CN102419584B - 利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法及物联网络控制器 - Google Patents

Abstract

一种利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法，包括以下步骤：将物联网络控制器与相关单位联接；通过纵向智核采集、分析、存储数据；通过横向智核沟通管理部门及排污单位；通过显性智核预分析、显示分析结果；通过隐性智核分析排污信息，构建数学模型。一种对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，包括纵向智核、横向智核、显性智核、隐性智核，优点是：便于统一管理，故障率低，系统内各部分通信通畅，监测指标可参考性强，并能够合理地对污染源造成的影响进行正确评价、分析、预测。

Description

利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法及物联网络控制器

技术领域

本发明涉及一种利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法及物联网络控制器。

背景技术

随着城市工业化进程的加快，污染的排放总量迅速增加，各类污染物以不适当的浓度、形态和途径进入环境系统，对环境系统造成极大伤害，进而严重影响人们的生活。为保证人们的生活质量，保护环境系统，实现可持续发展，国家加大了对各类污染源的监控和整治，国内出台了很多关于污染源数据采集、传输的相关标准。然而，国内对相关的监测技术的输出格式还没有统一的标准，现有的监测技术相互兼容性差，导致监控中心必须同时使用多套软件对污染源进行监测粒度；同时，管理部门与排污单位之间、各管理部门之间、管理部门内各软件之间的通讯手段落后、功能单一。上述问题导致了整个监测网络不便于管理，故障率高，监测指标可参考性差，不能合理地对污染源造成的影响进行正确评价、分析、预测。

为解决上述问题，伴随着物联网技术的不断完善产生了大量的污染源监测传感器相关的物联网终端，但是这些物联网终端只能进行分散监测，不能对整个系统进行组网整合，不便于各管理部门统一管理，提供的数据种类单一，可参考性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种便于统一管理，故障率低，系统内各部分通信通畅，监测指标多样且可参考性强，并能够合理地对污染源造成的影响进行正确评价、分析和预测的利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法及物联网络控制器。

本发明采取的技术方案是：

一种利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

1、构建由纵向智核1、横向智核2、显性智核3和隐性智核4组成的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，将所述的物联网络控制器中的纵向智核1的模拟量输入通道101与传感器5联接，纵向智核1的开关量输入通道103与无源触点6联接，横向智核2的RS232通道201、RJ45通道202、RS485通道203与互联网、广播电视、有线无线通讯设备9联接，显性智核3的RS232通道301、RJ45通道302、RS485通道303与通讯设备7联接；

2、由模拟量输入通道101采集传感器5收集到的信息，并将信息转换为数字量输入至纵向智核1，通过开关量输入通道103读取开关量信息，即频率、通断信息，并由开关量输出通道102将开关量信息反馈至传感器5以使采集频率和采集状态达到设定要求，纵向智核1中的微控制单元107将信息整理成包括顺序代码、时刻、当前工作状态、在此时刻内采集信息的极值和平均值、开关量控制累计时间的数据，并将数据分类存入数据存储单元106中；

3、显性智核3通过隐性智核4调用纵向智核1的信息，并通过微控制单元307建立A、B两类评定分量，其中A类评定分量是通过对调用的信息统计分析作出的不确定度评定，B类评定分量是依据经验进行估计，将建立了A、B两类评定分量的信息输入隐性智核4，由隐性智核4进行计算，得出分析结果，同时将分析结果通过通讯设备7及触摸液晶显示屏304以实时数据、函数曲线、报表的形式显示，并传递至管理部门8；

4、管理部门8在收到显性智核3提供的信息后，通过横向智核2提供的通讯网络，实现在部门内、各部门间、部门与排污单位10间的人员、设备、软件之间的交流、控制；

5、当各智核的信息传递至隐性智核4后，隐性智核4假定存在近似标准偏差所表征的不确定度分量，并确定不确定度的半径，依据这个不确定度的半径，将个别不正常值排除，并同步计算平均值；对计算出的污染源排放量的平均值进行累加分析，将分散的数据整合成完整的数学模型，这个模型包括排污单位10的实时排污类别、排污量的信息，还包括通过历史数据全面分析得出的污染物排放规律、预测的超标排放可能性，隐性智核4在得出数学模型之后将分析结果反映至显性智核3、纵向智核1，并通过纵向智核1的模拟量输出通道实现对传感器5的远程控制，以确定采集频率及采集状态；

上述的利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法，所述的隐性智核4同步计算平均值时采用滑动平均值算法。

上述的对污染源排放规律进行计量评价的方法，在隐性智核4将分散数据整合成完整的数学模型时采用二次曲线拟合方法，以整流、平滑曲线结合的方法抑制尖峰脉冲的影响，以消除干扰信息。

一种对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，包括纵向智核1，用于实时采集、分类、汇总污染源排放情况，建立多线程动态数据链接库，为各管理部门8提供控制端口，其特殊之处在于：所述的物联网络控制器还包括横向智核2，用于同互联网络、广播电视、有线无线通讯设备9的物联网终端链接，在各管理部门8之间、各管理部门8与排污单位10之间设置联系通道，实现单向超标的及时沟通、反控；显性智核3用于提供可视化数据；隐性智核4用于控制纵向智核1、横向智核2、显性智核3，并对污染源排放量进行累加分析，确定污染物的排放规律，预测超标排放的可行性；所述的隐性智核4分别与纵向智核1、横向智核2、显性智核3联通。

上述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，所述的纵向智核1包括模拟量输入通道101用于将采集到的模拟量转换为处理器可以识别的数字量；模拟量输出通道104用于将数字量转换为模拟量；开关量输入通道103用于输入开关量信息，以实现对纵向智核1的手动控制；开关量输出通道102用于输出开关量信息，以实现纵向智核1对污染源排放量的控制；存储单元106用于存储相关数据；微控制单元107用于分析数据、建立数据库、下达简单指令。

上述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，所述的横向智核2包括RS232通道201用于连接互联网、广播电视、有线无线通讯9；RJ45通道202用于连接网卡； RS485通道203用于实现点对点通讯；微控制单元205用于处理通讯信息、及时告警。

上述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，所述的显性智核3包括RS232通道301用于连接数字通信设备； RJ45通道302用于连接网卡；RS485通道303用于实现与管理单位8的通讯；触摸液晶显示屏304、指示灯305用于将网络中的信息直观的表现出来；微控制单元307用于调取、处理信息，使信息可视化。

上述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，所述的隐性智核4包括扩展RAM401、扩展ROM402用于存取信息；数据FLASH403用于存放一些小型字库或提示用字串符；实时时钟404用于持久存放系统时间；微控制单元408用于控制其它智核以及对污染源排放量进行累加分析，确定污染物的排放规律，预测超标排放的可行性。

上述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，所述的隐性智核4分别与纵向智核1、横向智核2、显性智核3之间通过UART串行口联通。

本发明的有益效果是：

通过将纵向智核、横向智核、显性智核、隐性智核、与传感器、无源触点、通讯设备、互联网、广播电视、有线无线通讯合理连接，构成了管理部门对排污单位的全面监控、点对点通讯的管理系统；通过模糊算法，即构建A、B二类评定分量，并通过隐性智核4进行计算，得到的结果准确程度高；通过横向智核建立多元化的通讯网络，为各管理部门之间及管理部门与排污单位之间提供了及时、便捷、直观沟通的途径，使沟通更顺畅；通过显性智核能够调用纵向智核中的大量数据，经过处理后，生成报表、函数、柱状图等可视化模型，方便各管理部门读取需要的信息，可参考性强；通过隐性智核与其它智核相联通，能够综合管理各智核，解决了软件不兼容的问题，降低了故障率，同时，隐性智核中还可以加入管理软件，实现对系统内各软件的远程检测、自动校正，并能够对一些常见故障进行修复，便于各管理部门统一管理，提高了整体工作效率；并且，隐性智核能够合理地对污染源造成的影响进行正确评价、分析、预测，及时、准确、直观的为管理部门提供参考数据，大大方便了管理部门的工作。

附图说明

图1是本发明的结构简图；

图2是本发明的电路方框图；

图3是图1中纵向智核的电路方框图；

图4是图1中横向智核的电路方框图；

图5是图1中显性智核的电路方框图；

图6是图1中隐性智核的电路方框图；

图7是本发明的工作流程图；

图8是本发明第二步的工作流程图；

图9是本发明第四步的工作流程图；

图10是本发明第五步的工作流程图。

图中：1-纵向智核，101-模拟量输入通道，102-开关量输出通道，103-开关量输入通道， 104-模拟量输出通道，105-UART串行口，106-数据储存单元，107-微控制单元，2-横向智核，201-RS232通道，202-RJ45通道，203-RS485接口，204-UART串行接口，205-微控制单元，3-显性智核，301-RS232通道，302-RJ45通道，303-RS485通道，304-触摸液晶显示屏，305-指示灯，306-UART串行口，307-微控制单元，4-隐性智核，401-扩展RAM，402-扩展ROM，403-数据FLASH，404-实时时钟，405-UART串行口，406-UART串行口，407-UART串行口，408-微控制单元，5-传感器，501-传感器接口,6-无源触点，7-通讯设备，8-管理部门，9-互联网、广播电视、有线无线通讯设备，10-排污单位。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例，对本发明进行进一步说明，实施例中叙述为较佳的实施方式，实际不受实施例限制。

如图1、图2所示，该物联网络控制器包括纵向智核1、横向智核2、显性智核3、隐性智核4，其中，纵向智核1用于实时采集、综合分析污染源排放情况，建立多线程动态数据链接库，为各管理部门8提供链接端口；横向智核2用于同互联网络、广播电视、有线无线通讯设备9的物联网终端链接，在各管理部门8之间、各管理部门8与排污单位10之间设置联系通道，实现单向超标的及时沟通、反控；显性智核3用于提供可视化数据；隐性智核4用于控制纵向智核1、横向智核2、显性智核3，并对污染源排放量进行累加分析，确定污染物的排放规律，预测超标排放的可行性。 

如图3所示，所述的纵向智核1包括模拟量输入通道101、模拟量输出通道104、开关量输入通道103、开关量输出通道102、存储单元106、微控制单元107。其中，模拟量输入通道101与设置在传感器5上的传感器接口501联通，用于采集传感器5收集到的模拟量信息，并将采集到的模拟量转换为处理器可以识别的数字量；模拟量输出通道104与设置在传感器5联通，用于将数字量转换为模拟量以控制传感器5工作；开关量输入通道103与无源触点6联通，用于输入开关量信息，即用于控制传感器5采集频率、是否工作的信息；开关量输出通道102与传感器5联通，用于输出开关量以控制传感器5工作，所述的纵向智核还包括UART串行口105。

如图4所示，所述的横向智核包括RS232通道201、RJ45通道202、 RS485通道203、微控制单元205，其中RS232通道201用于连接互联网、广播电视、有线无线通讯9，RJ45通道202用于连接网卡，RS485通道203用于实现点对点通讯，所述的横向智核还包括UART串行口204。

如图5所示，所述的显性智核包括RS232通道301、 RJ45通道302 、RS485通道303、触摸液晶显示屏304、指示灯305、微控制单元307。其中，RS232通道301用于连接数字通信设备；RJ45通道302用于连接网卡；RS485通道303用于实现与管理部门8的通讯，所述的显性智核还包括UART串行口306。

如图6所示，所述的隐性智核包括扩展RAM401、扩展ROM402、数据FLASH403、实时时钟404、微控制单元408。其中，扩展RAM401、扩展ROM402用于存取信息；数据FLASH403用于存放一些小型字库或提示用字串符；实时时钟404用于持久存放系统时间；微控制单元408用于控制其它智核以及对污染源排放量进行累加分析，确定污染物的排放规律，预测超标排放的可行性，所述的隐性智核4还包括UART串行口405、UART串行口406 、UART串行口407。

在所述的隐性智核4上设有的UART串行口405、UART串行口406 、UART串行口407，分别与纵向智核1上的UART串行口105、横向智核2上的UART串行口204、显性智核3上的UART串行口306联通。

如图7所示，这种利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法包括以下步骤：

1、构建对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，并将所述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器中的纵向智核1的模拟量输入通道101与传感器接口501联接，开关量输入通道103与无源触点6联接，横向智核2中的RS232通道201、RJ45通道202、RS485通道203与互联网、广播电视、有线无线通讯设备9联接，显性智核3中的RS232通道301、RJ45通道302、RS485通道303与通讯设备7联接。

2、如图8所示，由模拟量输入通道101采集传感器5收集到的信息，并将信息转换为数字量输入纵向智核1，通过开关量输入通道103读取由无源触点6输入的开关量信息，即频率、通断信息，并由开关量输出通道102将开关量信息反馈至传感器5以保证采集频率、状态，纵向智核1中的微控制单元107将信息整理成包括顺序代码、时刻、当前工作状态、在此时刻内采集信息的极值和平均值、开关量控制累计时间的数据，在本实施例中，每小时采集第1、2、3、4、5、6、10、12、15、20、30、60分钟时的污染信息，并将污染信息按照顺序特征码（2字节）、年月日时分（5字节）、当前工作状态(1字节)，保留字节（8字节），8个模拟量通道的平均、最大值、最小值（48字节），4个开关量输入通道和输出通道有效输入时间累计(16字节)整合成为一条80字节的数据，并将数据分类存入数据存储单元106中等待其它智核调用。 

3、如图9所示，显性智核3通过隐性智核4调用纵向智核1的信息，并通过微控制单元307建立A、B两类评定分量，其中A类评定分量是通过观测列统计分析作出的不确定度评定，B类评定分量是依据经验或其他信息进行估计，将此信息输入隐性智核4，由隐性智核4进行计算，得出分析结果，同时将分析结果通过通讯设备7及触摸液晶显示屏304以实时数据、相关函数、报表的形式显示，在本实施例中，显性智核3能够显示实时数据包括：小时均值、日均值、月均值、小时总量、日总量、月总量以及一定时间段数据趋势曲线，同时，还应设置与隐性智核4联接的，能够提示污染超标及设备故障的指示灯，并将上述信息传递至管理部门8。

4、管理部门8在收到显性智核3提供的信息后，通过横向智核2提供的通讯网络，实现在部门内、各部门间、部门与排污单位10间的人员、设备、软件之间的交流、控制。

5、如图10所示，当各智核的信息传递至隐性智核4后，隐性智核4假定存在近似标准偏差所表征的不确定度分量，并确定不确定度的半径，依据这个不确定度的半径，将个别不正常值排除，并采用的方法为滑动平均值算法同步计算平均值；对计算出的污染源排放量的平均值进行累加分析，采用二次曲线拟合方法，以整流、平滑曲线结合的方法抑制尖峰脉冲的影响，以消除干扰信息，将分散的数据整合成完整的数学模型，这个模型包括排污单位10的实时排污类别、排污量的信息，还包括通过历史数据全面分析得出的污染物排放规律、预测超标排放可能性，隐性智核4在得出数学模型之后将结果反映至显性智核3、纵向智核1，并通过纵向智核1的模拟量输出通道实现对传感器5的远程控制。

在所述的隐性智核4中安装有采用自动控制软件，该软件能够实现对各个智核的远程控制，确定各软件的开启、关闭、运行方式，同时，该软件还可以实现对系统中的各软件进行自诊断，包括软件的系统时间是否一致、软件计算是否正确，并能依照自诊断的结果对软件实现自校正、自修复。

Claims (9)

1.一种利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1 构建由纵向智核（1）、横向智核（2）、显性智核（3）和隐性智核（4）组成的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，将所述的物联网络控制器中的纵向智核（1）的模拟量输入通道（101）与传感器（5）联接，纵向智核（1）的开关量输入通道（103）与无源触点（6）联接，横向智核（2）的RS232通道（201）、RJ45通道（202）、RS485通道（203）与互联网、广播电视、有线无线通讯设备（9）联接，显性智核（3）的RS232通道（301）、RJ45通道（302）、RS485通道（303）与通讯设备（7）联接；

1.2 由模拟量输入通道（101）采集传感器（5）收集到的信息，并将信息转换为数字量输入至纵向智核（1）中的微控制单元（107），纵向智核（1）中的微控制单元（107）通过开关量输入通道（103）读取开关量信息，即频率、通断信息，并由开关量输出通道（102）将开关量信息反馈至传感器（5）以使采集频率和采集状态达到设定要求，纵向智核（1）中的微控制单元（107）将信息整理成包括顺序代码、时刻、当前工作状态、在此时刻内采集信息的极值和平均值、开关量控制累计时间的数据，并将数据分类存入数据存储单元（106）中；

1.3 显性智核（3）通过隐性智核（4）调用纵向智核（1）的信息，并通过显性智核（3）中的微控制单元（307）建立A、B两类评定分量，其中A类评定分量是通过对调用的信息统计分析作出的不确定度评定，B类评定分量是依据经验进行估计，将建立了A、B两类评定分量的信息输入隐性智核（4），由隐性智核（4）进行计算，得出分析结果，同时将分析结果通过通讯设备（7）及触摸液晶显示屏（304）以实时数据、函数曲线、报表的形式显示，并传递至管理部门（8）；

1.4 管理部门（8）在收到显性智核（3）提供的信息后，通过横向智核（2）提供的通讯网络，实现在部门内、各部门间、部门与排污单位（10）间的人员、设备、软件之间的交流、控制；

1.5 当各智核的信息传递至隐性智核（4）后，隐性智核（4）假定存在近似标准偏差所表征的不确定度分量，并确定不确定度的半径，依据这个不确定度的半径，将个别不正常值排除，并同步计算平均值；对计算出的污染源排放量的平均值进行累加分析，将分散的数据整合成完整的数学模型，这个模型包括排污单位（10）的实时排污类别、排污量的信息，还包括通过历史数据全面分析得出的污染物排放规律、预测的超标排放可能性，隐性智核（4）在得出数学模型之后将分析结果反映至显性智核（3）、纵向智核（1），并通过纵向智核（1）的模拟量输出通道实现对传感器（5）的远程控制，以确定采集频率及采集状态。

2.如权利要求1所述的利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法，其特征在于，所述的隐性智核（4）同步计算平均值时采用滑动平均值算法。

3.如权利要求1所述的利用物联网络对污染源排放规律进行计量评价的方法，其特征在于，在隐性智核（4）将分散数据整合成完整的数学模型时采用二次曲线拟合方法，以整流、平滑曲线结合的方法抑制尖峰脉冲的影响，从而消除干扰信息。

4.一种对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，包括纵向智核（1），用于实时采集、分类、汇总污染源排放情况，建立多线程动态数据链接库，为各管理部门提供控制端口，其特征在于，所述的物联网络控制器还包括横向智核（2），用于同互联网络、广播电视、有线无线通讯设备（9）的物联网终端链接，在各管理部门之间、各管理部门与排污单位之间设置联系通道，实现单向超标的及时沟通、反控；显性智核（3）用于提供可视化数据；隐性智核（4）用于控制纵向智核（1）、横向智核（2）、显性智核（3），并对污染源排放量进行累加分析，确定污染物的排放规律，预测超标排放的可行性；所述的隐性智核（4）分别与纵向智核（1）、横向智核（2）、显性智核（3）联通。

5.如权利要求4所述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，其特征在于，所述的纵向智核（1）包括模拟量输入通道（101）用于将采集到的模拟量转换为处理器可以识别的数字量；模拟量输出通道（104）用于将数字量转换为模拟量；开关量输入通道（103）用于输入开关量信息，以实现对纵向智核（1）的手动控制；开关量输出通道（102）用于输出开关量信息，以实现纵向智核（1）对污染源排放量的控制；存储单元（106）用于存储相关数据；纵向智核（1）中的微控制单元（107）用于分析数据、建立数据库、下达简单指令。

6.如权利要求4所述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，其特征在于，所述的横向智核（2）包括RS232通道（201）用于连接互联网、广播电视、有线无线通讯（9）；RJ45通道（202）用于连接网卡； RS485通道（203）用于实现点对点通讯；微控制单元（205）用于处理通讯信息、及时告警。

7.如权利要求4所述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，其特征在于，所述的显性智核（3）包括RS232通道（301）用于连接数字通信设备； RJ45通道（302）用于连接网卡；RS485通道（303）用于实现与管理单位（8）的通讯；触摸液晶显示屏（304）、指示灯（305）用于将网络中的信息直观的表现出来；显性智核（3）中的微控制单元（307）用于调取、处理信息，使信息可视化。

8.如权利要求4所述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，其特征在于，所述的隐性智核（4）包括扩展RAM（401）、扩展ROM（402）用于存取信息；数据FLASH（403）用于存放一些小型字库或提示用字串符；实时时钟（404）用于持久存放系统时间；微控制单元（408）用于控制其它智核以及对污染源排放量进行累加分析，确定污染物的排放规律，预测超标排放的可行性。

9.如权利要求4所述的对污染源排放规律进行计量评价的物联网络控制器，其特征在于，所述的隐性智核（4）分别与纵向智核（1）、横向智核（2）、显性智核（3）之间通过UART串行口联通。

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