气体检测报警仪及基于云计算和边缘计算的气体监测系统的制作方法

1.本发明属于气体检测领域，具体的说，涉及一种气体检测报警仪及基于云计算和边缘计算的气体监测系统。


背景技术：

2.石油化工企业厂区面积大、各种危害气体或者易燃易爆气体泄露的风险高，风险点分散。现在气体泄露检测的方法主要是在易泄漏点安装气体检测报警仪，通过有线或者无线的方式把检测结果（浓度值）及报警状态上传到控制器或者管理系统。现有的气体检测报警仪多数由“气体传感器（或模组） 变送器”构成，气体传感器负责把被检测气体的化学信号转换成电信号（经滤波和信号放大）。变送器负责接收气体传感器传送的电信号，经过算法处理得出相应气体的浓度值，通过有线的方式传送到控制器和管理系统，同时判断是否达到报警值，判断是否触动报警阈值，判断是否触动联动装置。
3.现有解决方案的不足：1、现有的气体检测报警仪负责气体浓度的计算和报警、控制判断；上传到控制器或者管理平台的数据为气体检测报警仪判定的结果，一个气体检测管理系统可能使用到不同型号、不同批次的产品，不同的产品的算法和报警、联动控制均有差异，不利于平台同一管理；2、控制器或者监控平台无法收集到传感器采集的底层数据（只能接收经变送器算法处理后的数据），不利于综合性气体的大数据分析；3、气体检测报警仪与控制器、管理平台、联动装置的通信采用有线连接，安装施工复杂，维护难度大、传输线缆容易老化。联动装置只连接一台固定的气体检测报警仪或者控制器，无法实现多阀联动，如果更改传输线路，更改控制对象难度大；4、由于应用场景（比如石油化工企业）区域面积较大，气体检测报警仪的安装具体位置不能在gis地图上实时显示，只能显示在厂区的示意图上，不利于统一监管；5、现有的无线传输多采用nb、lora、cat.1等方式，数据传输速率低、时延较大，实时性差、抗干扰能力弱；6、气体检测报警仪无定位功能，平台无法实时监管气体检测报警仪的位置。现场施工过程中设备维护人员有可能对气体检测报警仪进行移动，由于缺乏定位系统，平台无法监管气体检测报警仪位置变化。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种气体检测报警仪及基于云计算和边缘计算的气体监测系统，具体方案如下：本发明第一方面提供一种气体检测报警仪，包括气体传感器、信号放大模块、边缘计算模块、5g通信模块和北斗定位模块；所述边缘计算模块通过所述信号放大模块与所述气体传感器连接，用于获取气体
检测数据；所述边缘计算模块与所述北斗定位模块连接，用于获取该气体检测报警仪的位置信息；所述边缘计算模块与5g无线模块连接，以将气体检测数据与位置信息融合后传送到云平台。
5.本发明第二方面提供一种基于云计算和边缘计算的气体监测系统，包括：布设在厂区各个检测点的气体检测报警仪；云平台，所述云平台与所述气体检测报警仪通信连接，接收各气体检测报警仪上报的气体检测数据与位置信息，计算相应气体浓度值，并在判断达到预设阈值时下达报警指令、控制指令和联动控制指令；报警装置，通过5g网络接收云平台下达的报警指令并执行；执行控制装置，通过5g网络接收云平台下达的控制指令和联动控制指令，并根据控制指令控制执行装置动作，以及根据联动控制指令控制执行装置联动动作；监控平台，与云平台网络通讯，接收云平台发送的指令信息并进行gis地图显示。
6.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：本发明的气体监测系统引入了边缘计算模块与云计算，与传统的气体检测报警仪不同，由边缘计算模块负责有价值的信息提取与整合，云计算负责所有的气体浓度计算和报警、控制判断与指令下达。这样带来的有益效果是：1）系统内的所有气体检测报警仪监测数据使用统一平台、统一算法进行计算，得到的计算结果更加稳定可靠；2）云平台接收到的是传感器上传的底层数据，有利于云平台进行底层数据分析和大数据统计；3）省去传统气体检测报警仪的“变送器”部分和控制部分；4）控制执行装置（风机、阀门等）更加灵活，可以方便实现多个执行装置联动控制；5）现场施工安装更加便捷，气体传感器模组与执行装置之间的匹配更加灵活；6）引入5g通信技术，5g通信与气体监测相结合，充分发挥5g通信特有的低时延、大带宽、大容量、高稳定等特点，让5g为传统的气体监测系统赋能，提高监测的时效性；7）还引入了5g无线定位与北斗定位相融合的定位技术，北斗定位可以实现米级的定位，与5g无线定位相融合后可以实现厘米级的精确定位，让每一个气体数据都具有位置标签；8）引入了gis实景地图，每一个气体检测报警仪的实时位置准确显示，更不怕施工人员对气体检测报警仪位置移动。
附图说明
7.图1为本发明实施例1所述的气体检测报警仪的结构框图。
8.图2为本发明实施例2所述的气体监测系统的架构图。
9.图3为本发明实施例2中所述的数据格式图。
具体实施方式
10.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加明确，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，但本发明并不限于这些实施方式。
11.实施例1如图1所示，本实施例提供一种气体检测报警仪，包括气体传感器、信号放大模块、边缘计算模块、5g通信模块和北斗定位模块；所述边缘计算模块通过所述信号放大模块与所述气体传感器连接，用于获取气体检测数据；所述边缘计算模块与所述北斗定位模块连接，用于获取该气体检测报警仪的位置信息；所述边缘计算模块与5g无线模块连接，以将气体检测数据与位置信息融合后传送到云平台。
12.本实施例中的气体检测报警仪引入边缘计算模块，负责气体传感器“化学信号-电信号”转换后的无效数据过滤和有效数据计算提取，负责5g和北斗融合定位计算，负责气体检测数据与位置信息的融合，改变了传统气体检测报警仪的架构。由传统的“气体传感器（或模组） 变送器”架构，变革成“气体传感器 5g模组 北斗定位模组 边缘计算模块”架构。删除“变送器”部分，把“变送器”的功能放在云平台实现。气体传感器把化学信号转换成电信号直接通过无线上传到云平台，有利于云平台进行底层数据分析和大数据统计。
13.实施例2如图2所示，本实施例提供一种基于云计算和边缘计算的气体监测系统，包括：布设在厂区各个检测点的实施例1所述的气体检测报警仪；云平台，所述云平台与所述气体检测报警仪通信连接，接收各气体检测报警仪上报的气体检测数据与位置信息，计算相应气体浓度值，并在判断达到预设阈值时下达报警指令、控制指令和联动控制指令；报警装置，通过5g网络接收云平台下达的报警指令并执行；执行控制装置，通过5g网络接收云平台下达的控制指令和联动控制指令，并根据控制指令控制执行装置动作，以及根据联动控制指令控制执行装置联动动作；监控平台，与云平台网络通讯，接收云平台发送的指令信息并进行gis地图显示。
14.云平台具体的数据处理过程：气体检测报警仪上报到云平台的数据格式包括信息代码和校验代码，信息代码包括依次排序的开始指令、机器编号、时间信息、位置信息、协议机制、传感器信号和结束指令，如图3所示；所述云平台与所述气体检测报警仪之间的通信交互采用校验应答模式，在云平台收到气体检测报警仪上传的数据信息之后，进行信号完整性校验和信号容错校验；如果信号完整性校验和信号容错校验过程中发现单个数据信息异常，则抛弃，等待下条数据信息；如果连续3条数据异常，则向对应气体检测报警仪发送异常指令；气体检测报警仪接到异常指令后进行自检修正。
15.数据格式完整性检验的方法为：利用“模2除法”进行数据完整性校验，将接收到的数据（信息代码 校验代码）与生成码二进制进行模2除法运算，如果除尽，则说明传输无误，数据无丢失；如果未除尽，则表明传输出现差错；模2除法基本原理说明：任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为
‘0’
和
‘1’
取值的多项式一一对应。例如：代码1011111对应的多项式为，而多项式对应的代码101011；边缘计算模块根据代码与多项式的一一对应关系计算“校验码”，具体方法如下：
信息代码字段a（二进制）长度为a位，转换成多项式记为a（x）；校验代码字段b（二进制）长度为b位，转换成多项式记为b（x）；则传送的数据字段c（二进制）的位数c=a b位，转换成多项式记为c（x）；设定一个校验多项式：z(x)= xb z
b-1
x
b-1
z
b-2
x
b-2

……
z2x2 z1x z0,z(0)、z(1)....z(b-1)为“1”或者“0”，对应的二进制代码为d计算出：多项式对应的二进制代码e，则e=a000...（a后面b个0）；使用“模2除法”计算e/d得到余数f，则f即为校验码；边缘计算模块发送数据af；云平台使用相同的生成码进行校验（利用模2除法计算af/d）,如果能够除尽则正确。
16.所述云平台接收到数据进行信号完整性校验无误后再进行信号容错校验，确认接收的数据无误后进行数据存储并计算浓度值，进行数据存储并计算气体浓度值时，还对数据进行信号容错校验，其中，信号容错校验的方法为：所述气体检测报警仪的边缘计算模块把一个气体传感器采集的信号按照正向机制和反向机制两种机制算法分别算出两个传感器信号，并分为两条数据上传到所述云平台；其中，正向机制为：将气体传感器的输出电压范围0——2.5v，经计算后，按照00000000——ffffffff范围输出气体传感器ad值；反向机制：将气体传感器的输出电压范围0——2.5v，经计算后，按照ffffffff——00000000范围输出气体传感器ad值；所述云平台解析出数据中的两个传感器信号，并分别计算出对应浓度值，如果计算出的两个浓度值一致，则信号容错校验通过。
17.所述云平台与所述气体检测报警仪进行数据交互时，如果所述云平台检测到多个相邻的气体检测报警仪数据异常（数据信息不完整或者数值错误），则向气体检测报警仪所在的5g网络基站发送网络检测指令数据包，检测此处的基站是否异常，是否存在网络故障，网络故障时向运维人员发送检修指令。
18.所述传感器信号中还包含气体检测报警仪的状态信息，所述状态信息包括传感器损坏、传感器通信故障、传感器未标定、系统参数错误；如果所述云平台检测到大面积的气体检测报警仪数据异常，则根据所述状态信息对故障类型进行计算，并发出故障告警信息，及时通知运维人员，分析可能导致故障的原因及处理意见并反馈到运维人员处，以便快速排查问题。
19.如果云平台信号完整性校验和信号容错校验都正确，则进行下一步浓度值计算。如果某个气体检测报警仪检测到某个区域目标气体超出允许的范围（即超出设定阈值），由云平台直接通过5g无线网络把报警指令、控制指令下达到相应的报警装置和执行控制装置，如果有多个气体检测报警仪检测到目标气体超出允许的范围，云平台综合计算后下达联动控制指令，控制多个执行装置动作，如关闭气体阀门、打开排气扇等。同时，把异常信息发送到监控平台，监控平台能够进行gis地图显示，可以实时显示目标气体含量异常的地理位置坐标。
20.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。