一种使用无人机进行危险品检测的方法及系统与流程

本发明涉及危险品检测技术领域，尤其涉及一种使用无人机进行危险品检测的方法及系统。

背景技术：

目前口岸放射性查验方式为通道式检测设备以及手持式放射性测定仪，一旦面临通道式检测仪发现放射性超标情况，人员需手持放射性检测设备上场复验，及时防护较好的情况下仍然难以避免对查验人员的伤害，无人机在这点上具有可以去复杂环境，对人员无伤害，可以实时记录放射剂量回传并作为执法依据保存，并能追踪放射源对周围已造成的污染区域定位，能更好的确保国门安全。

口岸上危险化学品查验时，当发生泄露时，均需要现场靠近并获取信息，开箱查验定损等，无论是接触、呼吸到化学品或可能面临化学品爆炸、火灾等情况将对查验人员产生较大伤害，无人机携带的化学系统可以识别是哪种化学品，是否泄露，浓度情况以及实时回传相关现场图像等，有利于方便快捷的处置以及出具相关证书。

目前现有的基于无人机的放射性物质检测及化学气体检测，都是将相关检测设备搭载在无人机上进行数据采集回传并没有在无人机上做数据处理以及根据实时采集的数据对放射源、化学气体泄漏源进行查找与追踪的功能。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题，本发明提供了一种使用无人机进行危险品检测的方法及系统。

本发明提供了一种使用无人机进行危险品检测的方法，包括：

从无人机接收检测到的危险品浓度数据、定位数据、风向数据；

根据所述危险品浓度数据判断浓度超标时，控制无人机改变飞行位置并在飞行过程中进行多点测量，根据多点测量的数据确定污染源的位置。

上述使用无人机进行危险品检测的方法还具有以下特点：

所述方法还包括：在确定污染源的位置后，至少执行一次以下操作：控制无人机朝污染源的位置飞行预设时长后，控制无人机改变飞行位置并在飞行过程中进行多点测量，根据多点测量的结果确定污染源的位置。

上述使用无人机进行危险品检测的方法还具有以下特点：

所述根据多点测量的结果确定污染源的位置包括：

根据所述风向数据确定高斯模型的坐标系的X轴位于水平面且方向为风速方向，Y轴位于水平面且垂直于X轴，Z轴垂直于水平面；

判断浓度超标的危险品的类型，根据此类型查询各类型危险品的标准差对照表确定σ_y和σ_z，σ_y为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差，σ_z为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差；

根据多点测量结果使用下式计算获得污染源的位置和污染源的释放速率：

其中，X(x,y,z)为在坐标x,y,z位置测量到的危险品浓度，P为污染源的释放速率，S为无人机的位置与污染源的直接距离即

上述使用无人机进行危险品检测的方法还具有以下特点：

所述危险品的类型包括核物质和非核化学物质。

上述使用无人机进行危险品检测的方法还具有以下特点：

控制无人机改变飞行位置并在飞行过程中进行多点测量是指控制无人机在垂直于风向方向的平面上飞行。

本发明还提供了一种使用无人机进行危险品检测的系统，包括：地面通信设备、地面控制设备、无人机；所述无人机还包括无人机通信模块和无人机控制模块；所述系统还包括装载于所述无人机上的与无人机控制模块均连接的危险品浓度检测设备、定位设备、风向数据检测设备；

无人机控制模块，用于从接收危险品浓度检测设备、定位设备、风向数据检测设备检测到的数据，控制通信模块发送至所述地面控制设备；还用于根据从无人机通信模块收到的飞行轨迹控制信号进行飞行；

所述无人机通信模块，用于从地面通信设备接收飞行轨迹控制信号并将此控制信号发送至所述无人机控制模块；还用于从所述无人机控制模块接收检测数据，并发送至所述地面通信设备；

所述地面通信设备，用于从所述无人机通信模块接收检测数据并发送至所述地面控制设备；还用于将从所述地面控制设备收到的飞行轨迹控制信号发送至所述无人机通信模块；

所述地面控制设备，用于根据接收到的所述危险品浓度检测数据判断浓度超标时，确定多点测试飞行轨迹控制信号并发送至所述地面通信设备，根据收到的无人机在执行所述多点测试飞行轨迹控制信号时进行多点测量的数据确定污染源的位置。

上述使用无人机进行危险品检测的系统还具有以下特点：

所述地面控制设备，还用于在确定污染源的位置后，至少执行一次以下操作：向所述地面通信设备发送指示无人机朝污染源的位置飞行预设时长的控制信号后，确定多点测试飞行轨迹控制信号并发送至所述地面通信设备，根据收到的无人机在执行所述多点测试飞行轨迹控制信号时进行多点测量的数据确定污染源的位置。

上述使用无人机进行危险品检测的系统还具有以下特点：

所述地面控制设备用于根据以下方式根据多点测量的结果确定污染源的位置：

根据所述风向数据确定高斯模型的坐标系的X轴位于水平面且方向为风速方向，Y轴位于水平面且垂直于X轴，Z轴垂直于水平面；

判断浓度超标的危险品的类型，根据此类型查询各类型危险品的标准差对照表确定σ_y和σ_z，σ_y为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差，σ_z为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差；

根据多点测量结果使用下式计算获得污染源的位置和污染源的释放速率：

其中，X(x,y,z)为在坐标x,y,z位置测量到的危险品浓度，P为污染源的释放速率，S为无人机的位置与污染源的直接距离即

上述使用无人机进行危险品检测的系统还具有以下特点：所述危险品的类型包括核物质和非核化学物质。

上述使用无人机进行危险品检测的系统还具有以下特点：所述多点测试飞行轨迹控制信号对应的多点测试飞行轨迹为控制无人机在垂直于风向方向的平面上飞行。

本发明可以远程控制无人机进行危险品检测，控制无人机进行有效轨迹飞行采集相应数据从而确定污染源的位置，提高危险品检测的智能性，有效保护工作人员的安全。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例中使用无人机进行危险品检测的方法的流程图；

图2是实施例中使用无人机进行危险品检测的系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1是实施例中使用无人机进行危险品检测的方法的流程图；如图1所示，使用无人机进行危险品检测的方法包括：

步骤101，从无人机接收检测到的危险品浓度数据、定位数据、风向数据；

步骤102，根据危险品浓度数据判断浓度超标时，控制无人机改变飞行位置并在飞行过程中进行多点测量，根据多点测量的数据确定污染源的位置。

本方法还包括步骤103，在确定污染源的位置后，至少执行一次以下操作：控制无人机朝污染源的位置飞行预设时长后，控制无人机改变飞行位置并在飞行过程中进行多点测量，根据多点测量的结果确定污染源的位置。

本方法在步骤101和步骤102后，确定的污染源的位置不够精确，通过步骤103可以使确定的污染源的位置较为精确。

步骤102和步骤103中，控制无人机改变飞行位置并在飞行过程中进行多点测量可以是指控制无人机在垂直于风向方向的平面上飞行。

假设污染源的污染物扩散方式符合正态分布，由正态分布假设可以导出任意一点X(x,y,z)处污染物气体浓度的函数为：

由概率统计理论可以写出方差的表达式为：

源强Q的积分公式为：

其中，σ_y、σ_z是辐射源、污染源在y,z方向分布的标准差，单位是m；X(x,y,z)是任一点处污染气体的浓度；u是平均风速，单位是m/s。

通过上面式子积分可得：

P是污染源在传播过程中的源强总量；S为污染源至无人机的传播距离。

步骤102和步骤103中，根据多点测量的结果确定污染源的位置具体包括：

根据风向数据确定高斯模型的坐标系的X轴位于水平面且方向为风速方向，Y轴位于水平面且垂直于X轴，Z轴垂直于水平面；

判断浓度超标的危险品的类型，根据此类型查询各类型危险品的标准差对照表确定σ_y和σ_z，σ_y为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差，σ_z为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差；

根据多点测量结果使用下式计算获得污染源的位置和污染源的释放速率：

其中，X(x,y,z)为在坐标x,y,z位置测量到的危险品浓度，P为污染源的释放速率，S为无人机的位置与污染源的直接距离即

其中，危险品的类型包括核物质和非核化学物质。本方法中预存有危险品的标准差对照表，其中核物质对应相应的σ_y和σ_z，非核化学物质对应相应的σ_y和σ_z，此值均为多次实验获得的经验值。

图2是使用无人机进行危险品检测的系统，如图2所示，此系统包括：地面通信设备、地面控制设备、无人机；无人机还包括无人机通信模块和无人机控制模块；系统还包括装载于无人机上的与无人机控制模块均连接的危险品浓度检测设备、定位设备、风向数据检测设备。

无人机控制模块用于从接收危险品浓度检测设备、定位设备、风向数据检测设备检测到的数据，控制通信模块发送至地面控制设备；还用于根据从无人机通信模块收到的飞行轨迹控制信号进行飞行；

无人机通信模块用于从地面通信设备接收飞行轨迹控制信号并将此控制信号发送至无人机控制模块；还用于从无人机控制模块接收检测数据，并发送至地面通信设备；

地面通信设备用于从无人机通信模块接收检测数据并发送至地面控制设备；还用于将从地面控制设备收到的飞行轨迹控制信号发送至无人机通信模块；

地面控制设备用于根据接收到的危险品浓度检测数据判断浓度超标时，确定多点测试飞行轨迹控制信号并发送至地面通信设备，根据收到的无人机在执行多点测试飞行轨迹控制信号时进行多点测量的数据确定污染源的位置。

其中，

危险品浓度检测设备包括核物质检测设备和非核化学物质检测设备。核物质检测设备用于检测核物质，非核化学物质检测设备用于检测化学气体，具体包括VOCs检测、氯化氢气体检测、一氧化碳检测、硫化氢检测等化学气体检测模块。

定位设备包括GPS、GLONASS、BDS三个子模块，适合各种场景的应用，并提供当前无人机的海拔、飞行速度、飞行方向等信息。

风向数据检测设备用于实时采集当前环境的相对风向和风速。

地面控制设备还用于在确定污染源的位置后，至少执行一次以下操作：向地面通信设备发送指示无人机朝污染源的位置飞行预设时长的控制信号后，确定多点测试飞行轨迹控制信号并发送至地面通信设备，根据收到的无人机在执行多点测试飞行轨迹控制信号时进行多点测量的数据确定污染源的位置。

地面控制设备用于根据以下方式根据多点测量的结果确定污染源的位置：

根据风向数据确定高斯模型的坐标系的X轴位于水平面且方向为风速方向，Y轴位于水平面且垂直于X轴，Z轴垂直于水平面；

判断浓度超标的危险品的类型，根据此类型查询各类型危险品的标准差对照表确定σ_y和σ_z，σ_y为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差，σ_z为污染源的污染物扩散的方式符合正态分布的情况下在y方向上的分布的标准差；

根据多点测量结果使用下式计算获得污染源的位置和污染源的释放速率：

其中，X(x,y,z)为在坐标x,y,z位置测量到的危险品浓度，P为污染源的释放速率，S为无人机的位置与污染源的直接距离即

本发明可以远程控制无人机进行危险品检测，控制无人机进行有效轨迹飞行采集相应数据从而确定污染源的位置，提高危险品检测的智能性，有效保护工作人员的安全。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。