一种有害气体的报警系统和报警方法与流程

本申请涉及数据传输领域，尤其涉及一种有害气体的报警系统和报警方法。

背景技术：

随着中国城市化发展的进程，城市公共安全面临着严峻的挑战，其中城市中人为或自然因素引起的易燃有害气体泄漏、排放或积存产生的爆炸、中毒事件时有发生，严重威胁着人民生命、财产安全，社会稳定，解决此类安全隐患已经迫在眉睫。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种有害气体的报警系统和报警方法，以解决现有技术有害气体危害人们生活的问题。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

本发明提供了一种有害气体的报警系统，所述系统包括：

气体采集设备，用于获取环境中的有害气体的浓度，并在所述浓度超过预设的浓度阈值时，向网关设备发送报警信息；

网关设备，用于接收所述气体采集设备发送的报警信息，将所述报警信息发送到声光报警设备，并将位置信息和所述报警信息发送到后台管理中心；

声光报警设备，用于接收所述网关设备发送的报警信息；

后台管理中心，用于接收所述网关设备发送的位置信息和报警信息。

本发明还提供一种有害气体的报警方法，所述方法包括：

气体采集设备获取环境中的有害气体的浓度，并在所述浓度超过预设的浓度阈值时，向网关设备发送报警信息；

网关设备接收所述报警信息，将所述报警信息发送到声光报警设备，并将位置信息和所述报警信息发送到后台管理中心；

声光报警设备接收所述报警信息，并且后台管理中心接收位置信息和报警信息。

本发明实施例，通过气体采集设备获取环境中有害气体的浓度，当浓度超过阈值时，向网关设备发送报警信息，网关设备将报警信息发送到声光报警设备，使得声光报警设备进行报警，同时网关设备将位置信息和报警信息发送到后台管理中心，对报警信息进行备份，实现了对有害气体泄漏时的报警。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种有害气体的报警系统的结构图；

图2是本申请再一示例性实施例示出的管理软件的模块示意图；

图3是本申请再一示例性实施例示出的软件模块示意图；

图4是本申请另一示例性实施例示出的一种有害气体的报警系统的结构图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种有害气体的报警方法的步骤图；

图6是本申请另一示例性实施例示出的一种有害气体的报警方法的步骤图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

如图1所示为本申请一示例性实施例示出的一种有害气体的报警系统的结构图，为了便于说明，仅示出于本发明实施例相关的部分，包括：

气体采集设备101，用于获取环境中的有害气体的浓度，并在所述浓度超过预设的浓度阈值时，向网关设备102发送报警信息；

网关设备102，用于接收所述气体采集设备101发送的报警信息，将所述报警信息发送到声光报警设备103，并将位置信息和所述报警信息发送到后台管理中心104；

声光报警设备103，用于接收所述网关设备102发送的报警信息；

后台管理中心104，用于接收所述网关设备102发送的位置信息和报警信息。

在本发明实施例中，报警系统通过气体采集设备101采集环境中的各种有害气体，获取有害气体的浓度，如：硫化氢、一氧化碳、氧气、汽油、煤油、甲烷等，当有害气体的浓度超过预设的浓度阈值时，通过无线/有线采集设备发送报警信息给网关设备102，网关设备102接收到报警信号后，提示报警信息给相关人员，相关人员根据实际情况，通过网关设备102发送报警信息给声光报警设备103，进而通知人群。同时，网关设备102通过移动网络把报警信息和位置信息发送到后台管理中心104。

其中，气体采集设备通过基于IEEE802.15.4的芯片和协议进行组网通信，支持路由功能，并且提供多种接口供有害气体的传感器进行连接，包括：RS485接口、RS232接口、I2C接口、ADC接口等。

其中，网关设备向下与气体采集设备、声光报警设备组成多跳自组网，向上可通过LTE模块或者WIFI模块和后台管理中心进行实时连接。具体的，网关设备具有以下功能：

1、通过LTE网络或WIFI网络连接后台管理中心，并传输位置信息和报警信息给后台管理中心；

2、提供GPS/北斗定位；

3、提供LCD屏幕进行报警显示；

4、提供按钮报警；

5、接收气体采集设备传输的报警信息。

其中，后台管理中心包括：由主处理服务器、应用服务器、数据库服务器构成的中心平台、监视屏、实时监测预警系统管理软件等组成，是信息存储、分析、显示、预警子系统。具体作用包括：

实时监测预警系统管理软件首要功能在于监测预测功能。通过覆盖全面的监测预警系统来进行适时跟踪监控，积极收集各种气体静态数据和动态信息，运用数据库模型将实际值与预警值进行对比分析，从而发现异常警情，具有基础预防性。

功能之二在于其诊断预警功能。根据异常警情，运用预警指标体系和专家分析系统进行诊断分析，从而对警级进行初步评估和确定，运用网络信息报送系统和信息发布系统将预警信号予以及时发送和公布。

功能之三在于其预案调控功能。在发布预警信号的同时，根据监测的基础数据和特定警情，制定能够将危机降低到最低度的应急方案问题，及时进行干预处理，从而将事件危机的发生控制在萌芽状态，减少不必要的损失。

实时监测预警系统管理软件将采用SSH解决方案。SSH在J2EE项目中表示了3种框架，即Spring+Struts+Hibernate。Struts对Model，View和Controller都提供了对应的组件。Spring是一个轻量级的控制反转(IoC)和面向切面(AOP)的容器框架。它是为了解决企业应用开发的复杂性而创建的。Spring使用基本的JavaBean来完成以前只可能由EJB完成的事情。Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，可以应用在任何使用JDBC的场合，可以在Servlet/JSP的Web应用中使用，也可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据持久化的重任。

举例如下：

如图2所示为本申请再一示例性实施例示出的管理软件的模块示意图，其中：

实时监控：对数据进行实时显示，包括列表展示，地图展示，实时曲线；

采集数据：包括手动发送命令查询数据，和设置定时采集数据时间；

预警管理：设置多气体采集设备产生报警的下限和上限值；

统计分析：对历史数据的查询、产生报表，以曲线图表方式直观地显示；

系统管理：对三类设备的管理，包括添加，删除，修改等，用户的添加，删除，修改，角色和权限管理。

实时监测预警系统管理软件将从显示层、业务层和支持层功能3个方面上考虑，主要由采集数据显示模块、系统配置显示模块、网络性能显示模块、数据分析与预警模块、性能分析与管理模块、数据采集模块和数据库管理模块等组成。

如图3所示为本申请再一示例性实施例示出的软件模块示意图，其中：

1、数据分析与预警模块

据分析与预警模块由数据分析、配置和预警3个子模块组成。其主要功能对气体采集设备通过无线传感器网络采集的数据进行监控与管理，实时地分析网络采集上来的数据，初步判断现场状况，若某区域情况超出临界控制范围，及时向有关人员发送预警信息，帮助指挥人员调整应急救援方案。

首先调用数据分析子模块，读取来自数据库管理模块的原始采集数据，进行分析、处理，将数据发送给采集数据显示模块；同时调用配置子模块读取配置文件用户对数据临界范围的设定并与经过处理的数据进行较，判断无线传感器网络采集的数据是否超出临界控制范围，若是超出，则启动预警子模块向指挥中心和相关人员报警。此外，该模块还可以接收来自系统配置显示模块的数据门限值设置，根据命令更改该模块的数据门限值并存储到配置文件中，同时向系统配置显示模块发送该模块当前的数据门限值。

2、性能分析与管理模块

性能分析与管理模块主要由性能管理、故障管理和配置3个子模块组成。其对协系统的各项性能指标进行监控与管理，实时地分析网络当前的各项性能状况，使中心指挥人员能及时了解到网络各项性能指标，对网络状态做出准确判断，从而达到有效监测现场环境的目的。

首先调用性能管理子模块接收来自数据库管理模块的性能信息原始数据，根据相应的指标算法进行分析、处理，得出性能数据，将得出的性能数据发送给数据库管理模块、故障管理子模块和网络状态显示模块，分别完成对性能数据的保存、判断和显示功能；故障管理子模块在接到经过处理的性能数据后，会调用配置子模块读取用户设定的当前性能门限值，对两者进行判断，当性能数据超出门限值后，会将报警信息传送给网络状态显示模块，向指挥中心发出警告；此外，该模块还可以接收来自系统配置显示模块的性能门限值设置命令，根据命令更改该模块的性能门限值，同时将更新后的门限值保存到配置文件中，并发送给系统配置显示模块。

3、数据采集模块

数据采集模块是连接系统与无线传感器网络的软件网关，是系统的主要组成部分，是系统能够正常运行的基础。该模块的建立可以使无线传感器网络的操作对系统内其他模块透明，有利于系统其他模块与无线传感器网络的独立性。数据采集模块主要完成的功能是：连接无线传感器网络；对无线传感器网络可识别消息进行相互转换；下发系统对无线传感器网络的命令；将转换后的采集数据更新到数据库。

4、数据库管理模块

数据库管理模块是系统内其他模块数据库的桥梁，该模块的建立屏蔽了各个数据库的差异，使得对数据库的选型与操作对系统内其他模块透明。例如当数据库类型发生变化时，只需要改动数据库管理模块的相关内容，系统内其他模块则不会受到影响。

如图4所示为本申请另一示例性实施例示出的一种有害气体的报警系统的结构图，所述气体采集设备101，包括：

半导体式气体采集设备1011，用于通过电导率的变化获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，半导体式气体采集设备1011利用金属氧化物半导体材料在一定温度下，电导率随环境气体成份的变化而变化的原理制造。半导体式气体采集设备可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸、硫化氢和氨气(包括胺类，肼类)等气体地检测。

催化燃烧式气体采集设备1012，用于通过燃烧时白金电阻的电阻值的变化获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，催化燃烧式气体采集设备1012在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，燃烧使白金电阻温度升高、电阻值变化，变化值是可燃性气体浓度的函数。其选择性地检测可燃性气体：凡是可以燃烧的，都能够检测；凡是不能燃烧的，均不能检测。

热导池式气体采集设备1013，用于通过热导率获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，各种气体均有其特定的热导率，当两个或多个气体的热导率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的浓度，该气体采集设备多用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高浓度甲烷的检测。

电化学式气体采集设备1014，用于通过电化学活性获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，部分可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。其中，电化学式气体采集设备1014，包括：

a、原电池型气体采集设备(也称：加伏尼电池型气体采集设备、燃料电池型气体采集设备或自发电池型气体采集设备)，其原理与干电池相同，该气体采集设备可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。

b、恒定电位电解池型气体采集设备，该气体采集设备用于检测还原性气体非常有效，其电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的采集设备。这种采集设备已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流采集设备。

c、浓差电池型气体采集设备，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种采集设备的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳采集设备

d、极限电流型气体采集设备，有一种测量氧气浓度的采集设备利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度采集设备，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。

红外线气体采集设备1015，用于通过红外线吸收情况获取环境中有毒气体的浓度。

在本发明实施例中，大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以确定某气体的浓度。这种传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的传感器工业的发展，这种传感器的体积已经由10升，45公斤的巨无霸，减小到2毫升左右。使用无需调制光源的红外探测器使得仪器完全没有机械运动部件，完全实现免维护化。红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。这种传感器成功的用于：二氧化碳、甲烷的检测。

本发明实施例，通过气体采集设备获取环境中有害气体的浓度，当浓度超过阈值时，向网关设备发送报警信息，网关设备将报警信息发送到声光报警设备，使得声光报警设备进行报警，同时网关设备将位置信息和报警信息发送到后台管理中心，对报警信息进行备份，实现了对有害气体泄漏时的报警。

如图5所示为本申请一示例性实施例示出的一种有害气体的报警方法的步骤图，所述方法包括以下步骤：

步骤S501，气体采集设备获取环境中的有害气体的浓度，并在所述浓度超过预设的浓度阈值时，向网关设备发送报警信息；

步骤S502，网关设备接收所述报警信息，将所述报警信息发送到声光报警设备，并将位置信息和所述报警信息发送到后台管理中心；

步骤S503，声光报警设备接收所述报警信息，并且后台管理中心接收位置信息和报警信息。

在本发明实施例中，报警系统通过气体采集设备采集环境中的各种有害气体，获取有害气体的浓度，如：硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)、氧气(O2)、汽油、煤油、甲烷等，当有害气体的浓度超过预设的浓度阈值时，通过无线/有线采集设备发送报警信息给网关设备，网关设备接收到报警信号后，提示报警信息给相关人员，相关人员根据实际情况，通过网关设备发送报警信息给声光报警设备，进而通知人群。同时，网关设备通过移动网络把报警信息和位置信息发送到后台管理中心。

其中，气体采集设备通过基于IEEE802.15.4的芯片和协议进行组网通信，支持路由功能，并且提供多种接口供有害气体的传感器进行连接，包括：RS485接口、RS232接口、I2C接口、ADC接口等。

其中，网关设备向下与气体采集设备、声光报警设备组成多跳自组网，向上可通过LTE模块或者WIFI模块和后台管理中心进行实时连接。具体的，网关设备具有以下功能：

1、通过LTE网络或WIFI网络连接后台管理中心，并传输位置信息和报警信息给后台管理中心；

2、提供GPS/北斗定位；

3、提供LCD屏幕进行报警显示；

4、提供按钮报警；

5、接收气体采集设备传输的报警信息。

其中，后台管理中心包括：由主处理服务器、应用服务器、数据库服务器构成的中心平台、监视屏、实时监测预警系统管理软件等组成，是信息存储、分析、显示、预警子系统。具体作用包括：

实时监测预警系统管理软件首要功能在于监测预测功能。通过覆盖全面的监测预警系统来进行适时跟踪监控，积极收集各种气体静态数据和动态信息，运用数据库模型将实际值与预警值进行对比分析，从而发现异常警情，具有基础预防性。

功能之二在于其诊断预警功能。根据异常警情，运用预警指标体系和专家分析系统进行诊断分析，从而对警级进行初步评估和确定，运用网络信息报送系统和信息发布系统将预警信号予以及时发送和公布。

功能之三在于其预案调控功能。在发布预警信号的同时，根据监测的基础数据和特定警情，制定能够将危机降低到最低度的应急方案问题，及时进行干预处理，从而将事件危机的发生控制在萌芽状态，减少不必要的损失。

实时监测预警系统管理软件将采用SSH解决方案。SSH在J2EE项目中表示了3种框架，即Spring+Struts+Hibernate。Struts对Model，View和Controller都提供了对应的组件。Spring是一个轻量级的控制反转(IoC)和面向切面(AOP)的容器框架。它是为了解决企业应用开发的复杂性而创建的。Spring使用基本的JavaBean来完成以前只可能由EJB完成的事情。Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，可以应用在任何使用JDBC的场合，可以在Servlet/JSP的Web应用中使用，也可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据持久化的重任。

如图6所示为本申请另一示例性实施例示出的一种有害气体的报警方法的步骤图，所述气体采集设备，包括：

半导体式气体采集设备，用于通过电导率的变化获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，半导体式气体采集设备利用金属氧化物半导体材料在一定温度下，电导率随环境气体成份的变化而变化的原理制造。半导体式气体采集设备可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸、硫化氢和氨气(包括胺类，肼类)等气体地检测。

催化燃烧式气体采集设备，用于通过燃烧时白金电阻的电阻值的变化获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，催化燃烧式气体采集设备在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，燃烧使白金电阻温度升高、电阻值变化，变化值是可燃性气体浓度的函数。其选择性地检测可燃性气体：凡是可以燃烧的，都能够检测；凡是不能燃烧的，均不能检测。

热导池式气体采集设备，用于通过热导率获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，各种气体均有其特定的热导率，当两个或多个气体的热导率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的浓度，该气体采集设备多用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高浓度甲烷的检测。

电化学式气体采集设备，用于通过电化学活性获取环境中的有害气体的浓度。

在本发明实施例中，部分可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。其中，电化学式气体采集设备，包括：

a、原电池型气体采集设备(也称：加伏尼电池型气体采集设备、燃料电池型气体采集设备或自发电池型气体采集设备)，其原理与干电池相同，该气体采集设备可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。

b、恒定电位电解池型气体采集设备，该气体采集设备用于检测还原性气体非常有效，其电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的采集设备。这种采集设备已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流采集设备。

c、浓差电池型气体采集设备，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种采集设备的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳采集设备

d、极限电流型气体采集设备，有一种测量氧气浓度的采集设备利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度采集设备，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。

红外线气体采集设备，用于通过红外线吸收情况获取环境中有毒气体的浓度。

在本发明实施例中，大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以确定某气体的浓度。这种传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的传感器工业的发展，这种传感器的体积已经由10升，45公斤的巨无霸，减小到2毫升左右。使用无需调制光源的红外探测器使得仪器完全没有机械运动部件，完全实现免维护化。红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。这种传感器成功的用于：二氧化碳、甲烷的检测。

本发明实施例，通过气体采集设备获取环境中有害气体的浓度，当浓度超过阈值时，向网关设备发送报警信息，网关设备将报警信息发送到声光报警设备，使得声光报警设备进行报警，同时网关设备将位置信息和报警信息发送到后台管理中心，对报警信息进行备份，实现了对有害气体泄漏时的报警。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。