基于无线通信网络的有限空间内高危气体监测系统和方法

本发明涉及气体监测，具体为一种基于无线通信网络的有限空间内高危气体监测系统和方法。

背景技术：

1、电缆坑道和变电站封闭空间通常是密闭的环境，容易积聚有毒气体，如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氨气以及氮氧化物等。这些高危气体对人体可能具有严重的健康危害，包括中毒、窒息等。更为严重的是，一些气体在特定浓度范围内可能形成爆炸性混合物，例如甲烷和一氧化碳等气体在一定浓度下可能引发爆炸，造成严重的安全事故。因此，为防止甲烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氨气以及氮氧化物等高危气体浓度过高而导致工作人员中毒窒息、以及发生爆炸等安全事故的问题，对电缆坑道和变电站封闭空间等电力系统有限空间进行高危气体监测尤为重要。

2、现有技术中，公开号为“cn106018316b”的一种基于高光谱红外图像处理的气体监测方法，包含以下几个步骤：a）、采用高光谱红外成像系统采集目标区域的红外光谱数据；b）、利用非线性滤波器来降低红外光谱数据噪声和各个波段的图像噪声；c）、采用气体光谱反演算法计算气体的红外吸收谱曲线；d）、对步骤b）中处理后的光谱数据以及步骤c）中计算得到的光谱数据进行归一化以降低谱线中直流分量的影响，然后采用基于特征加权的广义角相似性度量方法来判断气体的种类和浓度。利用非线性滤波器来降低红外光谱数据噪声和各个波段的图像噪声，然后对采集到的高光谱图像实施降噪、降维、光谱反演运算，和气体红外吸收谱库中的数据进行对比，进而可以识别气体的种类和估测气体的浓度。

3、但现有技术仍存在较大缺陷，如：在封闭的有限空间内，由于空气不流通的问题，空间内的高危气体扩散速率较慢，存在部分区域内高危气体浓度已达到报警阈值，但用于监测的气体传感器距离该区域的距离较远，无法及时获知高危气体浓度已达到报警阈值信息的问题，存在一定的滞后性，此外由于温度变化、湿度变化以及气体传感器自身故障的问题，气体传感器所监测到的高危气体浓度数据会和实际高危气体浓度数据相差甚远，而现有技术中未对监测的气体浓度数据进行诊断辨别，无法去除误差偏大的气体浓度数据，存在对误差偏大的数据进行处理而发生误报警的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于无线通信网络的有限空间内高危气体监测系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于无线通信网络的有限空间内高危气体监测系统，包括：

4、信息采集模块，所述信息采集模块包括呈m行n列均匀安放在有限空间内不同节点处的多个综合传感器，且综合传感器用于采集对应节点处的温度信息、湿度信息、以及高危气体浓度信息，其中i表示不同行的编号，i=1、2、3、……、m，j表示不同列的编号，j=1、2、3、……、n，t表示最新的采集时刻；

5、初步判断模块，所述初步判断模块用于根据温度信息、湿度信息、以及高危气体浓度信息，确定高危气体浓度信息是否可信，并将可信的高危气体浓度信息输入至报警分析模块，并将不可信的高危气体浓度信息予以剔除，并将可信待定的高危气体浓度信息输入至最终判断模块；

6、最终判断模块，所述最终判断模块用于根据初步判断模块发出的高危气体浓度信息，对位于第i行第j列的节点周围的节点进行高频监测，以此判断高危气体浓度信息是否可信，并将可信的高危气体浓度信息输入至报警分析模块，并将不可信的高危气体浓度信息予以剔除；

7、报警分析模块，所述报警分析模块用于对接收到的高危气体浓度信息进行分析，以对有限空间内高危气体进行监测报警。

8、第一信息接收单元，所述第一信息接收单元与信息采集模块无线通信连接，用于接收信息采集模块采集的温度信息、湿度信息、以及高危气体浓度信息；

9、第一信息处理单元，所述第一信息处理单元与第一信息接收单元电连接，用于根据温度信息、湿度信息、以及高危气体浓度信息，生成高危气体监测第一准确性系数、高危气体监测第二准确性系数、以及高危气体监测第三准确性系数，计算公式如下：

10、；

11、其中，在上述计算公式，；

12、其中，均为预设比例系数，且，且，且，且；

13、初步分析单元，所述初步分析单元与第一信息处理单元电连接，用于将高危气体监测第一准确性系数、高危气体监测第二准确性系数、以及高危气体监测第三准确性系数与第一预设阈值、第二预设阈值、以及第三预设阈值进行对比，在满足且时发出信号一，在满足且时发出信号二，在满足且时发出信号三，在满足且且时发出信号四，在满足且且时发出信号五；

14、第一数据输出单元，所述第一数据输出单元与初步分析单元电连接，用于在接收到信号一、信号二时将高危气体浓度信息传递至报警分析模块中，并在接收到信号三、信号五时将高危气体浓度信息传递至最终判断模块中，并在接收到信号四时将高危气体浓度信息剔除。

15、进一步的，所述最终判断模块包括高频监测控制单元、第二信息接收单元、第二信息处理单元、最终分析单元以及第二数据输出单元，其中：

16、高频监测控制单元，所述高频监测控制单元与初步判断模块电连接，并与信息采集模块无线信号连接，用于根据接收的高危气体浓度信息，控制位于第i-1行第j列、第i+1行第j列、第i1行第j-1列、以及第i行第j+1列节点处的综合传感器采集高危气体浓度高频监测信息、、、以及；

17、其中，k表示不同高频监测时刻的编号，k=1、2、3、……、k；

18、第二信息接收单元，所述第二信息接收单元与信息采集模块无线通信连接，并与高频监测控制单元电连接，用于接收信息采集模块采集的高危气体浓度高频监测信息、、、以及；

19、第二信息处理单元，所述第二信息处理单元与第二信息接收单元电连接，用于根据高危气体浓度高频监测信息、、、以及，获取高危气体浓度平均增速、以及高危气体浓度增速均衡性矩阵，计算公式如下：

20、；

21、最终分析单元，所述最终分析单元与第二信息处理单元电连接，用于将高危气体浓度平均增速、以及高危气体浓度增速均衡性矩阵与第四预设阈值、以及第五预设阈值区间进行对比，在满足中的四个数值均不位于第五预设阈值区间内时发出信号六，在满足且中的四个数值均位于第五预设阈值区间内时发出信号七，在满足且中的四个数值均位于第五预设阈值区间内时发出信号八；

22、第二数据输出单元，所述第二数据输出单元与最终分析单元、以及初步判断模块电连接，用于在接收到信号六、信号七时将剔除高危气体浓度信息，并在接收到信号八时将高危气体浓度信息输入至报警分析模块。

23、进一步的，所述报警分析模块内含有高危气体浓度报警单元，且高危气体浓度报警单元与初步判断模块、最终判断模块电连接，用于对接收到的高危气体浓度信息进行分析，以对有限空间内高危气体进行监测报警。

24、进一步的，所述报警分析模块内含有温湿度报警单元，且温湿度报警单元与初步判断模块的第一数据输出单元电连接，第一数据输出单元在接收到信号二、信号四以及信号五时，向温湿度报警单元发出报警信号，使得温湿度报警单元报警。

25、进一步的，所述报警分析模块内含有高危气体监测报警单元，且高危气体监测报警单元与最终判断模块的第二数据输出单元电连接，第二数据输出单元在接收到信号六、信号七时，向高危气体监测报警单元发出报警信号，使得高危气体监测报警单元报警。

26、一种基于无线通信网络的有限空间内高危气体监测方法，用于上述的基于无线通信网络的有限空间内高危气体监测系统，包括如下步骤：

27、s1，采集呈m行n列分布的各个节点处的温度信息、湿度信息、以及高危气体浓度信息，其中i表示不同行的编号，i=1、2、3、……、m，j表示不同列的编号，j=1、2、3、……、n，t表示最新的采集时刻；

28、s2，根据温度信息、湿度信息、以及高危气体浓度信息，确定高危气体浓度信息是否可信，并将可信的高危气体浓度信息输入至步骤s4中，并将不可信的高危气体浓度信息予以剔除，并将可信待定的高危气体浓度信息输入步骤s3中；

29、s3，根据高危气体浓度信息，对位于第i行第j列的节点周围的节点进行高频监测，以此判断高危气体浓度信息是否可信，并将可信的高危气体浓度信息输入至步骤s4中，并将不可信的高危气体浓度信息予以剔除；

30、s4，对接收到的高危气体浓度信息进行分析，以对有限空间内高危气体进行监测报警。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、本发明的基于无线通信网络的有限空间内高危气体监测系统和方法，通过在有限空间内均匀设置多个综合传感器以采集不同节点处的高危气体浓度信息，便于及时发现高危气体浓度出现异常的情况，相较于采用单一传感器而言避免了监测报警的滞后性，并通过初步判断模块和最终判断模块去除受温湿度以及传感器自身故障影响而监测错误的高危气体浓度信息，以此提高后续报警分析模块监测报警效果的精准性，避免对错误的高危气体浓度信息进行分析处理而发生误报警的问题。