一种垃圾填埋场有毒有害气体监测专用机器人与控制信息系统的制作方法

本发明涉及有毒有害气体监测技术领域，特别是涉及一种垃圾填埋场有毒有害气体监测专用机器人与控制信息系统。

背景技术：

随着国民经济的发展，人民生活水平日益提高,城市人口的不断增长，城市生活垃圾越来越多，为了防止垃圾对环境造成污染，必须对垃圾进行处理。长期以来生活垃圾处理绝大多数采用简单填埋，而垃圾的成分十分复杂，填埋后经过缺氧、发酵等反应，产生的渗沥液是成分最复杂最难处理的污水。一个未经无害化处理的垃圾场，成为一个长期的污染源，严重污染地下水。垃圾产生的有害气体直接排放，污染空气，严重影响周围环境。垃圾中产生的沼气由于未经疏导处理，横空迁移，当浓度达到5-15%，致使垃圾造成爆炸自焚，这种现象在为数不少的垃圾填埋场都曾发生过。

垃圾填埋场开挖作业现场污染物的浓度受环境气象条件，如温度、湿度、风力及风向的影响很大。温度低时（冬天），开挖作业现场气体污染物挥发较慢，瞬时浓度偏低；温度高时（夏天），开挖作业现场气体污染物挥发较快，瞬时浓度偏高。气象条件有利于污染物扩散时（气压高、湿度小、风力大），作业现场气体污染区扩散较快，监测到的气体浓度相对较低；气象条件不利于污染物扩散时（低气压、湿度大、风力小），作业现场气体污染物扩散较慢，监测到的气体浓度相对较高高。同时，风力较大时，污染物的扩散方向受风向的影响，下风向污染物浓度偏高。

参考国家或行业相关标准、技术规范等涉及到的监测项目：

（1）《生活垃圾卫生填埋场环境监测技术要求》（gb/t18772-2008）大气污染物监测项目：包括臭气浓度、甲烷、总悬浮颗粒物、硫化氢、氨气、甲硫醇、氮氧化物。填埋气体监测项目：包括甲烷、二氧化碳、氧气、硫化氢、氨气。

（2）《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》（cj/t3037-1995）

大气污染物监测项目：包括总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、甲烷气、硫化氢、臭级、氨气。

（3）《恶臭污染物排放标准》（gb14554-93）氨气、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯、臭气浓度。

一种用于检测垃圾填埋场有毒有害气体检测机器人和控制信息系统亟待需要。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种垃圾填埋场有毒有害气体监测专用机器人与控制信息系统。其主要目的在于难以有效监测在开挖的垃圾填埋场有毒有害气体以保证安全开挖的缺陷。

本发明所采用的技术方案是：一种垃圾填埋场有毒有害气体监测专用机器人与控制信息系统，包括机器人、多功能监测系统和远程监控中心；

所述机器人包括履带行走基座与连接在履带行走基座上的机械臂，机械臂末端连接有多功能快换终端；

所述多功能监测系统包括机械臂端监测大模块、基座端监测大模块和数据采集及传输大模块；所述机械臂端监测大模块包括集成在多功能快换终端上的风向监测模块、风速监测模块、臭气浓度监测模块、可燃气体监测模块、第一有毒气体监测模块和可gps定位的视觉摄录装置；所述基座端监测大模块包括安装在基座上的大气压监测模块、温湿度监测模块、火焰探测模块和第二有毒气体监测模块；所述数据采集及传输大模块包括安装在基座上的车载数据采集及远程传输模块、电源适配器、车载嵌入式工控机和机器人本体小屏显示模块；机械臂端监测大模块和基座端监测大模块的数据输出端均与数据采集及传输大模块的数据输入端连接；机械臂端监测大模块和基座端监测大模块的电源输入端均与数据采集及传输大模块的电源输出端连接；

所述远程监控中心包括工控机、模块集成与控制平台、报警及语音提示模块和终端显示大屏；所述工控机内置有gprs+gps接收模块、物理信息存储矩阵、多种类监测数据预处理软件、应急处理预案设计及编程、人机界面设计编程和人工智能软件编程；所述模块集成与控制平台内置有和数据记录与回放分析软件；所述报警及语音提示模块包括声光报警器和语音提示器；工控机与模块集成与控制平台通讯连接，模块集成与控制平台的输出端与报警及语音提示模块以及终端显示大屏的输入端连接；

所述多功能监测系统连接在机器人上，多功能监测系统与远程监控中心无线连接。

所述机器人表面均由耐有毒有害气体腐蚀材料制成，同时施有防漏电、防潮、防尘、防触电保护和防冻防结冰措施。

所述履带行走基座最大移动速度不小于0.6m/s；机械臂移动速度不低于履带行走基座的移动速度。

所述机械臂垂直伸展高度为4m；机器臂弯折至水平地面，末端部距履带行走基座近端部距离不小于1m；机械臂上与多功能快换终端的接口内设有内径尺寸不小于φ32mm的数据线及电源线通道与内径尺寸不小于φ40mm的预留通道，接口的尺寸均为φ100mm。

所述多功能快换终端整体呈正方体包括硬件集成、电源供电装置、数据线和快换接头；所述硬件集成包括安装在顶部的风向监测模块和风速监测模块，安装在侧面的臭气浓度监测模块、可燃气体监测模块和第一有毒气体监测模块，安装在前端的可gps定位的视觉摄录装置，置于后端的快换接头；电源供电装置的电源输入线端与数据线处于快换接头开设的接口处。

所述第一有毒气体监测模块监测气体为：h2s和nh3。

所述基座端监测大模块和数据采集及传输大模块集成在一起整体呈长方体，包括安装在顶部的大气压监测模块和温湿度监测模块，安装在前侧的火焰探测模块和第二有毒气体监测模块，安装在右侧上方的机器人本体小屏显示模块，安装在右侧下方的车载嵌入式工控机，安装在内部的车载数据采集及远程传输模块、电源适配器。

所述第二有毒气体监测模块监测气体为：co和so2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:

1.可监测垃圾填埋场的各类有毒有害气体、火焰监测、气象条件和视觉摄录，对环境因素掌控全面。

2.采用履带车与机械臂的方式，可行走监测平面范围广，可定点监测三维空间范围大。

3.采用多功能快换终端，安装、维修和换新更为便捷，保证机器人的工作可靠性。

4.采用远程监控的模式，既安全又便捷。实时掌控垃圾填埋场动态，同时还有报警装置，确保垃圾填埋场上的安全作业。

5.机器人可以自动运行，也可启动手动远程操作，可应对复杂情况与紧急情形。

附图说明

图1为本发明机器人示意图包含机器人和多功能监测系统示意图。

图2为本发明远程监控中心示意图。

图3为本发明机械臂端监测大模块示意图。

图4为本发明基座端监测大模块示意图。

图5为本发明功能流程示意图。

图1至图4中：1机器人，2多功能监测系统，3远程监控中心，4履带行走基座，5机械臂，6多功能快换终端，7风向监测模块，8风速监测模块，9臭气浓度监测模块，10可燃气体监测模块，11第一有毒气体监测模块，12可gps定位的视觉摄录装置，13大气压监测模块，14温湿度监测模块，15火焰探测模块，16第二有毒气体监测模块，17车载数据采集及远程传输模块，18电源适配器，19车载嵌入式工控机，20机器人本体小屏显示模块，21工控机，22模块集成与控制平台，23报警及语音提示模块，24终端显示大屏，25快换接头，26声光报警器，27语音提示器。

具体实施方式

下面结合附图1至附图5对本发明进一步说明。

一种垃圾填埋场有毒有害气体监测专用机器人与控制信息系统，包括机器人1、多功能监测系统2和远程监控中心3；

机器人1包括履带行走基座4与连接在履带行走基座4上的机械臂5，机械臂5末端连接有多功能快换终端6；

多功能监测系统2包括机械臂端监测大模块、基座端监测大模块和数据采集及传输大模块；所述机械臂端监测大模块包括集成在多功能快换终端6上的风向监测模块7、风速监测模块8、臭气浓度监测模块9、可燃气体监测模块10、第一有毒气体监测模块11和可gps定位的视觉摄录装置12；所述基座端监测大模块包括安装在基座上的大气压监测模块13、温湿度监测模块14、火焰探测模块15和第二有毒气体监测模块16；所述数据采集及传输大模块包括安装在基座上的车载数据采集及远程传输模块17、电源适配器18、车载嵌入式工控机19和机器人本体小屏显示模块20；机械臂端监测大模块和基座端监测大模块的数据输出端均与数据采集及传输大模块的数据输入端连接；机械臂端监测大模块和基座端监测大模块的电源输入端均与数据采集及传输大模块的电源输出端连接；

远程监控中心3包括工控机21、模块集成与控制平台22、报警及语音提示模块23和终端显示大屏24；所述工控机内置有gprs+gps接收模块、物理信息存储矩阵、多种类监测数据预处理软件、应急处理预案设计及编程、人机界面设计编程和人工智能软件编程；所述模块集成与控制平台内置有和数据记录与回放分析软件；所述报警及语音提示模块23包括声光报警器26和语音提示器27；工控机21与模块集成与控制平台22通讯连接，模块集成与控制平台22的输出端与报警及语音提示模块23以及终端显示大屏24的输入端连接；

多功能监测系统2连接在机器人1上，多功能监测系统2与远程监控中心3无线连接。

机器人1表面均由耐有毒有害气体腐蚀材料制成，同时施有防漏电、防潮、防尘、防触电保护和防冻防结冰措施。

履带行走基座4最大移动速度不小于0.6m/s；机械臂5移动速度不低于履带行走基座的移动速度。

机械臂5垂直伸展高度为4m；机器臂5弯折至水平地面，末端部距履带行走基座4近端部距离不小于1m；机械臂5上与多功能快换终端6的接口内设有内径尺寸不小于φ32mm的数据线及电源线通道与内径尺寸不小于φ40mm的预留通道，接口的尺寸均为φ100mm。

多功能快换终端6整体呈正方体包括硬件集成、电源供电装置、数据线和快换接头25；所述硬件集成包括安装在顶部的风向监测模块7和风速监测模块8，安装在侧面的臭气浓度监测模块9、可燃气体监测模块10和第一有毒气体监测模块11，安装在前端的可gps定位的视觉摄录装置12，置于后端的快换接头25；电源供电装置的电源输入线端与数据线处于快换接头开设的接口处。

第一有毒气体监测模块11监测气体为：h2s和nh3。

基座端监测大模块和数据采集及传输大模块集成在一起整体呈长方体，包括安装在顶部的大气压监测模块13和温湿度监测模块14，安装在前侧的火焰探测模块15和第二有毒气体监测模块16，安装在右侧上方的机器人本体小屏显示模块20，安装在右侧下方的车载嵌入式工控机19，安装在内部的车载数据采集及远程传输模块17、电源适配器18。

第二有毒气体监测模块16监测气体为：co和so2。

根据监控对象的不同危险水平分别设置一、二两级报警。

1）可燃气体监测模块10报警限值：一级报警设定值小于或等于25%爆炸下限；二级报警设定值小于或等于50%爆炸下限。

2）第一有毒气体监测模块11与第二有毒气体监测模块16报警限值：一级报警设定值宜小于或等于100%最高允许浓度/短时间允许接触浓度；二级报警设定值不得超过10%直接致害浓度。

3）火焰探测模块15报警限值：出现微小火焰直接发出二级报警。

当恢复到正常水平，停止报警。

紧急情形一：监测发现层间气气体浓度超出限值时

应急方案：

1.改变开挖区域。

2.暂停作业。

紧急情形二：一级报警

应急方案：

1.减慢开挖速度。

2.对恶臭气体进行喷淋（有条件时）。

紧急情形三：二级报警

应急方案：

1.改变开挖地点（通常限于在开挖区域之内改变开挖地点）。

2.暂停作业，操作人员暂离作业现场。

实施过程：

1）未作业期间，机器人1和多功能监测模块2位于就位区域，处于就绪状态。首先，远程监控中心3内向机器人1发出启动监测任务信号指令，机器人1接到指令后由就位区域行驶至待监测区域（已开挖区域或正在开挖区域）；

2）机器人1到达指定区域后，伸展其折叠机械臂5至指定三维空间坐标点（可覆盖60m×50m×4m开挖单元内任意点位），机器人1就位后反馈远程监控中心3就绪信号，由远程监控中心3向多功能监测系统2发布指令，启动多功能监测系统2按照任务指示的监测对象、监测频率等具体监测要求进行在线实时监测，并将测定结果实时远程传输至远程监控中心3，远程监控中心3对接收到的监测信号进行处理，将处理结果可视化显示于远程监控中心3的终端显示大屏24，远程监控中心3依据处理结果进一步反馈机器人1、多功能监测系统2，指示下一步监测任务，对于异常情况，发出系统报警、启动应急方案。

3）机器人1、多功能监测系统2执行完所有任务指令后，远程监控中心3向其发出归位指令，多功能监测系统2所有状态恢复初始，机器人1的机械臂5恢复折叠状态，并返回就位区域，随时等待新的任务指令。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。