CN106991810B - 一种应用于监测终端的多采样率方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种应用于监测终端的多采样率方法。本发明所基于的装置包括道路监控摄像头、尾气检测传感器、数据存储单元、GPRS无线模块、数据分析中心和主控制器。该发明方法自动调节监测终端传感器采样率，实现了对汽车尾气的多采样率监测。本发明对提高设备测量的准确性、减少设备使用成本以及延长设备使用寿命具有重大的意义。

Description

一种应用于监测终端的多采样率方法

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种应用于汽车尾气监测终端的多采样率方法。

背景技术

随着经济社会的飞速发展，我国汽车保有量越来越多，汽车排放的尾气中的超细颗粒物急剧增加，已成为城市雾霾产生的主要原因。为了实时监测汽车尾气的排放，相继出现了一些针对汽车尾气的监测方法。一般情况下，监测终端的检测部件以恒定的采样频率工作，这样就有一个非常明显的缺陷：当道路上车流量较大、车速较慢时，监测终端的测量容易产生数据冗余的现象；当道路上车流量较小、车速过快时，监测终端的测量容易出现较大的滞后，严重时甚至测量不出汽车尾气的真实参数；而当道路上无车流时，监测终端则会进行无效采样，进而加大设备功耗、加速设备老化、缩短设备使用寿命等。测量结果的准确性是监测设备正常工作的重要指标，而设备的功耗和使用寿命则影响到设备的投入成本。一种应用于汽车尾气监测终端的多采样率方法，实现了汽车尾气监测方法的改进，对提高设备测量结果的准确性、减少设备使用成本以及延长设备使用寿命具有重大的意义。

发明内容

本发明的主要目的是为了提高汽车尾气监测终端测量的准确率、降低监测终端的功耗以及延长设备的使用寿命，提出了一种应用于汽车尾气监测终端的多采样率方法。

该方法所基于的装置包括道路监控摄像头、尾气检测传感器、数据存储单元、GPRS无线模块、数据分析中心和主控制器。具体方案如下：

所述的道路监控摄像头，用支架固定在道路上空，用来检测道路上的车流量Q和车速v。其中，车流量每隔1小时测量一次。道路监控摄像头通过数据接口与主控制器相连，为后面的数据智能分析提供原始数据。

所述的尾气检测传感器通过数据接口与主控制器相连，用于检测汽车尾气数据。

所述的数据存储单元通过数据接口与主控制器相连，用于存储道路监控摄像头采集到的车流量、车速数据以及汽车尾气数据。

所述的GPRS无线模块，用来把数据存储单元中的车流量数据上传至数据分析中心；数据分析中心预测出的车流量低谷期时间段数据也由GPRS模块下传至监测终端。

所述的数据分析中心，用数学统计方法分析车流量数据，预测出车流量低谷期时间段。

所述的主控制器负责调度系统各模块，控制监测终端的休眠与唤醒，自动调节汽车尾气传感器的采样率，实现对汽车尾气的多采样率监测。

该方法具体包括以下步骤：

步骤一：汽车尾气监测终端每隔1km放置于道路一侧，道路监控摄像头用支架固定在道路正上方。道路监控摄像头实时检测车流量和车速，获得的数据存放在数据存储单元。其中，车流量每隔1小时测量一次。监测终端在正常监测模式下，每隔1天，车流量数据Qi(i＝1,2，...，24)通过GPRS无线模块上传至数据分析中心。

步骤二：数据分析中心接收到各监测终端上传的车流量数据后，只保留各监测终端前30天的车流量数据，并采用数学统计方法分析前30天的车流量数据，预测出接下来一天可能出现的车流量低谷期时间段T1、T2、T3、...、Tn。车流量低谷期的阈值取k＝20辆/小时。当某个监测终端Device x(x＝1,2，...，N)所在路段的车流量Q大于或等于阈值k时，数据分析中心认为该监测终端所在道路的车流量在此段时间内不处于低谷期；当监测终端Device x(x＝1,2，...，N)所在路段的车流量Q小于阈值k时，数据分析中心认为该监测终端所在道路的车流量在此段时间内处于低谷期。数据分析中心将预测得到的车流量低谷期时间段T1、T2、T3、...、Tn这些时间数据，通过GPRS无线模块下传至相应的监测终端。

步骤三：监测终端Device x(x＝1,2，...，N)不处于车流量低谷期时间段时，由于车流量较大，监测终端在完成对一辆汽车的尾气监测后，终端系统不会进入休眠状态，而是一直处于正常监测状态。对驶来的每一辆汽车，当汽车进入有效测速区S1时，道路监控摄像头测得该车行驶速度为v，并存储于数据存储单元；当汽车进入尾气有效检测区S2时，监测终端主控制器根据该车速度v自动计算出采样频率f，并以采样频率f对该车尾气进行采样。采样频率f的计算方法如下：汽车尾气传感器有效检测距离记为L，则汽车通过尾气有效检测区域S2的时间t＝L/v。设定汽车尾气传感器对每辆汽车尾气的采样次数为n，则相应的采样频率f＝n/t，f＝n·v/L。采样获得的尾气数据存放在数据存储单元。

步骤四：监测终端Device x(x＝1,2，...，N)处于车流量低谷期时间段时，启动低功耗模式。低功耗模式下，监测终端每完成对一辆汽车的尾气监测后，立即进入休眠状态。监测终端处于休眠状态时，只有道路监控摄像头保留检测车流量这一功能，其余各功能模块全部停止工作。当该监测终端的道路监控摄像头检测到有车经过时，立即唤醒该监测终端，监测终端Device x的所有功能模块切换到正常监测模式。在完成对该汽车尾气的测量后，再次进入休眠状态。

本发明将会产生如下效益：

一种应用于汽车尾气监测终端的多采样率方法，实现了汽车尾气监测方法的改进，既消除了汽车车速较慢时监测终端测量产生的数据冗余现象，又克服了汽车车速较快时监测终端测量产生的数据滞后现象。监测终端的低功耗模式，降低了设备的功耗，继而减少了设备使用成本、延长了设备使用寿命。该方法对汽车尾气参数测量准确性的提高和监测终端使用寿命的延长具有重大的意义。

附图说明

以下内容是对本发明技术方案中所用到的附图的简单说明：

图1为本发明的监测终端的布局示意图；

图2为本发明的监测终端的监测区域示意图；

图3为本发明的监测终端的各模块连接示意图；

图4为本发明的监测终端与数据分析中心的数据传输示意图；

图5为本发明的监测终端实现多采样率的流程图；

具体实施方式

现在结合附图对本发明的技术方案做详细具体的说明。

如图1所示，汽车尾气监测终端Device 1、Device 2...Device N每隔1km放置于道路一侧。

如图2所示，道路监控摄像头用支架固定在道路正上方。下面仅以一个车道的监测为例做详细说明：道路监控摄像头前方S1区域为有效测速区域，汽车在S1区域内道路监控摄像头测得该车的车速v；道路监控摄像头背面S2区域为汽车尾气传感器的有效检测区域，汽车在S2区域内监测终端用计算得到的采样频率f对汽车尾气进行采样。

如图3所示，每个监测终端包括道路监控摄像头、数据存储单元、GPRS无线模块以及主控制器。道路监控摄像头通过数据接口与主控制器相连，为后来的数据分析提供原始数据。数据存储单元通过数据接口与主控制器相连，用于存储道路监控摄像头采集到的车流量Q和车速v这两类数据。GPRS无线模块，用来把数据存储单元中的车流量数据上传至数据分析中心；数据分析中心预测出的车流量低谷期时间段数据也由GPRS模块下传至监测终端。

如图4所示，汽车尾气监测终端Device 1、Device 2...Device N与数据分析中心通过GPRS无线模块相互进行数据传输。

如图5所示：以一个监测终端为例，正常监测模式下，监测终端Device 1的道路监控摄像头每隔1小时获取一次车流量数据Qi。每隔1天，车流量数据Qi(i＝1,2，...，24)通过GPRS无线模块上传至数据分析中心。数据分析中心接收到监测终端Device 1上传的车流量数据后，采用数学统计方法分析前30天的流量数据，预测出接下来一天可能出现的车流量低谷期时间段T1、T2、T3、...、Tn。车流量低谷期的阈值取k＝20辆/小时。当某个监测终端Device 1所在路段的车流量Q大于或等于阈值k时，数据分析中心认为该监测终端所在道路的车流量在此段时间内不处于低谷期；当监测终端Device 1所在路段的车流量Q小于阈值k时，数据分析中心认为该监测终端所在道路的车流量在此段时间内处于低谷期。数据分析中心将预测得到的车流量低谷期时间段T1、T2、T3、...、Tn这些时间数据通过GPRS无线模块下传至监测终端Device 1。

当监测终端Device 1不处于车流量低谷期时间段时，由于车流量较大，监测终端在完成对一辆汽车的尾气监测后，终端系统不会进入休眠状态，而是等待测量下一辆汽车。对驶来的每一辆汽车，当汽车进入监测终端Device 1的有效测速区S1时，道路监控摄像头测得该车行驶速度为v，并存储于数据存储单元；当汽车进入监测终端Device 1的尾气有效检测区S2时，监测终端Device 1的主控制器根据该车速度v自动计算出采样频率f，并以采样频率f对该车尾气进行采样。

采样频率f的计算方法如下：汽车尾气传感器有效检测距离设定为L＝1m，假定该汽车车速v＝50km/h，则该汽车通过尾气有效检测区域的时间t＝L/v＝0.72s。设定汽车尾气传感器对每辆汽车尾气的采样次数n＝1000次，则相应的采样频率f＝n/t，f＝13.89KHz。

当监测终端Device 1处于车流量低谷期时间段(比如凌晨两点至凌晨三点)时，监测终端Device 1启动低功耗模式。低功耗模式下，监测终端Device 1每完成对一辆汽车的尾气监测后，立即进入休眠状态。休眠状态下，只有道路监控摄像头保留检测车流量这一功能，其余各功能模块全部停止工作。当监测终端Device 1的道路监控摄像头检测到有车经过时，监测终端Device 1被唤醒，它的所有功能模块切换到正常监测模式。在完成对该汽车尾气的测量后，再次进入休眠状态。

Claims (1)

1.一种应用于监测终端的多采样率方法，其特征在于：该方法所基于的系统包括道路监控摄像头、尾气检测传感器、数据存储单元、GPRS无线模块、数据分析中心和主控制器；具体方案如下：

所述的道路监控摄像头，用支架固定在道路上空，用来检测道路上的车流量Q和车速v；其中，车流量每隔1小时测量一次；道路监控摄像头通过数据接口与主控制器相连，为后面的数据智能分析提供原始数据；

所述的尾气检测传感器通过数据接口与主控制器相连，用于检测汽车尾气数据；

所述的数据存储单元通过数据接口与主控制器相连，用于存储汽车尾气数据、道路监控摄像头采集到的车流量、车速数据；

所述的GPRS无线模块，用来把数据存储单元中的车流量数据上传至数据分析中心；数据分析中心预测出的车流量低谷期时间段数据也由GPRS模块下传至监测终端；

所述的数据分析中心，用数学统计方法分析车流量数据，预测出车流量低谷期时间段；

所述的主控制器负责调度系统各模块，控制监测终端的休眠与唤醒，自动调节汽车尾气传感器的采样率，实现对汽车尾气的多采样率监测；

该方法具体包括以下步骤：

步骤一：汽车尾气监测终端每隔1km放置于道路一侧，道路监控摄像头用支架固定在道路正上方；道路监控摄像头实时检测车流量和车速，获得的数据存放在数据存储单元；其中，车流量每隔1小时测量一次；监测终端在正常监测模式下，每隔1天，车流量数据Qi,i＝1,2，...，24,通过GPRS无线模块上传至数据分析中心；

步骤二：数据分析中心接收到各监测终端上传的车流量数据后，只保留各监测终端前30天的车流量数据，并采用数学统计方法分析前30天的车流量数据，预测出接下来一天可能出现的车流量低谷期时间段T1、T2、T3、...、Tn；车流量低谷期的阈值取k＝20辆/小时；当某个监测终端Device x,x＝1,2，...，N,所在路段的车流量Q大于或等于阈值k时，数据分析中心认为该监测终端所在道路的车流量在此段时间内不处于低谷期；当监测终端Devicex,x＝1,2，...，N,所在路段的车流量Q小于阈值k时，数据分析中心认为该监测终端所在道路的车流量在此段时间内处于低谷期；数据分析中心将预测得到的车流量低谷期时间段T1、T2、T3、...、Tn这些时间数据，通过GPRS无线模块下传至相应的监测终端；

步骤三：监测终端Device x,x＝1,2，...，N,不处于车流量低谷期时间段时，由于车流量较大，监测终端在完成对一辆汽车的尾气监测后，监测终端不会进入休眠状态，而是一直处于正常监测状态；对驶来的每一辆汽车，当汽车进入有效测速区S1时，道路监控摄像头测得该车行驶速度为v，并存储于数据存储单元；当汽车进入尾气有效检测区S2时，监测终端主控制器根据该车速度v自动计算出采样频率f，并以采样频率f对该车尾气进行采样；采样频率f的计算方法如下：汽车尾气传感器有效检测距离记为L，则汽车通过尾气有效检测区域S2的时间t＝L/v；设定汽车尾气传感器对每辆汽车尾气的采样次数为n，则相应的采样频率f＝n/t，f＝n·v/L；采样获得的尾气数据存放在数据存储单元；

步骤四：监测终端Device x,x＝1,2，...，N,处于车流量低谷期时间段时，启动低功耗模式；低功耗模式下，监测终端每完成对一辆汽车的尾气监测后，立即进入休眠状态；监测终端处于休眠状态时，只有道路监控摄像头保留检测车流量这一功能，其余各功能模块全部停止工作；当该监测终端的道路监控摄像头检测到有车经过时，立即唤醒该监测终端，监测终端Device x的所有功能模块切换到正常监测模式；在完成对该汽车尾气的测量后，再次进入休眠状态。