用于室內和室外的可移動有害物質檢測定位系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于室內和室外的可移動有害物質檢測定位系統，屬于北斗 技術應用、多傳感器數據融合及應用領域。
【背景技術】
[0002] 在工業化高速發展的今天，各類突發性公共衛生事件的頻發一一大規模的有機化 工廠的爆炸、毒性化學物質泄漏、煤氣礦井管道破裂等一系列問題已對人類的生存和發展 構成重大威脅。目前針對有害物的檢測技術如在毒性化學物質泄漏、煤氣礦井管道破裂等 防治領域多采用靜態布置傳感器節點的方法。其缺陷是鋪設成本高，設備老化或失效時不 易進行及時更換。
[0003]北斗衛星導航系統（BeiDouNavigationSatelliteSystem，簡寫BDS)是中國自 行研制的全球衛星導航定位系統。可以在全球范圍內全天候、全天時地為各類用戶提供精 確的，具有持續穩定導航精度的導航信息。但是在室內、高層建筑密集的市區、礦井、隧道等 環境下北斗信號將會失鎖，不能進行有效定位。北斗系統特有的短報文通信即使在信號盲 區仍能發送短報文信息，解決了通信阻斷地區的定位與通信難題。
[0004] 慣性導航系統（InertialNavigationSystem，簡寫INS)具有全自主，可提供運動 信息且全面、短時、高精度的優點，可以實現自主導航。但是因為測量誤差會隨時間積累，所 以慣性導航系統并不適于長航時運行條件下的精確定位。
[0005] 無線傳感器網絡（WirelessSensorNetwork，簡寫WSN)是由部署在監測區域內大 量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統。 WSN特別適合應用在惡劣環境或人類不宜實時實地監控的區域，例如礦井、核物質反應堆周 圍等有害物質濃度較高的區域。其缺點是只能完成短距離的無線通信，長距離的目標定位 需要耗費大量的節點鋪設費用。 【實用新型內容】
[0006] 發明目的：針對現有技術的不足，本實用新型提供一種用于室內和室外的可移動 有害物質檢測定位系統，通過INS/WSN/BDS三種導航方式的組合來實現室內室外的可移動 檢測。
[0007] 技術方案：為實現上述發明目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0008] -種用于室內和室外的可移動有害物質檢測定位系統，包括：位于移動載體上的 INS/WSN/BDS組合導航模塊、有害物質檢測模塊、中央數據處理器和無線通信模塊，以及遠 端的數據監測終端；
[0009] 所述INS/WSN/BDS組合導航模塊，包括INS導航模塊、WSN導航模塊和BDS導航模 塊；
[0010] 所述中央數據處理器，設有：
[0011] 數據采集單元，分別與INS導航模塊、WSN導航模塊和BDS導航模塊連接，用于接 收三者輸出的導航信息，并輸出INS、WSN和BDS的導航數據以及采用的組合導航方式，所述 組合導航方式包括INS/WSN組合導航和INS/BDS組合導航；
[0012] 擴展卡爾曼濾波器單元，與數據采集單元連接，用于接收INS導航數據和WSN導航 數據，輸出第一位置信息；
[0013] 不敏卡爾曼濾波器單元，與數據采集單元連接，用于接收INS導航數據和BDS導航 數據，輸出第二位置信息；
[0014] 以及，數據融合單元，分別與數據采集單元、擴展卡爾曼濾波器、不敏卡爾曼濾波 器和有害物質檢測模塊連接，輸出位置信息與污染物檢測信息的組合信息，所述位置信息 為根據組合導航方式確定的第一位置信息或第二位置信息；
[0015] 所述無線通信模塊，與數據融合單元連接，用于將載體的位置信息與污染物檢測 信息的組合信息通過無線方式發送；
[0016] 所述遠端的數據監測終端，用于接收移動載體發送的位置信息和污染物檢測信息 的組合信息，繪制空間中相應區域的污染物分布圖并顯示在終端上。
[0017] 進一步的，所述無線通信模塊包括GPRS通信單元和北斗短報文通信單元，所述中 央數據處理器還包括通信方式選擇單元，所述通信方式選擇單元分別與所述數據融合單 元、GPRS通信單元和北斗短報文通信單元連接，用于檢測GPRS信號，并根據檢測結果選擇 采用GPRS或北斗短報文方式發送數據融合單元輸出的組合信息。
[0018] 進一步的，所述INS導航模塊包括3個單軸的加速度計和3個單軸的陀螺儀。
[0019] 進一步的，所述WSN導航模塊通過ZigBee或WIFI與其他移動載體上的WSN導航 模塊通信。
[0020] 進一步的，所述有害物質檢測模塊為可檢測單一有害物質的傳感器、可檢測多種 有害物質的傳感器或者多種傳感器的組合構成。
[0021] 進一步的，所述移動載體為包括車輛、船舶、飛機、智能機器人在內的任意可控制 位置移動的載體。
[0022] 工作原理：用于室內和室外的可移動有害物質檢測定位系統的運行步驟包括：
[0023] (1)通過移動載體上的INS/WSN/BDS組合導航系統獲得移動載體的位置信息，具 體為：當有WSN信號時，采用INS/WSN組合導航方式，通過擴展卡爾曼濾波器對INS導航獲 得的絕對導航數據和WSN導航獲得的相對導航數據進行處理，獲得移動載體的位置信息； 否則采用INS/BDS組合導航方式，通過不敏卡爾曼濾波器對INS導航獲得的絕對導航數據 和BDS導航獲得的相對導航數據進行處理，獲得移動載體的位置信息；
[0024] (2)通過移動載體上的有害物質檢測傳感器獲得移動載體所在位置的污染物檢測 信息；
[0025] (3)將步驟⑴中得到的位置信息和步驟⑵中得到的污染物檢測信息組合起來 通過無線方式發送至遠端的數據監測終端；
[0026] (4)數據監測終端根據接收到的移動載體發送的位置信息和污染物檢測信息，繪 制空間中相應區域的污染物分布圖并顯示在終端上。
[0027] 有益效果：本實用新型提出了一種用于室內和室外的可移動有害物質檢測定位系 統，其有益效果是不但可以對某一區域進行有害物檢測，根據有害物分布圖判斷有害物分 布情況，還可以用于危險情況下對危險源的查找，以便做出及時的響應和處理，保障人員及 設施的安全。置于移動載體上使得系統的可移動檢測及搜索成為可能，INS/WSN/BDS三種 導航方式的融合以及GPRS、北斗短報文兩種通信方式的組合，使得該系統具有極強的適應 能力，保證在各種極端條件下都能夠出色完成任務。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本實用新型用于室內和室外的可移動有害物質檢測定位系統結構不意圖；
[0029] 圖2是本實用新型的MCU的處理過程示意圖；
[0030]圖3是本實用新型的組合導航模塊的原理示意圖；
[0031] 圖4是本實用新型的通信模塊的結構示意圖；
[0032] 圖5是本實用新型的數據監測終端的處理過程示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 以下結合一種具體的實施方案和附圖對本實用新型做詳細的說明：
[0034] 如圖1所示，本實施例公開的一種用于室內和室外的可移動有害物質檢測定位系 統，包括INS/WSN/BDS組合導航模塊、有害物質檢測模塊、無線通信模塊、中央數據處理器 (MCU)和數據監測終端。
[0035]INS/WSN/BDS組合導航模塊對有害物物源實施定位，包括INS導航模塊、WSN導航 模塊和BDS導航模塊，其中INS導航模塊通過包含3個單軸的加速度計和3個單軸的陀螺 儀的慣性單元獲得絕對導航信息；WSN導航模塊通過多個傳感器節點布置，以無線通信方 式（如ZigBee,WIFI)形成一個多跳的自組織的網絡系統，協作地感知、采集和處理網絡覆 蓋區域中被感知對象的信息，從而確定未知節點的相對位置信息；DBS導航模塊通過衛星、 地面中心站和用戶終端組成有源定位系統。
[0036]INS/WSN組合導航借助加速度計一陀螺儀和無線傳感網絡實現無北斗信號區域的 定位，利用北斗定位克服INS導航誤差隨時間漂移問題；INS/BDS組合導航借助加速度計一 陀螺儀和北斗衛星實現可接收北斗信號區域的定位，克服了在地下巷道、狹長隧道、高層 建筑密集的市區等北斗信號長期失鎖的環境下INS導航誤差隨時間漂移問題，具有極強的 環境適應能力。所有位置信息經（MCU)進行數據處理及組合算法實現，MCU設有數據采集 單元、擴展卡爾曼濾波器單元、不敏卡爾曼濾波器單元和數據融合單元，數據采集單元分別 與INS導航模塊、WSN導航模塊和BDS導航模塊連接，將接收到的導航信息傳遞給濾波器單 元，并確定采用INS