一种渔船废气实时监测系统和方法与流程

本发明涉及渔船废气监测领域，尤其涉及一种渔船废气实时监测系统和方法。

背景技术：

当前，中国渔业已经进入了一个持续稳定健康发展的新阶段。渔业的发展，不仅满足了人们对诸如鱼虾蟹等水产品的需求，而且也扩大了水产品出口，有利地促进了渔民的收入水平。

当渔船在海洋中进行作业时，由于渔船的鱼舱内经常需要堆积鱼虾蟹产品，一旦这些产品变质，就会产生大量的硫化氢气体。由于渔船在作业中，鱼舱经常处于半密封状态，导致鱼舱内通风不畅，一旦人员没有采取防护措施即进入到鱼舱内部，就会造成人员因硫化氢中毒的严重事件，严重地威胁着渔船上人员的生命安全。

因此，如何针对鱼舱内的硫化氢气体进行有效监测，以避免渔船上人员造成硫化氢中毒成为当前渔船作业中必须克服的重要问题之一。

技术实现要素：

本发明所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术提供一种渔船废气实时监测系统。

本发明所要解决的进一步技术问题是针对上述现有技术提供一种渔船废气实时监测方法。该渔船废气实时监测方法能够实时有效地监测鱼舱内硫化氢气体情况，及时启动防范硫化氢中毒的措施，并且还可以在有人员发生硫化氢中毒时，及时获取到应急保障响应。

本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：一种渔船废气实时监测系统，其特征在于，包括鱼舱废气监测子系统、渔船控制子系统以及应急保障子系统；所述鱼舱废气监测子系统包括硫化氢传感器组、zigbee通信模块组、第一wifi通信模块组、鱼舱处理模块、排风扇、第一报警装置和第一通信模块；所述硫化氢传感器组中的各硫化氢传感器均布地设置在鱼舱内，所述zigbee通信模块组中的各zigbee通信模块同样均布地设置在鱼舱内；所述各硫化氢传感器与各zigbee通信模块一一对应连接；所述第一wifi通信模块组中至少包括三个第一wifi通信模块，各第一wifi通信模块与鱼舱内各工作人员的智能终端设备通信连接；所述渔船控制子系统包括渔船处理器以及分别连接渔船处理器的第二通信模块、第二报警装置、第二wifi通信模块、请求救援装置、定位芯片、船载通信装置、显示屏、摄像头、数据存储器和通信模式切换检测装置，所述渔船处理器分别连接排风扇和第一报警装置，所述数据存储器分别连接第二通信模块、第二wifi通信模块、定位芯片、船载通信装置、显示屏和摄像头，所述定位芯片连接定位卫星，所述渔船处理器连接船上各工作人员的智能终端设备以及鱼舱内各工作人员的智能终端设备，各智能终端设备中均设置有采集人体生理信号的生理数据采集装置；所述鱼舱废气监测子系统与渔船控制子系统通过相互连接的第一通信模块、第二通信模块实现通信连接；所述应急保障子系统包括海事应急救援指挥中心以及分别连接海事应急救援指挥中心的海事部门子系统、海军部门子系统、公安部门子系统、医疗部门子系统和民政部门子系统；所述渔船控制子系统通过船载通信装置与应急保障子系统通信连接。

本发明解决上述进一步技术问题所采用的技术方案为：一种渔船废气实时监测方法，基于所述的渔船废气实时监测系统，其特征在于，包括如下步骤1至步骤10：

步骤1，鱼舱废气监测子系统中的各硫化氢传感器分别对鱼舱内的硫化氢气体含量进行实时监测，并将监测到的硫化氢气体含量数据经过对应的zigbee通信模块发送给鱼舱处理模块；

步骤2，鱼舱废气监测子系统中的鱼舱处理模块根据各硫化氢传感器发送来的硫化氢气体含量数据进行处理，以判断当前鱼舱内的硫化氢气体含量是否超过预设的报警阈值：

当存在有硫化氢传感器发送来的硫化氢气体含量超过所述报警阈值，并且鱼舱内硫化氢气体含量的波动值小于预设的报警波动阈值时，则执行步骤3；否则，各硫化氢传感器继续执行对鱼舱内硫化氢传感器的实时监测；其中，所述鱼舱内硫化氢气体含量的波动值标记为σ，预设的报警波动阈值标记为σ阈值；

其中，m表示硫化氢传感器组中硫化氢传感器的总数目，em表示第m个硫化氢传感器所监测到的鱼舱内硫化氢气体含量，a、b、c和d是预设的参数常量值；δm表示第m个硫化氢传感器的贡献因子；

步骤3，鱼舱废气监测子系统中的鱼舱处理模块发送气体报警信息给渔船控制子系统后，鱼舱处理模块分别命令鱼舱内的排风扇启动排风工序并命令第一报警装置启动报警工序，以提示鱼舱内的工作人员立刻离开当前鱼舱；

步骤4，渔船控制子系统将所接收的气体报警信息分别发送给渔船处理器和船上工作人员的智能终端设备，由渔船处理器自主命令或者根据智能终端设备的控制指令命令第二报警装置启动报警，以通知渔船控制子系统处的工作人员采取针对硫化氢气体的应急措施；

步骤5，渔船控制子系统处的工作人员利用渔船处理器命令鱼舱废气监测子系统中的排风扇启动排风工序、命令第一报警装置启动报警，以再次提醒鱼舱内的工作人员迅速离开当前鱼舱；

步骤6，在渔船工作人员发现鱼舱内出现人员气体中毒时，鱼舱废气监测子系统中的鱼舱处理模块根据鱼舱内各wifi通信模块与气体中毒人员所携带智能终端设备的通信情况，获取气体中毒人员在鱼舱内的当前所处位置后，鱼舱处理模块发送气体中毒人员当前位置信息给船上工作人员，以由船上工作人员将气体中毒人员从鱼舱中移出；其中，所述鱼舱处理模块获取气体中毒人员在鱼舱内当前所处位置的过程包括如下步骤6-1至步骤6-5：

步骤6-1，假设鱼舱内设置有wifi1、wifi2、wifi3、......、wifin-1以及wifin共计n个wifi通信模块，鱼舱内第n个wifi通信模块的坐标标记为(xn,yn,zn)；鱼舱内第n个wifi通信模块在时间段t内接收到的信号强度值标记为pnm，n＝1,2,…,n，n≥3，m≥2；设定气体中毒人员所携带智能终端设备标记为r，气体中毒人员所携带智能终端设备r的坐标标记为(xr,yr,zr)；

步骤6-2，鱼舱处理模块根据鱼舱内各wifi通信模块在时间段t内接收到的信号强度值，计算鱼舱内各wifi通信模块所接收信号的信号强度平均值；其中，所述信号强度平均值标记为pi：

其中，pi表示第i个wifi通信模块wifii所接收信号的信号强度平均值，pij表示wifi通信模块wifii在时间段t内所接收的某一个信号强度值；

步骤6-3，鱼舱处理模块根据鱼舱内各wifi通信模块所对应的信号强度平均值，在所有信号强度平均值中选取信号强度平均值的数值位于前三位的值；其中，信号强度平均值的数值位于前三位的值分别标记为p′1、p′2和p′3；

步骤6-4，鱼舱处理模块根据所选取信号强度平均值位于前三位的值，分别得到对应前三位信号强度平均值的三个wifi通信模块，并获取得到所述三个wifi通信模块到气体中毒人员所携带智能终端设备的距离d1、d2和d3：其中：

其中，信号强度平均值p′1所对应的wifi通信模块标记为wifi′1、信号强度平均值p′2所对应的wifi通信模块标记为wifi′2、信号强度平均值p′3所对应的wifi通信模块标记为wifi′3；k是路径损耗指数，ξ为满足高斯分布的随机数，其均值为零，d1为wifi通信模块wifi′1到气体中毒人员所携带智能终端设备r的距离，d2为wifi通信模块wifi′2到气体中毒人员所携带智能终端设备r的距离，d3为wifi通信模块wifi′3到气体中毒人员所携带智能终端设备r的距离，d0为参考距离，p0为距离气体中毒人员所携带智能终端设备在d0距离处的信号强度值，v为距离估计误差，是一个数值为正数的随机变量，

步骤6-5，根据鱼舱内各wifi通信模块的坐标以及步骤6-4中所获取的三个距离值，对气体中毒人员所携带智能终端设备的坐标进行求解，并以所得该智能终端设备的坐标作为气体中毒人员在鱼舱内的当前位置：其中，气体中毒人员所携带智能终端设备的坐标标记为(x,y,z)：

其中，(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)分别表示所得三个wifi通信模块wifi′1、wifi′2以及wifi′3对应的坐标；

步骤7，工作人员通过渔船控制子系统中的定位芯片获取渔船当前位置信息，并由通信模式切换检测装置检测到空闲通信频段时，由渔船处理器命令船载通信装置切换到所检测的空闲通信频段上工作，以建立渔船控制子系统与应急保障子系统之间的顺畅通信；

步骤8，工作人员利用渔船控制子系统中的请求救援装置向应急保障子系统发送求救信息，以由应急保障子系统中的海事应急救援指挥中心启动联动救援响应，并命令医疗部门子系统建立与渔船控制子系统的通信连接；

步骤9，医疗部门子系统通过渔船控制子系统的摄像头在第一时间观察渔船上气体中毒人员的实时视频情况，并由医疗部门根据气体中毒人员的实时视频情况指导渔船工作人员开展初步急救措施；

步骤10，海事应急救援指挥中心命令海事部门子系统、海军部门子系统、公安部门子系统、医疗部门子系统和民政部门子系统启动针对当前所述渔船的救援响应，以及时前往当前渔船所处位置展开应急处置。

具体地，所述生理数据采集装置包括心率传感器和脉搏传感器中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

首先，本发明通过在鱼舱内均布设置若干硫化氢传感器和zigbee通信模块，以由zigbee通信模块将对应硫化氢传感器发送来的所监测的硫化氢含量数据发送给鱼舱废气监测子系统中的鱼舱处理模块处理，确保了对鱼舱较大空间内硫化氢气体含量的全面覆盖监测，以避免出现针对硫化氢气体漏检的情况发生；

其次，通过将渔船控制子系统与船上各工作人员的智能终端设备建立通信连接，以使得智能终端设备所属的船上工作人员可以在第一时间得到鱼舱废气监测子系统中鱼舱处理模块发送来的硫化氢气体含量和气体报警信息，从而避免船上工作人员盲目进入到鱼舱内，以避免发生硫化氢气体中毒，进而保证了船上工作人员的生命安全；

再次，通过在鱼舱内设置若干能够连接智能终端设备的第一wifi通信模块，通过鱼舱内各第一wifi通信模块与进入鱼舱内工作人员的智能终端设备之间的信号强度，准确定位鱼舱内工作人员的位置信息，以在进入鱼舱的工作人员发生硫化氢中毒时，船上其他工作人员可以及时定位硫化氢气体中毒人员的位置，以第一时间展开救援工作；

最后，本发明引入了由海事应急救援指挥中心、海事部门子系统、海军部门子系统、公安部门子系统、医疗部门子系统和民政部门子系统所形成的应急保障子系统，可以确保渔船在需要应急救援时，由渔船上的工作人员利用渔船控制子系统的请求救援装置向应急保障子系统发出应急救援请求，以由应急保障子系统指令各部门子系统启动应急措施，实现多部门的联动响应，以将渔船损失降低到最低。

附图说明

图1为本发明实施例中渔船废气实时监测系统的示意图；

图2为本发明实例中渔船废气实时监测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的渔船废气实时监测系统，包括鱼舱废气监测子系统、渔船控制子系统以及应急保障子系统；鱼舱废气监测子系统包括硫化氢传感器组、zigbee通信模块组、第一wifi通信模块组、鱼舱处理模块、排风扇、第一报警装置和第一通信模块；硫化氢传感器组中的各硫化氢传感器均布地设置在鱼舱内，zigbee通信模块组中的各zigbee通信模块同样均布地设置在鱼舱内，硫化氢传感器用于对鱼舱内硫化氢气体含量进行监测，以得到硫化氢气体含量数据；由于水产品在鱼舱内所堆积位置不同、发生变质的水产品数量不同，导致鱼舱内不同位置的硫化氢气体含量也会不同；通过将各硫化氢传感器均布在鱼舱内，可以确保硫化氢传感器组能够完全覆盖整个鱼舱，以避免出现漏检的情况发生；各硫化氢传感器与各zigbee通信模块一一对应连接，也就是说，每一个硫化氢传感器对应着一个zigbee通信模块，由于鱼舱内空间相对较大，硫化氢传感器所监测的数据则通过与该硫化氢传感器对应的zigbee通信模块发送给鱼舱处理器；第一wifi通信模块组中至少包括三个第一wifi通信模块，各第一wifi通信模块与鱼舱内各工作人员的智能终端设备通信连接；渔船控制子系统包括渔船处理器以及分别连接渔船处理器的第二通信模块、第二报警装置、第二wifi通信模块、请求救援装置、定位芯片、船载通信装置、显示屏、摄像头、数据存储器和通信模式切换检测装置，渔船处理器分别连接排风扇和第一报警装置，数据存储器分别连接第二通信模块、第二wifi通信模块、定位芯片、船载通信装置、显示屏和摄像头，定位芯片连接定位卫星，渔船处理器连接船上各工作人员的智能终端设备以及鱼舱内各工作人员的智能终端设备，各智能终端设备中均设置有采集人体生理信号的生理数据采集装置；生理数据采集装置包括心率传感器和脉搏传感器中的至少一种；鱼舱废气监测子系统与渔船控制子系统通过相互连接的第一通信模块、第二通信模块实现通信连接；应急保障子系统包括海事应急救援指挥中心以及分别连接海事应急救援指挥中心的海事部门子系统、海军部门子系统、公安部门子系统、医疗部门子系统和民政部门子系统；渔船控制子系统通过船载通信装置与应急保障子系统通信连接。

另外，本实施例还提供一种基于上述渔船废气实时监测系统的渔船废气实时监测方法。具体地，参见图2所示，本实施例中的渔船废气实时监测方法包括如下步骤1至步骤10：

步骤1，鱼舱废气监测子系统中的各硫化氢传感器分别对鱼舱内的硫化氢气体含量进行实时监测，并将监测到的硫化氢气体含量数据经过对应的zigbee通信模块发送给鱼舱处理模块；

步骤2，鱼舱废气监测子系统中的鱼舱处理模块根据各硫化氢传感器发送来的硫化氢气体含量数据进行处理，以判断当前鱼舱内的硫化氢气体含量是否超过预设的报警阈值：

当存在有硫化氢传感器发送来的硫化氢气体含量超过所述报警阈值，并且鱼舱内硫化氢气体含量的波动值小于预设的报警波动阈值时，则执行步骤3；否则，各硫化氢传感器继续执行对鱼舱内硫化氢传感器的实时监测；其中，鱼舱内硫化氢气体含量的波动值标记为σ，预设的报警波动阈值标记为σ阈值：

其中，m表示硫化氢传感器组中硫化氢传感器的总数目，em表示第m个硫化氢传感器所监测到的鱼舱内硫化氢气体含量，a、b、c和d是预设的参数常量值，也就是说，a、b、c和d是预设的常数；δm表示第m个硫化氢传感器的贡献因子；

步骤3，鱼舱废气监测子系统中的鱼舱处理模块发送气体报警信息给渔船控制子系统后，鱼舱处理模块分别命令鱼舱内的排风扇启动排风工序并命令第一报警装置启动报警工序，以提示鱼舱内的工作人员立刻离开当前鱼舱；

步骤4，渔船控制子系统将所接收的气体报警信息分别发送给渔船处理器和船上工作人员的智能终端设备，由渔船处理器自主命令或者根据智能终端设备的控制指令命令第二报警装置启动报警，以通知渔船控制子系统处的工作人员采取针对硫化氢气体的应急措施；

步骤5，渔船控制子系统处的工作人员利用渔船处理器命令鱼舱废气监测子系统中的排风扇启动排风工序、命令第一报警装置启动报警，以再次提醒鱼舱内的工作人员迅速离开当前鱼舱；

步骤6，在渔船工作人员发现鱼舱内出现人员气体中毒时，鱼舱废气监测子系统中的鱼舱处理模块根据鱼舱内各wifi通信模块与气体中毒人员所携带智能终端设备的通信情况，获取气体中毒人员在鱼舱内的当前所处位置后，鱼舱处理模块发送气体中毒人员当前位置信息给船上工作人员，以由船上工作人员将气体中毒人员从鱼舱中移出；通过由鱼舱废气监测子系统自动地对气体中毒人员所处位置进行定位，并将所得定位位置告知给渔船控制子系统处的工作人员，方便了渔船上其他工作人员第一时间准确地抵达中毒人员所处的位置开展营救；其中，鱼舱处理模块获取气体中毒人员在鱼舱内当前所处位置的过程包括如下步骤6-1至步骤6-5：

步骤6-1，假设鱼舱内设置有wifi1、wifi2、wifi3、......、wifin-1以及wifin共计n个wifi通信模块，鱼舱内第n个wifi通信模块的坐标标记为(xn,yn,zn)；鱼舱内第n个wifi通信模块在时间段t内接收到的信号强度值标记为pnm，n＝1,2,…,n，n≥3，m≥2；设定气体中毒人员所携带智能终端设备标记为r，气体中毒人员所携带智能终端设备r的坐标标记为(xr,yr,zr)；

步骤6-2，鱼舱处理模块根据鱼舱内各wifi通信模块在时间段t内接收到的信号强度值，计算鱼舱内各wifi通信模块所接收信号的信号强度平均值；其中，信号强度平均值标记为pi：

其中，pi表示第i个wifi通信模块wifii所接收信号的信号强度平均值，pij表示wifi通信模块wifii在时间段t内所接收的某一个信号强度值；

步骤6-3，鱼舱处理模块根据鱼舱内各wifi通信模块所对应的信号强度平均值，在所有信号强度平均值中选取信号强度平均值的数值位于前三位的值；其中，信号强度平均值的数值位于前三位的值分别标记为p′1、p′2和p′3；

步骤6-4，鱼舱处理模块根据所选取信号强度平均值位于前三位的值，分别得到对应前三位信号强度平均值的三个wifi通信模块，并获取得到所述三个wifi通信模块到气体中毒人员所携带智能终端设备的距离d1、d2和d3：其中：

其中，信号强度平均值p′1所对应的wifi通信模块标记为wifi′1、信号强度平均值p′2所对应的wifi通信模块标记为wifi′2、信号强度平均值p′3所对应的wifi通信模块标记为wifi′3；k是路径损耗指数，ξ为满足高斯分布的随机数，其均值为零，d1为wifi通信模块wifi′1到气体中毒人员所携带智能终端设备r的距离，d2为wifi通信模块wifi′2到气体中毒人员所携带智能终端设备r的距离，d3为wifi通信模块wifi′3到气体中毒人员所携带智能终端设备r的距离，d0为参考距离，p0为距离气体中毒人员所携带智能终端设备在d0距离处的信号强度值，v为距离估计误差，是一个数值为正数的随机变量，

步骤6-5，根据鱼舱内各wifi通信模块的坐标以及步骤6-4中所获取的三个距离值，对气体中毒人员所携带智能终端设备的坐标进行求解，并以所得该智能终端设备的坐标作为气体中毒人员在鱼舱内的当前位置：其中，气体中毒人员所携带智能终端设备的坐标标记为(x,y,z)：

其中，(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)分别表示所得三个wifi通信模块wifi′1、wifi′2以及wifi′3对应的坐标；

步骤7，工作人员通过渔船控制子系统中的定位芯片获取渔船当前位置信息，并由通信模式切换检测装置检测到空闲通信频段时，由渔船处理器命令船载通信装置切换到所检测的空闲通信频段上工作，以建立渔船控制子系统与应急保障子系统之间的顺畅通信；

步骤8，工作人员利用渔船控制子系统中的请求救援装置向应急保障子系统发送求救信息，以由应急保障子系统中的海事应急救援指挥中心启动联动救援响应，并命令医疗部门子系统建立与渔船控制子系统的通信连接；

步骤9，医疗部门子系统通过渔船控制子系统的摄像头在第一时间观察渔船上气体中毒人员的实时视频情况，并由医疗部门根据气体中毒人员的实时视频情况指导渔船工作人员开展初步急救措施；

步骤10，海事应急救援指挥中心命令海事部门子系统、海军部门子系统、公安部门子系统、医疗部门子系统和民政部门子系统启动针对当前所述渔船的救援响应，以及时前往当前渔船所处位置展开应急处置。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。