HN數(shù)傳模塊， 主要技術參數(shù)電源，12V;波特率，1200/2400/4800/9600/19200/38400bps可選；視距 距離，6000m@2400bps， 3000m@19200bps;輸出功率，37dBm(5w);頻率穩(wěn)定度，±2. 5PPM; 網(wǎng)絡拓撲，點對點，點對多點。無線接收模塊接收來自防爆型無線氣體檢測儀的各種信息， 并傳給應急指揮主機。
本實施例的防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備和單兵無線視頻接收設備，采用深圳市科衛(wèi) 泰實業(yè)發(fā)展有限公司的單兵視頻傳輸系統(tǒng)，由單兵防爆發(fā)射機和接收機組成，防爆型單兵 無線視頻發(fā)送設備采用COFDM調制技術對圖像進行編碼，每一組防爆型單兵無線視頻發(fā)送 設備和單兵無線視頻接收設備完成一路現(xiàn)場圖像的采集、發(fā)送和接收；防爆型單兵無線視
頻傳輸子系統(tǒng)通過現(xiàn)場的無線視頻采集設備將現(xiàn)場視頻傳送給應急指揮中心的無線視頻 接收設備。它們的主要技術指標如下 本實施例的單兵防爆發(fā)射機
調制方式，COFDM;工作頻段，340MHz;圖像壓縮格式，MPEG2;信道帶寬，8MHz; 傳輸距離通視情況下20-50公里，城市非通視狀態(tài)下1-10公里(視環(huán)境而定)；設備重量， 單兵背架和電池(雙備份)共2.5公斤；防爆級別，ExdllBT4;供電，DC12V。單兵防
爆發(fā)射機實現(xiàn)現(xiàn)場圖像的無線發(fā)送。
接收機
視頻輸出，兩路(PAL/NTSC );工作頻段，340MHz;圖像壓縮格式，MPEG2;信 道帶寬，8MHz;視頻速率，25幀/S;接收靈敏度，-94dBm;分辨率，720x576;通訊接 口， RJ45接口。接收機接收來自單兵防爆發(fā)射機的視頻信號并傳給視頻服務器。
本實施例的視頻服務器，采用深圳市本富電子有限公司的8路視頻服務器BJ-MP408，
主要技術參數(shù)視頻輸入，8路復合視頻輸入；圖像壓縮格式，MPEG2;視頻分辯率，Dl，
CIF， FIELD, QCIF可選；視頻幀率，25幀/秒；通訊接口， 10M/100M自適應以太網(wǎng)口 、 RS485/RS232串口、 RJ45 口 ；網(wǎng)絡協(xié)議，TCP/IP。視頻服務器對現(xiàn)場傳送來的多路視頻圖 像進行匯集和管理。
本實施例的應急指揮主機是一種屏幕可以折疊的五屏便攜式計算機，如圖5所示， 它擁有1個15寸主顯示屏、4個6.4寸可以折疊收起的副顯示屏以及豐富的接口資源 4個USB接口、 2個以太網(wǎng)口、 l個外置光驅接口、 l個串口和l個并口；其中，主顯 示屏嵌在主機上，副顯示屏2個為一組，分布在主顯示屏兩側，2組副顯示屏通過鉸鏈與 主機連接，副顯示屏可以0-180度范圍內旋轉。四個副顯示屏收起時的外觀如圖5 (a)所 示，應急指揮主機四個副顯示屏展開時的外觀如圖5 (b)所示。還包括支持集成顯卡、 集成網(wǎng)卡和4個USB 口的PCI主板、CPU、 4分屏卡、內存、硬盤、網(wǎng)卡、光驅、電源、鍵盤、鼠標以及計算機的其它常規(guī)部件構成，其中，4個6.4寸液晶屏的VGA板分別通過 15芯同軸線纜與4分屏卡的4個VGA 口連接，15寸液晶屏通過15芯同軸線纜與主板集成 顯卡的VGA口連接；利用Widows98/2000/XP等操作系統(tǒng)支持多屏顯示的功能，通過控制 程序在主顯示屏和4個副顯示屏上分別顯示不同的監(jiān)控畫面；各部分實施例如下
CPU:采用英特爾奔騰M 760處理器，主要技術參數(shù)主頻，2.0GHz; 二級緩存，2MB ; FSB， 400MHz。
主板采用研華工業(yè)主板PCI-6881 (帶風扇散熱片)，主要技術參數(shù)板上集成顯卡
和1000Base-T以太網(wǎng)卡；支持400MHz前端總線；支持用于LCD的2通道48位 LVDS;支持4個USB 2.0端口，支持2個使用DDR內存的200P SODIMM插座， 內存最大可支持2GB。
4分屏卡采用艾爾莎ATI FireMV 2400 PC正，主要技術參數(shù)分屏數(shù)，4;接口類 型，PCI-E、 VHDCI接口 (可轉接為DVI或VGA接口)；顯示輸出，4VGA;顯示內存， 128MB/屏;支持最大分辨率，2048X 1536 (模擬)、1600X 1200 (DVI)。
內存采用金士頓DDR內存，主要技術參數(shù)容量，512M;接口， 200線。
硬盤采用希捷2.5寸硬盤，主要技術參數(shù)容量，160G;轉速，5400轉。
網(wǎng)卡采用D-Link DGE-530T網(wǎng)卡，主要技術參數(shù)總線接口， PCI;支持PCMCIA 標準，否；接口類型，RJ-45;傳輸速率(Mbps)， 10/100/1000。
光驅采用三星DVD驅TS-H352D，主要技術參數(shù)安裝方式，內置；接口標準， ATAPI/EIDE;最大讀取速度，48X;緩存容量，198KB。
電源采用威達電工業(yè)電源ACE-841AP-S，主要技術參數(shù)效率，65%;維持時間， 最小16ms;保護，過壓、過載保護和短路保護；MTBF， 25。C時100000hrs;十3.3V和+5V 的總輸出功率不超過200W; +3.3V、 +5￥禾[1+12￥的總輸出功率不超過380W;安全規(guī)范， 符合UL60950、 TUVEN60950、 cUL CSA 22 No.60950、 CE標準；EMS，正C 1000-4-2、 IEC 1000-4-3、 IEC 1000-4-4、 IEC 1000-4-5、 IEC 1000-4-11;工作溫度，0 50。C;抗震動， 沿X、 Y、 Z三軸方向，在3至30分鐘時間周期和2G的震動測試中，可承受10 55Hz 的震動頻率；抗沖擊，IOG加速度，在X、 Y、 Z軸每個方向持續(xù)11毫秒。
15寸液晶屏采用SHARP LCD LQ150X1LW71N,主要技術參數(shù)屏幕尺寸，15"; 屏幕類型，TFTLCD;分辨率，1024*768;對比度，400: 1;亮度，250;可視角度，85/85/85/85 度。
6.4寸液晶屏采用SHARP LCD LQ064V3DG01，主要技術參數(shù)屏幕尺寸，6.4"; 屏幕類型，TFTLCD;分辨率，640X480;對比度，150: 1;亮度，350。
鍵盤采用科迪亞科技有限公司的工控觸摸板鍵盤LKB88，主要技術參數(shù)字鍵數(shù)目， 87鍵；字鍵拉拔力，^0.8Kgf;字鍵回彈力，55+5gf;鍵盤主要材質，ABS;字鍵工作壽 命，IO百萬次。
鼠標采用羅技Gl鼠標，主要技術參數(shù)接口類型，USB+PS/2;電腦連接方式，有
線；工作方式，光電；定位技術，發(fā)光二極管定位。
12本發(fā)明采用的上述系統(tǒng)的應急聯(lián)動指揮監(jiān)控方法的實施例工作流程如圖6所示，包括 以下步驟
1) 實時采集危險化學品泄漏事故現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度、GPS定位信息及 現(xiàn)場視頻圖像
防爆型無線氣體檢測儀采集現(xiàn)場各監(jiān)測點的風向風速、氣體濃度及GPS定位信息，無 線發(fā)送到現(xiàn)場應急指揮中心，無線接收模塊接收這些信息并傳給應急指揮主機；單兵防爆
發(fā)射機采集現(xiàn)場視頻信息，通過無線方式傳送到現(xiàn)場應急指揮中心的接收機，接收機對圖 像解碼后傳給視頻服務器。
2) 對現(xiàn)場信息進行接收、存儲、處理和顯示 應急指揮主機接收現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度和GPS信息，并存入實時數(shù)據(jù)庫； 應急指揮主機通過危險化學品事故現(xiàn)場氣象及濃度監(jiān)測子系統(tǒng)利用組態(tài)軟件對各監(jiān)測
點的風向、風速及泄漏氣體濃度進行顯示和分析處理，確定現(xiàn)場平均風向風速和泄漏危險 化學品名稱，并在應急指揮主機左側的2個副顯示屏上分別顯示事故現(xiàn)場平均風向風速信 息、氣體濃度信息組態(tài)畫面；通過危險化學品MSDS及應急處置信息查詢子系統(tǒng)查詢危險 化學品MSDS數(shù)據(jù)庫，得出泄漏危險化學品的洗堵漏等現(xiàn)場應急處置措施，并在應急 指揮主機右側上方的副顯示屏上顯示泄漏化學品MSDS信息和現(xiàn)場應急處置措施；
應急指揮主機通過危險化學品事故現(xiàn)場視頻監(jiān)控子系統(tǒng)訪問視頻服務器，獲取視頻信 息，在右下方副顯示屏上顯示現(xiàn)場視頻圖像；并可根據(jù)需要，對現(xiàn)場一路或多路圖像進行 錄像；
應急指揮主機在主顯示屏上運行并顯示GIS系統(tǒng)畫面，調出事故周邊的電子地圖。
3) 根據(jù)各監(jiān)測點的風向、風速、泄漏氣體濃度及GPS信息，利用經(jīng)過訓練的基于BP 算法的三層MLP祌經(jīng)網(wǎng)絡，反算出泄漏源強度；
4) 基于監(jiān)測傳感器的位置、瞬時氣象條件、泄漏源強度和高斯經(jīng)典擴散模型，計算模 擬出隨時間變化的氣體擴散濃度場；根據(jù)泄漏危險化學品性質，確定可能引發(fā)的事故類型， 根據(jù)氣體擴散濃度場和泄漏氣體事故后果模型，實時計算出事故傷亡半徑，并在GIS地圖 上顯示出事故危害影響范圍，從而確定人員疏散范圍；
5) 根據(jù)現(xiàn)場防爆型無線氣體檢測儀的GPS位置信息，在GIS地圖上顯示出事故周邊的 應急救援力量和應急救援設施，結合事故現(xiàn)場周邊GIS信息，在電子地圖上搜索并顯示出 為最佳的人員疏散路徑，為應急救援指揮提供決策依據(jù)。
權利要求
1、一種危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括由多個防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備、與該發(fā)送設備實現(xiàn)無線通信的多個防爆型單兵無線視頻接收設備組成的防爆型單兵無線視頻傳輸子系統(tǒng)，由多個防爆型無線氣體檢測儀、與各檢測儀實現(xiàn)無線通信的無線接收模塊組成的防爆型無線氣體濃度監(jiān)測子系統(tǒng)，以及應急指揮主機、視頻服務器；其中，多個防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備和多個防爆型無線氣體檢測儀設置于泄漏事故現(xiàn)場周邊；該多個防爆型單兵無線視頻接收設備、無線接收模塊，應急指揮主機、視頻服務器設置于現(xiàn)場應急指揮中心；該多個防爆型單兵無線視頻接收設備與視頻服務器相連，該應急指揮主機分別與無線接收模塊、視頻服務器相連。
2、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述防爆型無線氣體檢測儀主要由風向 風速傳感器、6種氣體濃度傳感器、單片機及其外圍電路、GPS模塊、無線發(fā)送模塊、ID 設置開關、電源及電源轉換電路、發(fā)射天線及GPS天線構成；其連接關系為所述6種氣 體傳感器輸出端與其放大電路輸入端相連，各放大電路輸出端與所述單片機的AD轉換接 口連接，所述風速風向傳感器的風速、風向輸出端口分別與單片機的PB和PC 口連接，所 述GPS模塊、無線發(fā)送模塊以及電源轉換電路均與單片機相連，所述電源與電源轉換電路 相連；所述單片機外圍電路包括風速檢測電路、風向檢測電路、GPS模塊電路、ID設置 電路、單片機晶振電路、AD轉換基準電壓電路，其中，風速檢測電路與所述風速傳感器 相連，風向檢測電路與所述風向傳感器相連，GPS模塊電路與GPS模塊相連，ID設置電 路與ID設置開關相連。
3、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備采用 C0FDM調制技術對圖像進行編碼，每一組防爆型單兵無線視頻發(fā)送設備和單兵無線視頻接 收設備完成一路現(xiàn)場圖像的采集、發(fā)送和接收；防爆型單兵無線視頻傳輸子系統(tǒng)通過現(xiàn)場 的無線視頻采集設備將現(xiàn)場視頻傳送給應急指揮中心的無線視頻接收設備。
4、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述應急指揮主機是一種屏幕可以折疊 的五屏便攜式計算機，它主要由支持集成顯卡、集成網(wǎng)卡和4個USB 口的PCI主板、CPU、 4分屏卡、內存、硬盤、網(wǎng)卡、光驅、電源、1個15寸液晶屏、4個6.4寸液晶屏、鍵盤、 鼠標構成；其中，4個6.4寸液晶屏的VGA板分別通過15芯同軸線纜與4分屏卡的4個VGA 口連接，15寸液晶屏通過15芯同軸線纜與主板集成顯卡的VGA 口連接；利用 Widows98/2000/XP等操作系統(tǒng)支持多屏顯示的功能，通過控制程序在主顯示屏和4個副顯 示屏上分別顯示不同的監(jiān)控畫面。
5、 一種采用權利要求1所述系統(tǒng)的應急聯(lián)動監(jiān)控方法，其特征在于所述方法包括: 1)實時采集危險化學品泄漏事故現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度、GPS定位信息及現(xiàn)場視頻圖像防爆型無線氣體檢測儀采集現(xiàn)場各監(jiān)測點的風向風速、氣體濃度及GPS定位信息，防 爆型單兵無線視頻發(fā)送設備采集現(xiàn)場視頻信息，分別通過無線方式傳送給現(xiàn)場應急指揮中 心的應急指揮主機；2) 對現(xiàn)場信息進行接收、存儲、處理和顯示應急指揮主機接收現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度，并存入實時數(shù)據(jù)庫； 應急指揮主機根據(jù)各監(jiān)測點的風向、風速、泄漏氣體濃度信息，確定現(xiàn)場平均風向風速和泄漏危險化學品名稱，通過査詢危險化學品MSDS數(shù)據(jù)庫，得出泄漏危險化學品的洗消和堵漏等現(xiàn)場應急處置措施；' 應急指揮主機在副顯示屏上分別顯示事故現(xiàn)場平均風向風速信息、氣體濃度信息組態(tài) 畫面、泄漏化學品MSDS信息與應急處置措施以及現(xiàn)場視頻監(jiān)控畫面，并在主顯示屏上運 行并顯示GIS系統(tǒng)畫面；3) 根據(jù)各監(jiān)測點的風向、風速、泄漏氣體濃度及GPS信息，利用經(jīng)過訓練的基于BP 算法的三層MLP神經(jīng)網(wǎng)絡，反算出泄漏源強度；4) 基于監(jiān)測傳感器的位置、瞬時氣象條件、泄漏源強度和高斯經(jīng)典擴散模型，計算 模擬出隨時間變化的氣體擴散濃度場；根據(jù)泄漏危險化學品性質，確定可能引發(fā)的事故類 型，根據(jù)氣體擴散濃度場和泄漏氣體事故后果模型，實時計算出事故傷亡半徑，并在GIS 地圖上顯示出事故危害影響范圍，從而確定人員疏散范圍；5) 根據(jù)現(xiàn)場防爆型無線氣體檢測儀的GPS位置信息，在GIS地圖上顯示出事故周邊 的應急救援力量和應急救援設施，結合事故現(xiàn)場周邊GIS信息，在電子地圖上搜索并顯示 出為最佳的人員疏散路徑，為應急救援指揮提供決策依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種危險化學品泄漏事故應急聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)及其方法，屬于危險化學品事故應急救援技術領域，該系統(tǒng)包括設置于泄漏事故現(xiàn)場周邊的防爆型無線氣體濃度監(jiān)測子系統(tǒng)和防爆型單兵無線視頻傳輸子系統(tǒng)；設置于現(xiàn)場應急指揮中心的應急指揮主機、視頻服務器和無線接收模塊。該方法主要包括實時采集各監(jiān)測點的現(xiàn)場風向、風速、泄漏氣體濃度及現(xiàn)場視頻圖像，應急指揮主機接收顯示這些信息，并給出現(xiàn)場應急處置措施；通過后果計算，得出事故傷亡半徑，確定人員疏散范圍；在GIS信息系統(tǒng)上顯示出事故周邊的應急救援力量和救援設施，在電子地圖上搜索并顯示出最佳的人員疏散路徑，本發(fā)明可減少事故損失，更好地保障人民的生命與財產(chǎn)安全。
文檔編號G08C17/00GK101309396SQ20081011569
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者洋 于, 磊 關, 吳宗之, 康榮學, 方來華, 易高翔, 楊春生, 桑海泉, 馬良俊, 魏利軍 申請人:中國安全生產(chǎn)科學研究院