CN106855491A - 一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统集成了四大系统，整合成一个城市空气环保监控与车辆追踪管制整体解决系统。第一个系统是城市智能灯网系统（由若干个智能灯杆子系统通过数据传输装置组成一个监测网络）， 第二是集成符合公安部交通管理科学研究所制定的《汽车电子标识通用技术条件》(征求意见稿)标准的RFID车辆识别系统，第三个是汽车尾气PM2.5排放检测系统，第四个是尾气监测大数据分析及车辆PM2.5排放超标判读系统，其中第二和第三系统通过集成安装方式安装在智能灯网系统的智能灯杆子系统内。
Description
技术领域
本发明涉及汽车尾气检测，车牌识别，通信技术等领域，特别涉及一种利用灯杆上集成汽车尾气遥感测试装置监测城市道路车辆尾气排放的方法，并在一个灯杆监测一个车道的基础上，用若干个智能灯杆子系统组成智能灯网统和尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统组成一个监测网络系统。
背景技术
大气污染，被称为社会一大公害。越是交通发达的国家，由汽车尾气排放的污染物越严重，已成为污染大气的罪魁，激起了社会公愤。据有关研究显示，目前中国已经超过法国，在美国、日本、德国之后成为世界第四大汽车生产国。中国汽车市场需求完全可能保持20年甚至更长时间的持续、稳定、快速增长。按照保守估计，到2010年，中国家用轿车保有总量将达到1466万辆，其中城镇居民家用轿车保有量约1400万辆。到2020年，中国家用轿车保有量将达到7200万辆。
与汽车市场蓬勃的发展相比，尾气污染已经变成令人触目惊心的现实。调查表明，我国许多城市的尾气污染已成为大气污染的首要污染源。一向享有 “人间天堂”美誉的杭州市这几年也越来越严重地遭受尾气污染之苦，即便是晴好天气，城市上空也常是灰蒙蒙一片；身为第一批环保模范城市的深圳，机动车尾气污染竟然已占70％，每年排放各种有害物质达20多万吨，并且还在以每年超过20％的速度上升；北京、上海的汽车污染形势也一样严重。
目前市场上常见的汽车尾气在线监测的方法为遥感测试装置，该领域内有以下专利。
中国专利CN 102798609 A 《基于量子级联激光器的汽车尾气遥感检测系 统和方法》，该专利介绍了马路两旁安装方式的遥感技术，适用于单车道解决方案。
中国专利 CN 203479672 U 《分体式汽车尾气遥感测试装置》，该专利介绍了一种龙门架上安装方式解决多车道尾气监测的问题，但是该技术仍然存在以下问题：
(1)龙门架安装必须在马路两旁各设一个固定点，受场地限制，安装不易；
(2)摄像头读取车牌容易受到天气，车牌造假等环境因素限制；
(3)由于其原理和马路两侧安装的遥感技术雷同，并未提高精度；
(4)本地数据处理，需要较高的本地计算处理能力。
发明内容
本发明的目的是利用现有道路的灯杆解决多车道汽车尾气检测并通过云端大数据分析系统数据处理提高检测排查精度的技术。
为解决以上问题，本发明采取的方案是利用道路上普遍的灯杆为安装地点，集成技术上尾气检测遥感设备，使单个灯杆变成智能灯杆子系统，从而解决龙门架安装不易；利用RFID电子车牌技术读取车辆信息解决摄像头车牌易受环境影响的问题；再利用范围内的智能灯杆子系统连接云端尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统组成一个智能灯网，与尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统通信，从而解决单套设备检测漏检，误检等问题。
本发明如图1所示，本发明有智能灯杆子系统（106和107和108和109）和尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统（104）组成；其中所示一个智能灯杆子系统可监视一路车道，智能灯杆子系统设备（109）组成一个网络分别监视不同的车道，本发明可监测多车道上正常行驶的机动车(103)排放的尾气。
所述智能路灯杆设备中集成了汽车尾气检测装置（204）、RFID读写装置（205）、数据传输装置(208)、测速装置(207)、能量装置(209)及反射装置(201)，其中，汽车尾气检测装置,RFID读写装置及测速装置需透露部分面板朝向道路，其内部连接关系如图4所示。
所述反射装置中，其反射装置由一面或以上反射镜面组成，如图3所示，其特征是由所述汽车尾气检测装置(306)的辐射源发射出的红外或者紫外光（301）斜向下一定的角度透过平铺或略低于水平路面（305）的透明防震保护介质后经（304）反射镜面后发射光（302），反射镜面组合方式由灯杆高度和道路宽度决定，如监测近灯杆的车道，其监测角度偏小，单镜面也可以处理（图3左边），监测偏远车道时，两面镜面效果更好(图3 右),同理汽车尾气检测装置（306）的安装在灯杆（307）位置也可以择优处理。
所述RFID读写装置中，RFID读写装置用于读取经过车辆的电子车牌，同时将数据通过内部传输给所述数据传输装置，所述测速装置读取汽车速度、加速度及车声长度，所述汽车尾气监测装置读取尾气数据后内部传输给所述数据传输装置，在收集一组数据后所述数据传输装置将数据传输至所述尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统的网络通信模块，一定区域内的若干个智能路灯杆组成一个网络和尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统的网络通信模块连接。
如图6所述，所述尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统由5个模块组成：
网络通信模块，用于获取各智能灯杆子系统传输的不同类型的数据信息；
存储模块，用于存储各智能灯杆子系统的不同类型的状态信息；
显示模块，该显示模块用于显示相关监控界面；
报警模块，包含尾气预警阀值，预警节点，报警规则，报警车辆，报警时间等报警信息；
大数据整合分析处理模块，用于获取网络通信模块传输和存储模块存储的智能灯杆子系统的状态信息，并可将通过网络通信模块实时获取的数据处理并存写存储模块，该大数据整合分析处理模块还对各智能灯杆子系统输出的状态信息进行建模以得到一树状模型，所述尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统为每一节点还包括若干子节点，每级子节点包括若干次子节点，其节点层目不定，当监控界面中一节点的属性信息界面被选择时，该大数据整合分析处理模块在该被选择的节点的监控界面中显示该被选择节点包含的下一层节点的节点属性所对应的属性信息界面，依次每级子节点的信息可以为城市，区域，道路，智能灯杆子系统，及智能灯杆子系统内各设备等如图5所述。
所述大数据整合分析处理模块利用数据传输装置传输的RFID读写装置读取的电子车牌信息，测速装置得到的车辆的速度、加速度等信息和尾气检测装置测得的车辆尾气污染物浓度数据组合并计算成最终的测试结果，解决了本地处理问题，将复杂计算送至尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统处理，因而降低本地处理器计算能力。
所述网络通信模块可传输车辆尾气排放情况，车辆相关行驶，时间，地点，道路状况等数据。
所述报警模块可自由设定尾气预警阀值，当大数据整合分析处理模块发现当前某一节点数据触发超过尾气预警阀值时，依次将该节点及当前时间信息存入预警节点。
所述报警模块可自由设定报警规则，报警规则可为一简单逻辑：相关报警节点内车辆出现报警次数大于一定的值，则将该车辆判定为报警车辆，提高排查问题车辆的精确度。
所述大数据整合分析处理模块具有直接处理报警节点的数据的功能，通过报警规则逻辑找出报警车辆，将报警车辆及报警次数，报警时间等参数写入报警信息，并通过显示模块显示。
本发明解决了多车道尾气监测安装问题，只要有灯杆的地方皆可以安装，采用RFID电子车牌，解决了摄像头识别车牌受环境影响导致不准确问题，尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统二次计算不但降低了本地处理器的计算成本高，也提高了排查问题精确度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的智能灯杆子系统案例示意图。
图3为本发明的反射装置安装剖面结构例示图。
图4为本发明的智能灯杆子系统内部模块功能关系示意图。
图5为本发明的尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统与智能灯网关系示意图。
图6为本发明的尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统模块功能示意图。
图7为本发明的尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统模块功能逻辑图。
具体实施方式
本发明公开的道路车辆尾气排放检测系统，可以用于多车道上检测机动车尾气污染物。
参照图1所述，本系统需要智能灯网及尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统联合工作，实际实施案例在一个4车道（102）两侧安装4个智能灯杆子系统（106、107、108、109），每个智能灯杆子系统负责检测一个车道，在车道上行驶经过的车辆（103）安装RFID车辆识别电子标签，作为优选，该电子标签满足公安部交通管理科学研究所制定的《汽车电子标识通用技术条件》(征求意见稿)标准的RFID车辆识别年检标签(一年更换一次，增加年检功能)，并黏贴在车窗上面。
如图2所述，每个智能灯杆子系统包括汽车尾气检测装置（204）、RFID读写装置（205）、数据传输装置(208)、测速装置(207)、能量装置(209)、反射装置(201)及灯杆载体（206），其中，汽车尾气检测装置,RFID读写装置及测速装置需透露部分面板朝向道路，其内部连接关系如图4所示。
作为优选，灯杆（206）可选带已经接入市电或照明设备；能量装置(209)可选AC/DC电源；测速装置(207)可选带串口/以太网总线形式的雷达固定测速设备；数据传输装置(208)优选带多串口，多以太网总线接入和无线输出如GPRS/3G/4G等传输手段的模块；RFID读写装置（205）优选满足公安部交通管理科学研究所制定的《汽车电子标识读写器通用技术条件》(征求意见稿)标准的超高频RFID读写器，作为优选该设备附带串口/以太网总线；汽车尾气检测装置（204）优选中程IR汽车尾气遥感仪，附带串口/以太网总线；反射装置(201)作为优选，平铺水平地面且略低于路面，本测试装置对车道上正常行驶的车辆影响降低至最低；其中智能灯杆子系统（109），智能灯杆子系统（108）的汽车尾气检测装置（204）及对应反射装置(201)安装形式如图3左图所述，汽车尾气检测装置（204）装在灯杆较高位，对应反射装置(201)使用两片反射镜安装；智能灯杆子系统（106），智能灯杆子系统（107）的汽车尾气检测装置（204）及对应反射装置(201)安装形式如图3右图所述，汽车尾气检测装置（204）装在灯杆较中间位置，对应反射装置(201)使用两片反射镜安装；作为优选待监测汽车(203)已经安装与RFID读写装置（205）同频段RFID电子车牌。
作为优选，能量装置(209)直接通过灯杆已有电源接口接入市电，并通过导线提供电源给测速装置(207)、数据传输装置(208)、RFID读写装置（205）、汽车尾气检测装置（204）。
作为优选，数据传输装置(208)通过串口/以太网接入测速装置(207)，RFID读写装置（205）及汽车尾气检测装置（204）。
作为优选，尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统的灯网关系设置如图5所述；本案例的尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统模块逻辑如图7所述。
作为优选，当已经安装RFID车辆识别年检标签待检测车辆(203)每经过一个智能灯杆子系统时，RFID读写装置（205）会读取该车辆的车辆识别年检年检内的电子车牌信息数据，汽车尾气检测装置（204）会读取当前经过车辆的尾气排放数据，测速装置(207)会读取当前车辆的速度，加速度，车长等信息，并将这些数据内部传输给数据传输装置(208)，数据传输装置(208)传给尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统系统的网络数据传输模块。
作为优选，所述尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统中的网络数据传输模块将数据送至大数据整合分析处理模块，大数据整合分析处理模块将得到数据进行处理计算得到最终的尾气排放数据存入存储模块，并将数据送至报警模块。
作为优选，所述尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统中报警规则为一简单逻辑：相关报警节点内车辆出现报警次数大于一定的值，则将该车辆判定为报警车辆。
作为优选，报警模块将得到的数据与尾气预警阀值比较，看是否超标，不超标直接更新显示模块，如果超标，记录预警次数，并与报警逻辑比较，如果报警逻辑成立，更新显示模块上的报警，如果报警逻辑不成立直接更新报警次数，通过多次预警措施提高判断准确率。
本实施案例针对汽车尾气检测在交通方面的短板，在一定区域内安装所述智能灯杆子系统组成智能灯网系统，所述尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统和所述智能灯网系统组成一套监测网络，组成一个城市空气环保监控与车辆追踪管制整体解决系统。
Claims (8)
1.一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于，包括：
(1) 智能灯杆子系统，智能灯网中的公共道路路灯杆或是园区路灯杆为载体系统，用于安装以下设备装置：
汽车尾气（PM2.5）检测装置，辐射源、辐射探测单元与嵌入式计算单元，用于发射或接收穿过汽车尾气烟羽的光束，及计算尾气成分的功能；
RFID读写装置，捕获经过RFID读写装置范围内的可读RFID车辆识别年检标签信息；
测速装置，测量行驶经过的车辆速度；
数据传输装置，将RFID读写装置、汽车尾气检测装置及测速装置捕获的数据信息与尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统进行数据交互；
能量装置，提供能量给汽车尾气检测装置、RFID读写装置、数据传输装置，测速装置；
反射装置，安装在道路上，每个智能灯杆子系统对应一个反射装置，用于反射汽车尾气检测装置辐射源发射的光束；
RFID车辆识别年检标签，包括有源与无源的车辆RFID电子年检标签，可安装在车辆上；
(2) 尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统：
网络通信模块，用于获取各智能灯杆子系统传输的不同类型的数据信息；
云端存储模块，用于存储各智能灯杆子系统的不同类型的状态信息；
显示模块，该显示模块用于显示相关监控界面；
报警模块，包含尾气预警阀值，报警节点，报警规则，报警车辆，报警信息；
大数据整合分析处理模块，对汽车尾气排放，行车速度等数据进行快速比对分析与判别，用于获取网络通信模块传输和存储模块存储的智能灯杆子系统的状态信息，并可将通过网络通信模块实时获取的数据处理并存写存储模块，该大数据整合分析处理模块还对各智能灯杆子系统输出的状态信息进行建模以得到一树状模型，该树状模型包括一根节点，该根节点包括若子节点，每子节点包括若干设备，每子节点包括一节点属性，每一枝子节点的节点属性包括连接于该枝子节点的所有设备输出的状态信息的集合，每一节点具有对应于该节点的监控界面，该处理装置在根节点的监控界面内显示子节点的节点属性所对应的属性信息界面；此外大数据整合分析处理模块还可以处理报警模块内的报警节点并输出报警信息。
2.如权利要求1所述的一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于：
所述路灯杆可装有普通照明，智能照明，智能交通摄像头等各种子系统的公共道路路灯杆或是园区路的灯杆；
所述汽车尾气检测装置辐射位置及安装可以调整，反射装置能最大程度检测经过车辆尾气排放情况；
所述RFID读写装置，满足公安部交通管理科学研究所制定的《汽车电子标识读写设备通用技术条件》(征求意见稿)标准，可读取RFID车辆识别年检标签；
所述测速装置可以是雷达、微波，或超声波技术，可读取速度与加速度信息；
所述数据传输装置在内部连接RFID读写装置、汽车尾气检测装置及测速装置，并通过有线或无线方式接入至以太网；
所述能量装置可以直接采集灯杆上已有电源并转化后提供能量给汽车尾气检测装置、RFID读写装置、数据传输装置、测速装置；
所述反射装置用于反射对应智能灯杆子系统中的汽车尾气检测装置辐射源发射的光束；
所述RFID车辆识别年检标签，满足公安部交通管理科学研究所制定的《汽车电子标识通用技术条件》(征求意见稿)标准，可被所述RFID读写装置无线读取。
3.如权利要求1所述的一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于，所述大数据整合分析处理模块利用数据传输装置传输的RFID读写装置读取的电子车牌信息，测速装置得到的车辆的速度、加速度等信息和尾气检测装置测得的车辆尾气污染物浓度数据组合并计算成最终的测试结果。
4.如权利要求1所述的一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于，所述大数据整合分析大数据整合分析处理模块的每一节点还包括若干子节点，每级子节点包括若干次子节点，其节点层目不定，当监控界面中一节点的属性信息界面被选择时，该大数据整合分析处理模块在该被选择的节点的监控界面中显示该被选择节点包含的下一层节点的节点属性所对应的属性信息界面，依次每级子节点的信息可以为城市，区域，道路，智能灯杆子系统，及智能灯杆内各设备等。
5.如权利要求1所述的一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于：
所述存储模块存储车辆尾气排放情况，车辆相关行驶，时间，地点，道路状况等实时或历史信息；
所述显示模块可显示车辆尾气排放情况，车辆相关行驶，时间，地点，道路状况等实时或历史信息；
所述网络通信模块可传输车辆尾气排放情况，车辆相关行驶，时间，地点，道路状况等数据；
所述报警模块可自由设定尾气预警阀值，当大数据整合分析处理模块发现当前某一节点数据触发超过尾气预警阀值时，依次将报警智能灯杆子系统节点及当前时间信息存入报警节点。
6.如权利要求1所述的一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于，所述报警模块可自由设定报警规则，报警规则为逻辑关系，并且可以调整。
7.如权利要求1所述的一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于，所述大数据整合分析处理模块具有直接处理报警节点的数据的功能，通过报警规则逻辑找出报警车辆，将报警车辆及报警次数，报警时间等参数写入报警信息，并通过显示模块显示。
8.如权利要求1所述的一种基于智能灯网的车辆尾气排放检测判别系统，其特征在于，所述单个智能灯杆子系统能检测单车道，多个智能灯杆子系统能检测多车道，若干个智能灯杆子系统组成及尾气监测（PM2.5）大数据分析及PM2.5超标判读系统组成一个监测网络。
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