CN116293487A - 一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工园区监测技术领域，特别涉及一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***及方法。该***包括设置在化工园区内的多个监测点，以及中转端和监控端；每个监测点包括多个光谱成像摄像头，以及巡检无人机和防爆巡检机器人；多个光谱成像摄像头，巡检无人机和防爆巡检机器人均带有无线发射单元，无线发射单元通过中转端与监控端连接。本发明采用光谱成像摄像头、巡检无人机以及防爆巡检机器人，可探测到多种传统电化学监测设备、人工巡检无法探测到的化工介质泄漏。本发明在化工巡检方面可靠性较高，能够摆脱传统电化学监测设备、人工巡检监测效率低，漏检率、误检率高的问题。

Description

一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***及方法
技术领域
本发明属于化工园区监测技术领域，特别涉及一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***及方法。
背景技术
化工介质泄漏是引发火灾、中毒、***的主要原因，气体泄漏介质泄漏又是化工介质泄漏中尤为可怕的一种，因为大部分气体有不可见、易飘散的性质。如何在化工介质发生泄漏的第一时间做出有效的监测与预警，把事故扼杀在摇篮之中，是化工行业安全生产的重中之重。
目前，工业生产一般应用传统电化学监测设备或依靠人工巡检，然而传统监测手段无法实时、有效监测到化工园区内的化工介质泄漏，从现状来看，还未实现最高等级的安全防护。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***及方法。本发明解决了现有传统监测手段无法实时、有效监测到化工园区内的化工介质泄漏的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，包括设置在所述化工园区内的多个监测点，以及中转端和监控端；每个监测点包括多个光谱成像摄像头，以及巡检无人机和防爆巡检机器人；所述多个光谱成像摄像头用于对所述化工园区监测点内的易泄漏装置进行广角监控，所述巡检无人机用于对所述化工园区监测点内的易泄漏装置按照固定路径环绕式监测，所述防爆巡检机器人用于对所述化工园区监测点内的易泄漏装置按照固定路线环绕式监测；所述多个光谱成像摄像头，所述巡检无人机和所述防爆巡检机器人均带有无线发射单元，所述无线发射单元通过所述中转端与所述监控端连接。
进一步地，所述中转端包括多个与所述无线发射单元连接的无线接收单元，以及控制处理单元和无线网络接入单元，所述无线接收单元与所述控制处理单元连接，所述控制处理单元与所述无线网络接入单元连接，所述无线网络接入单元通过互联网与所述监控端连接。
进一步地，所述监控端包括服务器，与所述服务器连接的电脑端及多个智能终端。
进一步地，所述电脑端及多个智能终端内置油、气泄露识别算法。
进一步地，所述巡检无人机的底部搭载一个光谱成像摄像头，所述巡检无人机内置自动巡航功能、自动充电功能，按照设置的固定路径对所述化工园区监测点内的油、气罐易泄漏装置进行环绕式监测。
进一步地，所述防爆巡检机器人的顶部搭载一个光谱成像摄像头和一个传感器平台，所述传感器平台包括：可燃气体传感器、氯气气体传感器、一氧化碳气体传感器、甲烷气体传感器、氰化氢传感器和硫化氢气体传感器，所述传感器平台将检测信息传输到所述无线发射单元，所述防爆巡检机器人内置自动巡航功能、自动充电功能，按照设置的固定路径对所述化工园区监测点地面复杂油、气管道易泄漏装置进行环绕式监测。
进一步地，所述控制处理单元采用STM32单片机。
进一步地，所述无线发射单元与所述无线接收单元采用NWF580型相配套的无线发射接收单元。
进一步地，所述无线网络接入单元采用GPRS单元、433单元、Lora单元、NB-IOT单元或4G RTU单元中的一种或多种。
第二方面，本发明实施例提供一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测方法，包括以下步骤：在所述化工园区内设置多个监测点，单个所述监测点内包括多个光谱成像摄像头、单个巡检无人机以及单个防爆巡检机器人，通过所述光谱成像摄像头、所述巡检无人机和所述防爆机器人采集所述监测点内的监测信息，通过所述无线发射单元将监测信息发送到所述中转端的无线接收单元，所述无线接收单元将监测信息发送到所述中转端的控制处理单元，所述控制处理单元将监测信息发送到所述中转端的无线网络接入单元，所述无线网络接入单元接入互联网将监测信息发送到所述监控端的服务器，工作人员通过操作与所述服务器连接的电脑端及多个智能终端对监测信息查询获取。
本发明的有益效果是：本发明提供一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，采用光谱成像摄像头、巡检无人机以及防爆巡检机器人，可探测到多种传统电化学监测设备、人工巡检无法探测到的化工介质泄漏。本发明在化工巡检方面可靠性较高，能够摆脱传统电化学监测设备、人工巡检监测效率低，漏检率、误检率高的问题。
附图说明
图1是本发明一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***的结构框图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***。该***包括：设置在化工园区内的多个监测点，以及中转端和监控端。每个监测点包括设置在监测区域的多个光谱成像摄像头，以及一个巡检无人机和一个防爆巡检机器人。光谱成像摄像头用于对化工园区监测点内的油、气罐等易泄漏装置进行广角监控。巡检无人机用于对化工园区监测点内的油、气罐等易泄漏装置按照固定路径进行环绕式监测。防爆巡检机器人用于对化工园区监测点地面复杂油、气管道等易泄漏装置按照固定路线进行环绕式监测。单个光谱成像摄像头、巡检无人机、防爆巡检机器人均带有无线发射单元，多个无线发射单元与中转端连接。中转端包括多个与无线发射单元连接的无线接收单元，无线接收单元与控制处理单元连接，控制处理单元与无线网络接入单元连接，无线网络接入单元与监控端连接。监控端包括服务器、与服务器连接的电脑端、与服务器连接的多个其他智能终端。
其中，与服务器连接的电脑端、与服务器连接的多个其他智能终端内置油、气泄漏识别算法，当光谱成像摄像头拍摄到影像时，将影像数据传送到监控端进行处理，采用油、气识别算法识别油、气泄露点位置并进行标记。油、气泄露检测算法是在YOLOv5(一种单阶段目标检测算法)的基础上进行修改的，在YOLOv5的主干网络中引入了SPD-Conv模块，SPD-Conv主要由Space-to-depth(SPD)层与non-strided convolution层组成，SPD层对特征图进行下采样，通过这种下采样方式可解决目标细粒度信息大量缺失的问题，non-stridedconvolution层引入一个stride＝1，1×1的滤波器来改变特征图通道数，最后在检测头中增加目标检测头，可使得网络更加关注目标的检测，提高检测效果，同时在主干网络中引入了轻量级网络RepVGG，仅由3×3的conv和ReLU组成，特别适用于GPU和专用推理芯片，能够提高网络在GPU及专业推理芯片的检测速度。
本实施例中，工业生产环境是电脑CPU为i5-12500H，GPU为RTX3060，内存为6G，使用的语言为python3.7，深度学习的框架为pytorch1.8，将油、气泄露图像输入进油、气泄露检测算法中进行油、气泄露检测，共使用24633张油、气泄露图像，其中22170张图像作为训练集，2463张图像作为验证集，油、气泄露检测网络的参数设置如下：使用AdamW优化器，初始学习率为4×10^-5的余弦衰减学习率调度器，权重衰减为1×10^-8，在主干网络特征提取后，主干网络的具体参数如下表；
Figure BDA0004128181210000041
Figure BDA0004128181210000051
上表中，Block表示传统的残差网络，Input表示输入图像的尺寸，Output表示输出图像的尺寸，经过第一层SPD-Conv与padding＝1的3×3卷积后输出特征图为320×320×64。再经过相同的组合后输出特征图为160×160×128。经过四次RepVGG特征提取后，输出特征为20×20×1024。最后经过SPPF结构，SPPF结构通过串行多个尺寸为5×5的MaxPool层，然后做进一步的融合，再经过检测头就可以将检测的结果标注在图像上。
其中，光谱成像摄像头内置光谱成像技术，光谱成像技术是光谱技术与成像技术的结合，是在传统可见光技术上的进一步拓展，光谱成像技术可以获取空间信息及光谱信息，提高物质识别的精度与效率，能分辨肉眼看不到的颜色，看到人眼看不到的光谱范围。
其中，巡检无人机的底部搭载一个光谱成像摄像头，巡检无人机内置自动巡航功能、自动充电功能，在巡检无人机管理***上设置好巡检路线以后，巡检无人机可以按照设置好的巡检路线自动巡检，在设置好的巡检路线上安装巡检无人机机巢，当巡检无人机完成巡检任务后会自动返航，返回巡检无人机机巢内，通过巡检无人机下方的摄像头扫描巡检无人机机巢内二维码可以精准停在巡检无人机机巢内，通过巡检无人机机巢内归中装置将巡检无人机精准置于巡检无人机机巢中心，进行充电。
其中，防爆巡检机器人的顶部搭载一个光谱成像摄像头和一个6合1传感器平台，6合1传感器平台包括：可燃气体传感器、氯气气体传感器、一氧化碳气体传感器、甲烷气体传感器、氰化氢传感器和硫化氢气体传感器。上述六个传感器位于一个支架上，组成一个传感器平台，传感器平台位于防爆巡检机器人顶部。检测信息传输到无线发射单元，防爆巡检机器人内置自动巡航功能、自动充电功能，在防爆巡检机器人管理***上设置好巡检路线以后，防爆巡检机器人可以按照设置好的巡检路线自动巡检，在设置好的巡检路线上安装防爆巡检机器人机巢，当防爆巡检机器人完成巡检任务后会自动返航，返回防爆巡检机器人机巢内，通过防爆巡检机器人上方的摄像头扫描防爆巡检机器人机巢内二维码可以精准停在防爆巡检机器人机巢内进行充电。
其中，控制处理单元采用STM32单片机。无线发射单元与无线接收单元采用NWF580型相配套的无线发射接收单元。无线网络接入单元采用GPRS单元、433单元、Lora单元、NB-IOT单元或4G RTU单元中的一种或多种。
本发明提供一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***采用光谱成像摄像头、巡检无人机、防爆巡检机器人，可探测到多种传统电化学监测设备、人工巡检无法探测到的化工介质泄漏。本发明实施例提供的技术方案在化工巡检方面可靠性较高，能够摆脱传统电化学监测设备、人工巡检监测效率低，漏检率、误检率高的问题。
实施例2：
本发明还提供的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测方法。该方法包括：
在化工园区内设置多个监测点，单个监测点内包括多个光谱成像摄像头、单个巡检无人机、单个防爆巡检机器人，通过光谱成像摄像头、巡检无人机、防爆机器人，采集监测点内的监测信息，通过无线发射单元将监测信息发送到中转端的无线接收单元，无线接收单元将监测信息发送到控制处理单元，控制处理单元将监测信息发送到无线网络接入单元，无线网络接入单元接入互联网将监测信息发送到监控端服务器，工作人员通过操作服务器连接的电脑端、与服务器连接的其他智能终端对监测信息查询获取。
光谱成像摄像头按照对化工园区监测点内的油、气罐等易泄漏装置进行广角监控，巡检无人机对化工园区监测点内的油、气罐等易泄漏装置按照固定路径环绕式监测，防爆巡检机器人对化工园区监测点地面复杂油、气管道等易泄漏装置按照固定路线环绕式监测。
光谱成像摄像头内置的油、气泄漏识别算法捕捉到油、气罐等泄漏后，在监控端报警，巡检无人机取消固定路径环绕式监测，停在当前运行位置，工作人员接收到报警后，人工操作巡检无人机飞行到可能发生泄漏位置，人工操作巡检无人机搭载的光谱成像摄像头，对可能发生泄漏位置监测，确定可能发生泄漏位置发生泄漏后，工作人员对泄漏位置检修，检修完成后，工作人员结束监控端报警，巡检无人机继续按照固定路径环绕式监测化工园区监测点内的油、气罐等易泄漏装置。
巡检无人机在对化工园区监测点内的油、气罐等易泄漏装置按照固定路径环绕式监测时，巡检无人机搭载的光谱成像摄像头内置的油、气泄漏识别算法捕捉到油、气罐等泄漏后，在监控端报警，并停在捕捉到油、气罐等泄漏的位置，工作人员接收到报警后，人工操作巡检无人机搭载的光谱成像摄像头，对可能发生泄漏位置监测，确定可能发生泄漏位置发生泄漏后，工作人员对泄漏位置检修，检修完成后，工作人员结束监控端报警，巡检无人机继续按照固定路径环绕式监测化工园区监测点内的油、气罐等易泄漏装置。
防爆巡检机器人在对化工园区监测点内地面复杂油、气管道等易泄漏装置按照固定路径环绕式监测时，防爆巡检机器人搭载的光谱成像摄像头内置的油、气泄漏识别算法或6合1传感器捕捉到油、气管道等泄漏后，在监控端报警，并停在捕捉到油、气管道等泄漏的位置，工作人员接收到报警后，人工操作防爆巡检机器人搭载的光谱成像摄像头，对可能发生泄漏位置监测，确定可能发生泄漏位置发生泄漏后，工作人员对泄漏位置检修，检修完成后，工作人员结束监控端报警，防爆巡检机器人继续按照固定路径环绕式监测化工园区监测点内地面复杂油、气管道等易泄漏装置。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，包括设置在所述化工园区内的多个监测点，以及中转端和监控端；每个监测点包括多个光谱成像摄像头，以及巡检无人机和防爆巡检机器人；所述多个光谱成像摄像头用于对所述化工园区监测点内的易泄漏装置进行广角监控，所述巡检无人机用于对所述化工园区监测点内的易泄漏装置按照固定路径环绕式监测，所述防爆巡检机器人用于对所述化工园区监测点内的易泄漏装置按照固定路线环绕式监测；所述多个光谱成像摄像头，所述巡检无人机和所述防爆巡检机器人均带有无线发射单元，所述无线发射单元通过所述中转端与所述监控端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述中转端包括多个与所述无线发射单元连接的无线接收单元，以及控制处理单元和无线网络接入单元，所述无线接收单元与所述控制处理单元连接，所述控制处理单元与所述无线网络接入单元连接，所述无线网络接入单元通过互联网与所述监控端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述监控端包括服务器，与所述服务器连接的电脑端及多个智能终端。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述电脑端及多个智能终端内置油、气泄露识别算法。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述巡检无人机的底部搭载一个光谱成像摄像头，所述巡检无人机内置自动巡航功能、自动充电功能，按照设置的固定路径对所述化工园区监测点内的油、气罐易泄漏装置进行环绕式监测。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述防爆巡检机器人的顶部搭载一个光谱成像摄像头和一个传感器平台，所述传感器平台包括：可燃气体传感器、氯气气体传感器、一氧化碳气体传感器、甲烷气体传感器、氰化氢传感器和硫化氢气体传感器，所述传感器平台将检测信息传输到所述无线发射单元，所述防爆巡检机器人内置自动巡航功能、自动充电功能，按照设置的固定路径对所述化工园区监测点地面复杂油、气管道易泄漏装置进行环绕式监测。
7.根据权利要求2所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述控制处理单元采用STM32单片机。
8.根据权利要求2所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述无线发射单元与所述无线接收单元采用NWF580型相配套的无线发射接收单元。
9.根据权利要求2所述的一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测***，其特征在于，所述无线网络接入单元采用GPRS单元、433单元、Lora单元、NB-IOT单元或4G RTU单元中的一种或多种。
10.一种基于区块链空天地一体化的化工园区监测方法，其特征在于：包括以下步骤：在所述化工园区内设置多个监测点，单个所述监测点内包括多个光谱成像摄像头、单个巡检无人机以及单个防爆巡检机器人，通过所述光谱成像摄像头、所述巡检无人机和所述防爆机器人采集所述监测点内的监测信息，通过所述无线发射单元将监测信息发送到所述中转端的无线接收单元，所述无线接收单元将监测信息发送到所述中转端的控制处理单元，所述控制处理单元将监测信息发送到所述中转端的无线网络接入单元，所述无线网络接入单元接入互联网将监测信息发送到所述监控端的服务器，工作人员通过操作与所述服务器连接的电脑端及多个智能终端对监测信息查询获取。
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