CN103177550A

CN103177550A - 温室气体排放远程实时监测系统及方法

Info

Publication number: CN103177550A
Application number: CN2012105627725A
Authority: CN
Inventors: 张健; 李胜杰; 张小栓; 齐林; 张荣杰; 陈瀛; 徐晓莉; 冯飞; 张丽欣; 段志洁; 田晓飞; 张隽; 马红烨; 陈静静; 卢凯; 洪婕
Original assignee: Beijing Information Science and Technology University
Current assignee: Beijing Information Science and Technology University
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-06-26

Abstract

一种温室气体排放远程实时监测系统及方法，包括数据采集系统、数据传输模块、温室气体排放数据实时监测系统，其中数据传输模块包括位于监测点的GPRS数据发送器，存储和处理数据的网络控制节点，用于Web发布的服务器模块，实时监测数据的客户端操作系统。本发明可用于温室气体排放的实时远程监测，并可同时对多个监测点的气体排放量进行数据处理，生成排放量报告。

Description

温室气体排放远程实时监测系统及方法

技术领域

本发明涉及温室气体排放远程实时监测及无线通信领域，是一种基于NDIR传感器和无线通信网络的远程实时监测系统和方法。

背景技术

在温室效应越来越显著、气象灾害频发的今天，世界各国纷纷意识到温室气体减排工作的重要性。中国作为世界经济的重要组成部分，其温室气体减排工作的状况受到世界各国的关注。根据1997年签署的《京东议定书》，发展中国家将从2012年开始承担减排任务，我国也明确提出了到2020年，国内单位生产总值的二氧化碳排放量比2005年时下降40％-45％。因此，明确现有温室气体排放水平和排放状况，对重点行业的温室气体排放量进行监控可以为我国制定减排计划提供基础数据，明确温室气体减排方向和手段。同时也为核查机构进行核查提供了对比材料，使温室气体排放核查工作更具准确性和时效性。

我国的温室气体排放监测目前存在的主要问题：一是缺乏一种针对性强，数据细致的监控系统。二是监控系统的智能化和网络化程度不高。目前的气体监控系统基本上集中于烟气污染物的监测，监测数据种类于温室气体排放量的监测针对性不强，缺乏相应的处理数据，不能为系统地实现温室气体监测提供足够有效的数据支持。此外，多数监控系统以有线方式进行数据传输，实施监控工作工程量大，投入经费多，线路维护复杂，不便于随时随地获取温室气体排放信息。

发明内容

针对上述背景技术，本发明解决了一下问题：一是通过专门设计的气体感应器实现了针对于温室气体相关数据的测定。二是通过GPRS信号发射器将收集到的数据发送至网络控制节点从而实现了监测数据的无线传输，同时网络控制节点对数据进行处理，并即时发布至互联网，提高了信息的实时性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于NDIR监测技术及无线数据传输技术的温室气体监测系统。其特征在于，包括NDIR气体传感器、信号发射器、网络控制节点和远程监控客户端操作系统。气体传感器将收集到的数据通过GPRS信号发射器以TCP/IP协议发送至网络控制节点，网络控制节点将数据接收、处理并存储结果，之后将结果发布至英特网，远程监控客户端操作系统通过英特网链接至网络控制节点。

优选地，所述无线传感器网络包括位于多个待测点的多个传感器和与传感器对应的信号发射器，所述温室气体传感器通过汇聚节点将信号接入信号发射器。

优选地，所述网络控制节点采用的是基于ARM的嵌入式系统。

优选地，所述温室气体传感器节点由采集板RS-232-GasBoard和CC2430高频芯片组成。

温室气体排放远程实时监测系统方法包括如下步骤：

1)由温室气体传感器每隔一段时间对待测点的温室气体相关参数实时监测；

2)由温室气体传感器将采集到的参数数据发送至汇聚节点，汇聚节点再将数据跳传给GPRS信号发射器；

3)信号发射器将信号发送至网络控制节点后，控制节点将数据进行处理，并将原始数据和处理结果存储至数据库中。

4)网络控制系统在接收到数据后，即时处理并存储，并将更新的数据发布至互联网。

5)监测人员通过在客户端监控系统中选择不同监测点的IP地址，即可查看对应监测点的温室气体实时排放数据。并可以在任何可以连接互联网的地方查看实时排放信息和数据库中的历史信息。

优选地，步骤1中监测的参数包括时间，监测点编号，CO2、CH4、N2O浓度，湿氧含量，干氧含量，温度，压力，流速。

优选地，步骤1中监测的参数每隔6秒钟读取一次。

优选地，步骤2中汇聚节点对监测参数进行融合后再跳传给GPRS信号发射器。

优选地，步骤3中的GPRS信号发射器不断扫描最新的汇聚节点参数，并即时将收集到的数据发送至网络控制节点。

优选地，步骤3中网络控制节点会按最新一组温室气体排放数据计算出单位时间内CO2、CH4、N2O的排放量以及CO2当量，并存储结果至数据库。

综上所述，本发明所述的温室气体排放远程实时监测系统可以用于完成对企业温室气体排放情况的实时全面监测，其所采用的监测方法可以使监管部门或核查机构对企业温室气体排放情况的变化作出即时的了解，帮助其作出及时的应对措施。

本发明的有益效果：

1)采用了NDIR气体传感器和网络远程监测相结合的体系结构，实现网络化远程在线实时监测；

2)采用了无线通信方式来构建温室气体排放远程实时监测系统，较好地克服了人工方式现场工作量大和无法保证数据实时性有效性的缺点；

3)有效解决了有线方式在现场布线难度大、成本高及容易老化的问题，解决了因线路故障和老化造成的数据丢失，故障率上升的缺点。

附图说明

图1：本发明中所述监测系统结构示意图；

图2：本发明中汇聚节点功能流程图；

图3：本发明中传感器节点数据融合结构图；

图4：本发明中服务执行流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中温室气体排放的远程实时监测系统包括以下几个部分：温室气体探测传感器(1)、GPRS信号发射器(2)、网络控制节点(3)和远程监控客户端操作系统(4)。

整个系统结构及功能如下所述：温室气体传感器(1)在待监测位置监测包括时间，监测点编号，CO2、CH4、N2O浓度，湿氧含量，干氧含量，温度，压力，流速在内的数据，读取数据的时间间隔为六秒。之后将监测到的气体数据汇聚为某一监测点的一个数据包，GPRS信号发射器(2)通过卫星讯号以TCP/IP协议将数据包发送至网络控制节点(3)，网络控制节点(3)将数据接收、处理并将结果存储在数据库中，之后将数据发布至英特网，远程监控客户端操作系统(4)通过英特网链接至网络控制节点(3)进行实时在线的温室气体排放情况监控。监测人员选择不同监测点的IP地址，通过调用数据库中的数据即可查看对应监测点的温室气体实时排放数据和历史排放数据。实现了在任何可以连接互联网的地方查看实时排放信息和数据库中的历史信息。

如图2所示，流程描述了汇聚节点和传感器节点形成分层次网络拓扑的方法。为了节省传感器节点能量，此汇聚节点任务由接收数据包事件驱动。步骤如下：

1)任务进入等待状态，等待数据包事件的发生；

2)当接收到一个数据包是，程序结束等待状态，进入执行状态；

3)判断是否是其他几点发送的数据包，如果是同一节点数据包，那么执行步骤4，否则执行步骤8；

4)提取数据包中的跳数字段；

5)汇聚节点查看自己距离信号发送器的跳数是否为空，如果为空执行步骤6，否则执行步骤7；

6)将提取的数据包中的跳数字段加1变为自己的跳数，进入步骤10；

7)将提取的数据包中的跳数字段加1后看是否小于自己距离信号发送器的跳数，如果小于那么执行步骤6，否则执行步骤10；

8)判断是否是同一个区域传感器节点的数据包，如果是执行步骤9，如果不是执行步骤10；

9)将各传感器节点数据进行融合处理，进入步骤10；

10)回到任务等待状态。

如图3所示，结构图描绘了传感器节点之间的数据融合。

本发明运用具有反馈分布卡尔曼滤波信息融合，然后将各自的局部估计结果送往汇聚节点进行全局融合。而且由于增加了反馈环节，使得层间传感器具有双向联系，不仅底层融合信息向高层传递，高层信息也参与底层节点处理，各传感器节点之间具有了一种层间的有线联系。经过融合处理后可以使融合精度高于单个传感器精度，而且数据的传输率大大降低，从而减少了信息的传输量，减轻网络冲突和堵塞。

如图4所示，流程图描绘了通过英特网进行远程监测的服务器执行过程，其步骤如下：

1)启动WEB服务器，为后续做准备；

2)初始化定义；

3)创建、设定、绑定套接字；

4)监听端口，看是否有请求，若有则进入步骤5，否则继续监听端口；

5)接收请求，解析请求内容；

6)查看是否有CGI请求，若有进入步骤7，否则进入步骤8；

7)对URL进行数据解码并执行该CGI程序；

8)对读取静态页面给WEB浏览器；

9)根据执行结果把温室气体排放的参数从数据库中读出，并输出给WEB服务器；

10)结束。

Claims

1.一种温室气体排放的远程实时监测系统，其特征在于，包括温室气体探测传感器(1)、GPRS信号发射器(2)、网络控制节点(3)和远程监控客户端操作系统(4)，温室气体探测传感器(1)将监测到的气体数据通过GPRS信号发射器(2)发送至网络控制节点(3)，网络控制节点(3)将数据接收、处理并存储结果，之后将数据发布至英特网，远程监控客户端操作系统(4)通过英特网链接至网络控制节点(3)进行实时在线的温室气体排放情况监控。

2.根据权利要求1所述的温室气体排放的远程实时监测系统，其特征在于所述的温室气体探测传感器(1)包括位于多个监测点的传感器节点与传感器节点对应设置的ARM处理芯片，所述传感器节点通过汇聚节点传送至GPRS信号发射器(2)。

3.根据权利要求1所述的温室气体排放的远程实时监测系统，其特征在于所述的温室气体探测传感器(1)采用的是基于非色散红外技术的传感器NDIR。

4.根据权利要求1所述的温室气体排放的远程实时监测系统，其特征在于所述的温室气体探测传感器(1)节点的数据通基于ARM的处理芯片将数据传送至GPRS信号发射器(2)。

5.根据权利要求1所述的温室气体排放的远程实时监测系统，其特征在于所述的GPRS信号发射器(2)通过TCP/IP协议以SMS形式将信息数据发至网络控制节点(3)。

6.一种如权利要求1所述的温室气体排放的远程实时监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)由温室气体探测传感器(1)对监测点的参数实时监测；

2)由温室气体探测传感器(1)将采集到的参数发送给ARM处理芯片，再将收集到的数据传送至GPRS信号发射器(2)；

3)GPRS信号发射器(2)将数据发送至网络控制节点(3)，网络控制节点(3)将接收数据、处理数据并存储结果；

4)网络控制节点(3)每隔一段时间将更新的数据发布至英特网；监测人员通过远程监控客户端操作系统(4)查看监测点的实时数据，并依据不同IP地址监测不同监测点的温室气体排放情况。

5)根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，步骤1中传感器采集的数据包括时间，监测点编号，CO₂浓度，CH₄浓度，N₂O浓度，湿氧含量，干氧含量，温度，压力和流速。

7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，步骤2中ARM处理芯片将收集到的参数融合后再传送给GPRS信号发射器(2)。

8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，步骤3中GPRS信号发射器(2)每隔一段时间就将刷新的数据发送至网络控制节点(3)。

9.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，步骤3中GPRS信号发射器(2)的数据刷新时间间隔为六秒钟。