用于室内和室外的可移动有害物质检测定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于室内和室外的可移动有害物质检测定位系统，属于北斗 技术应用、多传感器数据融合及应用领域。
【背景技术】
[0002] 在工业化高速发展的今天，各类突发性公共卫生事件的频发一一大规模的有机化 工厂的爆炸、毒性化学物质泄漏、煤气矿井管道破裂等一系列问题已对人类的生存和发展 构成重大威胁。目前针对有害物的检测技术如在毒性化学物质泄漏、煤气矿井管道破裂等 防治领域多采用静态布置传感器节点的方法。其缺陷是铺设成本高，设备老化或失效时不 易进行及时更换。
[0003]北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，简写BDS)是中国自 行研制的全球卫星导航定位系统。可以在全球范围内全天候、全天时地为各类用户提供精 确的，具有持续稳定导航精度的导航信息。但是在室内、高层建筑密集的市区、矿井、隧道等 环境下北斗信号将会失锁，不能进行有效定位。北斗系统特有的短报文通信即使在信号盲 区仍能发送短报文信息，解决了通信阻断地区的定位与通信难题。
[0004] 惯性导航系统（InertialNavigationSystem，简写INS)具有全自主，可提供运动 信息且全面、短时、高精度的优点，可以实现自主导航。但是因为测量误差会随时间积累，所 以惯性导航系统并不适于长航时运行条件下的精确定位。
[0005] 无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，简写WSN)是由部署在监测区域内大 量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。 WSN特别适合应用在恶劣环境或人类不宜实时实地监控的区域，例如矿井、核物质反应堆周 围等有害物质浓度较高的区域。其缺点是只能完成短距离的无线通信，长距离的目标定位 需要耗费大量的节点铺设费用。 【实用新型内容】
[0006] 发明目的：针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于室内和室外的可移动 有害物质检测定位系统，通过INS/WSN/BDS三种导航方式的组合来实现室内室外的可移动 检测。
[0007] 技术方案：为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0008] -种用于室内和室外的可移动有害物质检测定位系统，包括：位于移动载体上的 INS/WSN/BDS组合导航模块、有害物质检测模块、中央数据处理器和无线通信模块，以及远 端的数据监测终端；
[0009] 所述INS/WSN/BDS组合导航模块，包括INS导航模块、WSN导航模块和BDS导航模 块；
[0010] 所述中央数据处理器，设有：
[0011] 数据采集单元，分别与INS导航模块、WSN导航模块和BDS导航模块连接，用于接 收三者输出的导航信息，并输出INS、WSN和BDS的导航数据以及采用的组合导航方式，所述 组合导航方式包括INS/WSN组合导航和INS/BDS组合导航；
[0012] 扩展卡尔曼滤波器单元，与数据采集单元连接，用于接收INS导航数据和WSN导航 数据，输出第一位置信息；
[0013] 不敏卡尔曼滤波器单元，与数据采集单元连接，用于接收INS导航数据和BDS导航 数据，输出第二位置信息；
[0014] 以及，数据融合单元，分别与数据采集单元、扩展卡尔曼滤波器、不敏卡尔曼滤波 器和有害物质检测模块连接，输出位置信息与污染物检测信息的组合信息，所述位置信息 为根据组合导航方式确定的第一位置信息或第二位置信息；
[0015] 所述无线通信模块，与数据融合单元连接，用于将载体的位置信息与污染物检测 信息的组合信息通过无线方式发送；
[0016] 所述远端的数据监测终端，用于接收移动载体发送的位置信息和污染物检测信息 的组合信息，绘制空间中相应区域的污染物分布图并显示在终端上。
[0017] 进一步的，所述无线通信模块包括GPRS通信单元和北斗短报文通信单元，所述中 央数据处理器还包括通信方式选择单元，所述通信方式选择单元分别与所述数据融合单 元、GPRS通信单元和北斗短报文通信单元连接，用于检测GPRS信号，并根据检测结果选择 采用GPRS或北斗短报文方式发送数据融合单元输出的组合信息。
[0018] 进一步的，所述INS导航模块包括3个单轴的加速度计和3个单轴的陀螺仪。
[0019] 进一步的，所述WSN导航模块通过ZigBee或WIFI与其他移动载体上的WSN导航 模块通信。
[0020] 进一步的，所述有害物质检测模块为可检测单一有害物质的传感器、可检测多种 有害物质的传感器或者多种传感器的组合构成。
[0021] 进一步的，所述移动载体为包括车辆、船舶、飞机、智能机器人在内的任意可控制 位置移动的载体。
[0022] 工作原理：用于室内和室外的可移动有害物质检测定位系统的运行步骤包括：
[0023] (1)通过移动载体上的INS/WSN/BDS组合导航系统获得移动载体的位置信息，具 体为：当有WSN信号时，采用INS/WSN组合导航方式，通过扩展卡尔曼滤波器对INS导航获 得的绝对导航数据和WSN导航获得的相对导航数据进行处理，获得移动载体的位置信息； 否则采用INS/BDS组合导航方式，通过不敏卡尔曼滤波器对INS导航获得的绝对导航数据 和BDS导航获得的相对导航数据进行处理，获得移动载体的位置信息；
[0024] (2)通过移动载体上的有害物质检测传感器获得移动载体所在位置的污染物检测 信息；
[0025] (3)将步骤⑴中得到的位置信息和步骤⑵中得到的污染物检测信息组合起来 通过无线方式发送至远端的数据监测终端；
[0026] (4)数据监测终端根据接收到的移动载体发送的位置信息和污染物检测信息，绘 制空间中相应区域的污染物分布图并显示在终端上。
[0027] 有益效果：本实用新型提出了一种用于室内和室外的可移动有害物质检测定位系 统，其有益效果是不但可以对某一区域进行有害物检测，根据有害物分布图判断有害物分 布情况，还可以用于危险情况下对危险源的查找，以便做出及时的响应和处理，保障人员及 设施的安全。置于移动载体上使得系统的可移动检测及搜索成为可能，INS/WSN/BDS三种 导航方式的融合以及GPRS、北斗短报文两种通信方式的组合，使得该系统具有极强的适应 能力，保证在各种极端条件下都能够出色完成任务。
【附图说明】
[0028] 图1是本实用新型用于室内和室外的可移动有害物质检测定位系统结构不意图；
[0029] 图2是本实用新型的MCU的处理过程示意图；
[0030]图3是本实用新型的组合导航模块的原理示意图；
[0031] 图4是本实用新型的通信模块的结构示意图；
[0032] 图5是本实用新型的数据监测终端的处理过程示意图。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合一种具体的实施方案和附图对本实用新型做详细的说明：
[0034] 如图1所示，本实施例公开的一种用于室内和室外的可移动有害物质检测定位系 统，包括INS/WSN/BDS组合导航模块、有害物质检测模块、无线通信模块、中央数据处理器 (MCU)和数据监测终端。
[0035]INS/WSN/BDS组合导航模块对有害物物源实施定位，包括INS导航模块、WSN导航 模块和BDS导航模块，其中INS导航模块通过包含3个单轴的加速度计和3个单轴的陀螺 仪的惯性单元获得绝对导航信息；WSN导航模块通过多个传感器节点布置，以无线通信方 式（如ZigBee,WIFI)形成一个多跳的自组织的网络系统，协作地感知、采集和处理网络覆 盖区域中被感知对象的信息，从而确定未知节点的相对位置信息；DBS导航模块通过卫星、 地面中心站和用户终端组成有源定位系统。
[0036]INS/WSN组合导航借助加速度计一陀螺仪和无线传感网络实现无北斗信号区域的 定位，利用北斗定位克服INS导航误差随时间漂移问题；INS/BDS组合导航借助加速度计一 陀螺仪和北斗卫星实现可接收北斗信号区域的定位，克服了在地下巷道、狭长隧道、高层 建筑密集的市区等北斗信号长期失锁的环境下INS导航误差随时间漂移问题，具有极强的 环境适应能力。所有位置信息经（MCU)进行数据处理及组合算法实现，MCU设有数据采集 单元、扩展卡尔曼滤波器单元、不敏卡尔曼滤波器单元和数据融合单元，数据采集单元分别 与INS导航模块、WSN导航模块和BDS导航模块连接，将接收到的导航信息传递给滤波器单 元，并确定采用INS