CN106546280A - 移动式交通环境空气质量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种移动式交通环境空气质量监测系统，包括服务器和多个监测终端；监测终端安装在机动车上，包括传感器模块、定位模块、通信模块和控制模块；传感器模块用于采集空气质量监测数据；定位模块用于采集时间信息及监测终端位置信息；通信模块用于将传感器模块采集的空气质量监测数据和定位模块采集的时间信息及监测终端位置信息发送给服务器，以及接收所述服务器发送的采集指令；控制模块用于控制传感器模块和定位模块采集相应数据；服务器用于接收多个监测终端发送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端位置信息，以及向多个监测终端发送采集指令。本发明可以利用较低的成本实现对城市交通道路环境的监测。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，具体涉及一种移动式交通环境空气质量监测系统。
背景技术
随着机动车数量的快速增加,机动车尾气污染对环境空气质量和人体健康的影响越来越突出。由于受交通道路空气污染的影响，许多城市的空气污染类型已经由“煤烟型”转变为“煤烟-汽车尾气符合型”，特别是大型城市，其交通道路空气污染在某些时段已成为首要的空气污染来源，对环境空气质量和人体健康的影响日益严重。研究表明，城市机动车尾气是空气环境中NOx、CO、O3、细颗粒物和超细颗粒物等及光化学污染的主要影响因子。以北京市为例，2014年12月17日，北京市环保局发布了APEC空气质量保障措施效果评估结果。综合来看，采取会期保障措施与不采取措施相比，全市分别削减二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)和挥发性有机物(VOCs)排放约39.2％、49.6％、66.6％、61.6％和33.6％，平均削减50％左右。另外机动车对城市PM2.5浓度也有很大贡献。
目前，许多发达城市都已经建立了专门用于监测交通环境空气质量的路边监测站，以研究空气污染状况。例如，美国Texas有专门针对道路空气质量的监测点，一般距离道路5～10m，或在交叉路口中间的绿地上；英国Kent&Medway的34个监测站点中，有15个是路边监测点，占总数的44％；日本大阪市有10个路边站；我国香港地区也有3个路边站。相比之下，我国主要城市的交通环境空气质量监测尚处于起步阶段，路边固定站较少，主要是依靠少量环境监测车加载自动监测仪的方式，进行不定期的移动式采样，监测频率、监测周期和覆盖 区域都十分有限，数据的连续性、可比性和代表亟待提高。
目前环境空气自动监测站主要针对城市环境空气质量进行监测，监测站房距离道路较远，监测数据不能准确反映道路环境的空气质量；路边固定监测站和道路移动监测点虽然能准确的反映周围道路环境空气质量状况，但要对主要道路形成高时空分辨率的网格化监测，需要投入的建设和维护成本过高，难以在短期内实施。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种移动式交通环境空气质量监测系统，该系统可以利用较低的成本实现对城市交通道路环境的监测。为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种移动式交通环境空气质量监测系统，包括：服务器和多个监测终端；
所述监测终端安装在机动车上，包括传感器模块、定位模块、通信模块和控制模块；
所述传感器模块包括PM2.5传感器、PM10传感器、SO2传感器、NOx传感器、CO传感器、O3传感器、挥发性有机物VOCs传感器、温度传感器，和/或湿度传感器，所述传感器模块用于采集空气质量监测数据；
所述定位模块包括GPS、BD和/或GLONASS定位器，用于采集时间信息及监测终端位置信息；
所述通信模块包括无线通信发射器和接收器，用于将所述传感器模块采集的空气质量监测数据，和/或所述定位模块采集的时间信息及监测终端位置信息发送给所述服务器，以及接收所述服务器发送的采集指令；
所述控制模块，用于控制所述传感器模块和/或所述定位模块采集相应数据；
所述服务器，用于接收所述多个监测终端发送的空气质量监测数据，和/或时间信息及监测终端位置信息，以及向所述多个监测终端发 送采集指令。
进一步地，所述服务器包括第一指令下发单元，所述第一指令下发单元用于向所述多个监测终端发送第一采集指令；
所述多个监测终端在接收到所述第一采集指令后，所述多个监测终端的控制模块控制监测终端的定位模块采集时间信息和监测终端位置信息，以及控制监测终端的传感器模块采集空气质量监测数据，并将传感器模块采集的空气质量监测数据以及定位模块采集的时间信息及监测终端位置信息通过监测终端的通信模块发送给所述服务器。
进一步地，所述服务器还包括第二指令下发单元，所述第二指令下发单元用于向所述多个监测终端发送第二采集指令，所述第二采集指令为基于位置信息和时间信息的采集指令；
所述多个监测终端在接收到所述基于位置信息和时间信息的第二采集指令后，所述多个监测终端的控制模块控制监测终端的定位模块采集时间信息和监测终端位置信息，并将所述采集指令中的位置信息和时间信息，与监测终端的定位模块采集的时间信息和监测终端位置信息进行匹配，在匹配成功后，监测终端的控制模块控制监测终端的传感器模块采集空气质量监测数据，并将传感器模块采集的空气质量监测数据以及定位模块采集的时间信息及监测终端位置信息通过监测终端的通信模块发送给所述服务器。
进一步地，所述服务器还包括数据分析单元，所述数据分析单元用于在接收到多个监测终端发送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端位置信息之后，根据指定时间段内处于预设位置范围内的多个监测终端采集的空气质量监测数据，构建指定时间段内所述预设位置范围内的空气质量分布状况。
进一步地，所述服务器还包括异常监测终端筛选单元，所述异常监测终端筛选单元用于在接收到多个监测终端发送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端位置信息之后，将同一时间段内处于相同位置范围内的多个监测终端采集的空气质量监测数据进行比较和分析， 确定是否存在异常监测终端，以及确定参与比较分析的各监测终端间的测量偏差。
进一步地，所述服务器还包括报警单元，所述报警单元用于在所述异常监测终端筛选单元确定出异常监测终端时发出报警信息。
进一步地，所述服务器根据确定的所述各监测终端间的测量偏差，在统计各预设网格区域监测数据时将不同监测终端间的测量偏差影响去除。
进一步地，所述服务器还包括外部数据存储单元和关联分析单元，所述关联分析单元用于将所述外部数据存储单元预先存储的交通数据、气象数据以及公共监测站监测数据与所述监测终端发送的空气质量监测数据一起进行关联分析。
进一步地，所述监测终端安装在机动车的车顶上，所述监测终端还包括太阳能电池供电模块，所述太阳能电池供电模块用于为所述监测终端供电。
进一步地，所述监测终端安装在机动车上，所述机动车包括公交车或出租车；当所述监测终端安装在出租车上时，所述监测终端以顶灯形式安装在出租车上，以替代现有出租车的顶灯。
由上述技术方案可知，本发明所述的移动式交通环境空气质量监测系统，可以利用较低的成本实现对城市交通道路环境的高时空分辨率的网格化监测，进而为管理部门评估机动车尾气排放对环境空气质量造成的影响，以及对空气污染进行治理提供科学依据。
本发明所述的移动式交通环境空气质量监测系统，实现起来较为快捷方便，便于短期内迅速实施，且其建设和维护成本较低。
本发明所述的移动式交通环境空气质量监测系统，可以进行指定时间和指定位置的移动式监测采样，其监测频率和监测周期可以通过采集指令随意控制，另外，本实施例所述的移动式交通环境空气质量监测系统的监测覆盖区域较为广泛，基本能覆盖全市区，监测数据质量较高(比如数据连续性，完整性，代表性均较高)，完全可以满足对 城市交通环境空气质量的分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的移动式交通环境空气质量监测系统的整体结构示意图；
图2是本发明一个实施例提供的移动式交通环境空气质量监测系统的内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种移动式交通环境空气质量监测系统。采用该系统，可以用较低的成本实现对城市交通道路环境进行高时空分辨率的网格化监测，进而为管理部门评估机动车尾气排放对环境空气质量造成的影响，以及对空气污染进行治理提供科学依据。
本发明一个实施例提供了一种移动式交通环境空气质量监测系统，参见图1和图2，该系统包括：服务器100和多个监测终端200；
所述监测终端200安装在机动车上，包括传感器模块201、定位模块202、通信模块203和控制模块204；
所述传感器模块201包括PM2.5传感器、PM10传感器、SO2传感 器、NOx传感器、CO传感器、O3传感器、挥发性有机物VOCs传感器、温度传感器，和/或湿度传感器，所述传感器模块201用于采集空气质量监测数据；
由于传感器模块201配置了PM2.5传感器、PM10传感器、SO2传感器、NOx传感器、CO传感器、O3传感器、挥发性有机物VOCs传感器、温度传感器和湿度传感器，因此传感器模块具有对PM2.5、PM10、SO2、NOx、CO、O3、VOCs等交通环境主要污染物的监测能力。
所述定位模块202包括GPS、BD和/或GLONASS定位器，用于采集时间信息及监测终端200位置信息；
具体地，所述定位器可以采集时间、监测终端所处的经度、纬度、以及机动车的速度、高程和方向信息等信息。
所述定位模块202使得监测终端200具有定位功能，因此可以实现基于位置和时间触发空气质量监测。
所述通信模块203包括无线通信发射器和接收器，用于将所述传感器模块201采集的空气质量监测数据，和/或所述定位模块202采集的时间信息及监测终端200位置信息发送给所述服务器100，以及接收所述服务器100发送的采集指令；
所述无线通信发射器和接收器通过GPRS无线网络或其他无线网络(3G、4G等)将传感器模块201采集的空气质量监测数据发送给服务器100，使得服务器100可以根据这些数据实现空气质量监测功能。
所述控制模块204，用于控制所述传感器模块201和/或所述定位模块202采集相应数据；
所述服务器100，用于接收所述多个监测终端200发送的空气质量监测数据，和/或时间信息及监测终端200位置信息，以及向所述多个监测终端200发送采集指令。
由于监测终端200设置在城市的机动车上，而城市的机动车分布又较为密集，因此在所述服务器100接收到所述多个监测终端200发 送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端200位置信息之后，所述服务器100可以利用这些数据实现城市交通道路环境的高时空分辨率的网格化监测。
本实施例所述的移动式交通环境空气质量监测系统，可以利用较低的成本实现对城市交通道路环境的高时空分辨率的网格化监测，进而为管理部门评估机动车尾气排放对环境空气质量造成的影响，以及对空气污染进行治理提供科学依据。
本实施例所述的移动式交通环境空气质量监测系统，实现起来较为快捷方便，便于短期内迅速实施，且其建设和维护成本较低。
本实施例所述的移动式交通环境空气质量监测系统，可以进行指定时间和指定位置的移动式监测采样，其监测频率和监测周期可以通过采集指令随意控制，另外，本实施例所述的移动式交通环境空气质量监测系统的监测覆盖区域较为广泛，基本能覆盖全市区，监测数据质量较高(比如数据连续性，完整性，代表性均较高)，完全可以满足对城市交通环境空气质量的分析。
在本发明的其他实施例中，所述服务器100包括第一指令下发单元101，所述第一指令下发单元101用于向所述多个监测终端200发送第一采集指令；
所述多个监测终端200在接收到所述第一采集指令后，所述多个监测终端200的控制模块204控制监测终端200的定位模块202采集时间信息和监测终端200位置信息，以及控制监测终端200的传感器模块201采集空气质量监测数据，并将传感器模块201采集的空气质量监测数据以及定位模块202采集的时间信息及监测终端200位置信息通过监测终端200的通信模块203发送给所述服务器100。
在本发明的其他实施例中，所述服务器100还包括第二指令下发单元102，所述第二指令下发单元102用于向所述多个监测终端200发送第二采集指令，所述第二采集指令为基于位置信息和时间信息的采集指令；
所述多个监测终端200在接收到所述基于位置信息和时间信息的第二采集指令后，所述多个监测终端200的控制模块204控制监测终端200的定位模块202采集时间信息和监测终端200位置信息，并将所述采集指令中的位置信息和时间信息，与监测终端200的定位模块202采集的时间信息和监测终端200位置信息进行匹配，在匹配成功后，监测终端200的控制模块204控制监测终端200的传感器模块201采集空气质量监测数据，并将传感器模块201采集的空气质量监测数据以及定位模块202采集的时间信息及监测终端200位置信息通过监测终端200的通信模块203发送给所述服务器100。
在本发明的其他实施例中，所述服务器100还包括数据分析单元103，所述数据分析单元103用于在接收到多个监测终端200发送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端200位置信息之后，根据指定时间段内处于预设位置范围内的多个监测终端200采集的空气质量监测数据，构建指定时间段内所述预设位置范围内的空气质量分布状况。
例如，服务器100可以根据时间处于7:00～9:00，地点处于中关村附近的多个监测终端200采集的空气质量监测数据，构建早上7:00～9:00，中关村附近的空气质量分布状况。
另外，服务器100可以利用多个监测终端200对同一位置进行监测，，与单个监测终端测量方式相比，提升了测量结果的可信度。
在本发明的其他实施例中，所述服务器100还包括异常监测终端筛选单元104，所述异常监测终端筛选单元104用于在接收到多个监测终端200发送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端200位置信息之后，将同一时间段内处于相同位置范围内的多个监测终端200采集的空气质量监测数据进行比较和分析，确定出异常监测终端200。另外，在统计各预设网格区域监测数据时，通过对多个监测终端在同一时刻同一位置测量结果的比较，可以发现各监测终端间的测量偏差，以便在比较不同终端获得的不同位置的空气质量数据时，将终端间测量偏差的影响去除，从而提升各监测终端间测量数据的可比性。
在本发明的其他实施例中，所述服务器100还包括报警单元105，所述报警单元105用于在所述异常监测终端筛选单元104确定出异常监测终端200时发出报警信息。
例如，对于一组具有相同位置和时间的空气质量监测数据，服务器100选择中间值数据对应的监测终端作为参照终端，记录其它监测终端的监测值(包括PM2.5、PM10、SO2、NOx、CO、O3、VOCs、温度或湿度当中的任意一种或多种)相对于该参照终端的对应的监测值的差值。如果某一项或多项的差值超过设预设门限，则产生终端异常报警；否则服务器100对该组监测终端具有相同位置和时间的历史数据进行处理，计算各监测终端相对参照终端的平均偏差值，并记录。当利用这些监测终端对相同时间不同位置的空气质量进行监测时，可以依据这些差值对监测结果进行处理，以便将终端间的测量偏差影响去除。
在本发明的其他实施例中，所述服务器100还包括外部数据存储单元106和关联分析单元107，所述关联分析单元107用于将所述外部数据存储单元106预先存储的交通数据、气象数据以及公共监测站监测数据与所述监测终端200发送的空气质量监测数据一起进行关联分析。
服务器100除了接收监测终端200发送的数据外，还融合了交通数据、气象数据、公共污染物监测数据等外部数据源数据，用于和终端监测200发送的数据进行关联分析。
例如，服务器100将监测终端200的一次监测数据和车流量、车速、风力、风向、公共监测站监测的PM2.5、PM10、SO2、NOx、CO、O3、VOCs等数据一起构成一个多维向量，进行关联分析，用于挖掘污染物水平和这些因素的相关性。
在本发明的其他实施例中，所述监测终端200安装在机动车的车顶上，所述监测终端200还可以包括太阳能电池供电模块205，所述太阳能电池供电模块205用于为所述监测终端200供电。
将监测终端200安装在机动车的车顶上，可以使得监测终端200内的太阳能电池供电模块205得以进行充电，从而可以保证监测终端200的电源供应。当然，也可以利用车载电源对所述监测终端200进行供电。另外，监测终端200也可以安装在机动车外部的任意位置，比如车的一侧或尾部等。
在本发明的其他实施例中，所述监测终端200安装在机动车上，所述机动车包括公交车或出租车。
将监测终端200安装在公交车或出租车等运营车辆上，可以利用营运车辆的移动实现对城市主要道路的网格化覆盖，从而以较低的成本得到更为全面的城市环境监测数据。
在本发明的其他实施例中，所述监测终端200以顶灯形式安装在出租车上，替代现有出租车的顶灯。
将监测终端200以顶灯形式安装在出租车上，既可以解决监测终端的安放位置，又可以较方便的监测交通环境空气质量信息。
本发明提供的移动式交通环境空气质量监测系统，可以利用较低的成本实现对城市交通道路环境进行高时空分辨率的网格化监测，进而为管理部门评估机动车尾气排放对环境空气质量造成的影响，以及对空气污染进行治理提供科学依据。
本发明提供的移动式交通环境空气质量监测系统，实现起来较为快捷方便，便于短期内迅速实施，且其建设和维护成本较低。
本发明提供的移动式交通环境空气质量监测系统，可以进行指定时间和指定位置的移动式监测采样，其监测频率和监测周期可以通过采集指令随意控制。另外，本实施例所述的移动式交通环境空气质量监测系统的监测覆盖区域较为广泛，基本能覆盖全市区，监测数据质量较高(比如数据连续性，完整性，代表性均较高)，完全可以满足对城市交通环境空气质量的分析。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种移动式交通环境空气质量监测系统，其特征在于，包括：服务器和多个监测终端；
所述监测终端安装在机动车上，包括传感器模块、定位模块、通信模块和控制模块；
所述传感器模块包括PM2.5传感器、PM10传感器、SO2传感器、NOx传感器、CO传感器、O3传感器、挥发性有机物VOCs传感器、温度传感器，和/或湿度传感器，所述传感器模块用于采集空气质量监测数据；
所述定位模块包括GPS、BD和/或GLONASS定位器，用于采集时间信息及监测终端位置信息；
所述通信模块包括无线通信发射器和接收器，用于将所述传感器模块采集的空气质量监测数据，和/或所述定位模块采集的时间信息及监测终端位置信息发送给所述服务器，以及接收所述服务器发送的采集指令；
所述控制模块，用于控制所述传感器模块和/或所述定位模块采集相应数据；
所述服务器，用于接收所述多个监测终端发送的空气质量监测数据，和/或时间信息及监测终端位置信息，以及向所述多个监测终端发送采集指令。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器包括第一指令下发单元，所述第一指令下发单元用于向所述多个监测终端发送第一采集指令；
所述多个监测终端在接收到所述第一采集指令后，所述多个监测终端的控制模块控制监测终端的定位模块采集时间信息和监测终端位置信息，以及控制监测终端的传感器模块采集空气质量监测数据，并将传感器模块采集的空气质量监测数据以及定位模块采集的时间信息 及监测终端位置信息通过监测终端的通信模块发送给所述服务器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括第二指令下发单元，所述第二指令下发单元用于向所述多个监测终端发送第二采集指令，所述第二采集指令为基于位置信息和时间信息的采集指令；
所述多个监测终端在接收到所述基于位置信息和时间信息的第二采集指令后，所述多个监测终端的控制模块控制监测终端的定位模块采集时间信息和监测终端位置信息，并将所述采集指令中的位置信息和时间信息，与监测终端的定位模块采集的时间信息和监测终端位置信息进行匹配，在匹配成功后，监测终端的控制模块控制监测终端的传感器模块采集空气质量监测数据，并将传感器模块采集的空气质量监测数据以及定位模块采集的时间信息及监测终端位置信息通过监测终端的通信模块发送给所述服务器。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括数据分析单元，所述数据分析单元用于在接收到多个监测终端发送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端位置信息之后，根据指定时间段内处于预设位置范围内的多个监测终端采集的空气质量监测数据，构建指定时间段内所述预设位置范围内的空气质量分布状况。
5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括异常监测终端筛选单元，所述异常监测终端筛选单元用于在接收到多个监测终端发送的空气质量监测数据、时间信息及监测终端位置信息之后，将同一时间段内处于相同位置范围内的多个监测终端采集的空气质量监测数据进行比较和分析，确定是否存在异常监测终端，以及确定参与比较分析的各监测终端间的测量偏差。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括报警单元，所述报警单元用于在所述异常监测终端筛选单元确定出异常监测终端时发出报警信息。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述服务器根据确 定的所述各监测终端间的测量偏差，在统计各预设网格区域监测数据时将不同监测终端间的测量偏差影响去除。
8.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括外部数据存储单元和关联分析单元，所述关联分析单元用于将所述外部数据存储单元预先存储的交通数据、气象数据以及公共监测站监测数据与所述监测终端发送的空气质量监测数据一起进行关联分析。
9.根据权利要求1～3所述的系统，其特征在于，所述监测终端安装在机动车的车顶上，所述监测终端还包括太阳能电池供电模块，所述太阳能电池供电模块用于为所述监测终端供电。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述监测终端安装在机动车上，所述机动车包括公交车或出租车；当所述监测终端安装在出租车上时，所述监测终端以顶灯形式安装在出租车上，以替代现有出租车的顶灯。
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