CN107014727A - 一种大气颗粒物浓度数据监管平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大气颗粒物浓度数据监管平台，由移动颗粒物采集节点1、云平台2、管理员3和大众用户4组成。移动颗粒物采集节点1定时将颗粒物浓度数据（PM2.5，PM10）、地理位置数据和故障信息上传至云平台2；大众用户4通过移动终端等实时查看关注区域的颗粒物浓度数据；云平台2向管理员3发送节点位置及故障信息；管理员3通过云平台2向移动颗粒物采集节点1发送命令进行节点远程控制。本发明具有采集节点可移动且成本低，数据采集及管理实效性高，数据可共享等优点，可作为大型颗粒物监测站点的有效补充。
Description
技术领域
本发明涉及一种大气颗粒物浓度数据监管平台，特别是一种能实时查询各节点大气颗粒物浓度数据的在线监管平台。
背景技术
社会经济的快速发展，使城市化进程加快，工业污染源增加，特别是近年来各地持续出现大范围雾霾天气，致使空气质量严重下降，可吸入颗粒物浓度急剧上升，大气颗粒物已成为我国首要大气污染物。《环境空气质量标准》（GB3095-2012）增设了细颗粒物（PM2.5）监测指标、规定每日至少有20小时的平均浓度或采样时间；并且收严了监测数据统计的有效性规定，将有效数据要求由50%~75%提高至75%~90%；而且调整了环境空气质量功能区分类方案，将现行标准中的三类区(特定工业区)并入二类区。
对于大气颗粒物监测，我国目前建成了由大型监测站点构成的大气颗粒物监测网络，但所辖几百平方公里范围仅一个或几个监测点位，存在监测数据不全面等问题。城市规模的扩大和功能分区的变化，急需调整和增加监测点位，而新建监测站点周期较长、成本昂贵；虽然目前自动监测设备已经大大提高了监测过程自动化，但还有大量的数据监测仍然采人工取样监测的方式，只能监测到某段时间内大气颗粒物的平均浓度，不能提供实时的监测数据，缺乏系统、有效的数据来源；公众从网络获取到的颗粒物浓度数据也并非实时数据，因此在急需增设自动监测点位的同时延长数据采集时间、提高数据采集的时效性。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供了一种大气颗粒物浓度数据监管平台，可作为大型监测站点的有效补充，公众可通过PC机或移动终端实时查看数据采集点位的大气颗粒物浓度数据。本发明是这样实现的：
一种大气颗粒物浓度数据监管平台由移动颗粒物采集节点1、云平台2、管理员3和大众用户4组成。
所述移动颗粒物采集节点1部署于数据采集点位，定时将采集到的颗粒物浓度数据（PM2.5，PM10）、地理位置数据（经纬度坐标）和节点故障信息发送至云平台2；所述地理位置数据（经纬度坐标）需根据污染源性质（固定或移动）通过系统设置其采集和发送时间间隔；所述节点故障信息在采集节点正常工作时不发送。
所述云平台2保存所有数据采集点位的颗粒物浓度数据，可用于污染分析、评价、预测等的研究；所述管理员3可通过云平台2向移动颗粒物采集节点1发送系统设置命令，如数据采集控制和节点工作模式等；所述管理员3也可在移动颗粒物采集节点1上进行本地系统设置；所述大众用户4可通过移动终端、PC机浏览器实时查看并获取关注区域的颗粒物浓度数据。
所述移动颗粒物采集节点1由嵌入式微控制器101、颗粒物传感器102、GPS模块103、SD卡104、LED指示灯105、EEPROM存储器106、SRAM107、显示屏108、按键开关109、实时时钟芯片110、串口转4G通讯模块111构成。
所述嵌入式微控制器101用于定时采集颗粒物浓度数据、地理位置数据，并处理、分析后通过串口转发给串口转4G通讯模块111。
所述颗粒物传感器102具有标定和校准过程，具体步骤如下：
（1）将颗粒物传感器放入颗粒物检定箱，改变箱内的颗粒物浓度，同时记录颗粒物传感器102的输出值和对应标准颗粒物传感器的输出值，从而得到一个颗粒物传感器102的标定表。
（2）如果颗粒物传感器的实际输出值在标准输入值和之间，即 [,],这时用和作为节点，做的分段线程插值函数，如下：
。
（3）标定后，每隔一年采用两点法校准颗粒物传感器102，以修正测量值。
所述GPS模块103用于获取监测点位的地理位置信息。
所述SD卡104用来记录系统运行过程，包括开机和关机时间、采集数据、系统操作日志、接收到的管理员命令信息等。系统产生故障时，通过电脑辅助排查引发故障的原因。
所述嵌入式微控制器101采用FATFS文件系统读写所述SD卡104。
所述LED指示灯105用于显示移动颗粒物采集节点1的工作状态，正常数据采集时LED指示灯105点亮，节点出现故障时LED指示灯105闪烁，并由嵌入式微控制器101将故障信息上传云平台2，云平台2向管理员3发送节点位置及故障信息。
所述EEPROM存储器106存储从串口转4G通讯模块111接收到的命令的解析结果。
所述SRAM107用来缓存转换数据，然后经过滤波处理和线性插值计算后得到最终颗粒物浓度数据。
所述显示屏108用于显示采集节点的系统设置信息、系统状态信息、故障调试信息和颗粒物浓度信息。
所述系统状态信息包括系统工作状态、串口转4G通讯模块111和GPS模块103的信号强度。
所述按键开关109用于人机交互、电源开启和关闭。
所述实时时钟芯片110用于获取数据采集时间。
所述串口转4G通讯模块111采用串口到网络的双向数据透明传输。
本发明的有益效果是：（1）数据采集节点成本低，节点位置可以灵活部署和调整，尤其适用于地理位置复杂，不易布线的区域，可作为大型颗粒物监测站点的有效补充，也可用于移动污染源监测；（2）采集数据实时上传至云平台，减少数据上报统计的人为因素耗时，提高了数据采集的实效性，公众可通过移动终端或PC机浏览器实时查看并获取身边及关注区域的颗粒物污染状况，实现了各采集节点数据的实时共享；（3）云平台保存历史数据和实时数据，方便污染动态跟踪和预警预报，管理员也可远程获取采集节点故障信息并进行节点系统设置和节点管理，提高了工作效率，节省了大量人力和物力资源。
附图说明
图1：本发明的结构框图；
图2：本发明的移动颗粒物采集节点结构图。
根据图1，一种大气颗粒物浓度数据监管平台,包括如下步骤。
（1）在各数据采集点位（如幼儿园、养老院等）安装移动颗粒物采集节点1，移动颗粒物采集节点1定时将采集到的颗粒物浓度数据（PM2.5，PM10等）、地理位置数据（经纬度坐标）和系统状态信息发送至云平台2，其中地理位置数据需根据污染源性质（固定或移动）通过系统设置其采集和发送时间间隔。
（2）当移动颗粒物采集节点1出现故障时，LED指示灯105闪烁，同时将故障信息上传云平台2，云平台2向管理员3发送节点位置及故障信息，管理员3通知维修人员调试维修。
（3）管理员3通过云平台2向管辖范围的移动颗粒物采集节点1发送系统设置命令。
（4）云平台2实时收集各数据采集点位的颗粒物浓度数据并保存历史数据，用于污染跟踪、分析和预报预警。
（5）大众用户4通过移动客户端、PC机浏览器实时查看身边及关注区域的颗粒物浓度数据。
根据图2，移动颗粒物采集节点1的工作流程如下。
（1）数据采集定时周期（如5min）到，唤醒系统休眠状态，触发嵌入式微控制器101采集颗粒物浓度数据。
（2）采集一段时间（如1min）后，将采集数据存储至SRAM107，进行数据滤波处理，然后进行线性插值计算得到颗粒物浓度数据，同时获取地理坐标和系统状态自检信息。
（3）SD卡104保存并记录系统运行过程，例如开机和关机时间、采集数据、系统操作日志、接收管理员命令的信息等，SD卡只保存近六个月的采集节点运行过程数据，历史数据自动删除。
（4）嵌入式微控制器101通过串口将处理后的数据通过串口转4G通讯模块111上传至云平台2，结束后进入休眠状态并等待被唤醒。
（5）显示屏108显示当前颗粒物浓度数据、串口转4G通讯模块111和GPS模块103的信号强度。
（6）当移动颗粒物采集节点1接收到串口转4G通讯模块111命令时，解析指令并存入EEPROM106。
（7）维修人员通过按键开关109和显示屏108进行系统设置和故障调试。
（8）遇到一般系统故障时，系统可通过STM32自带的看门狗自动重启。
Claims (3)
1.一种大气颗粒物浓度数据监管平台由移动颗粒物采集节点（1）、云平台（2）、管理员（3）和大众用户（4）组成；
所述移动颗粒物采集节点（1）定时将采集到的颗粒物浓度数据（PM2.5，PM10）、地理位置数据（经纬度坐标）和节点故障信息发送至云平台（2）；所述地理位置数据（经纬度坐标）需根据污染源性质（固定或移动）通过系统设置其采集和发送时间间隔；所述节点故障信息在采集节点正常工作时不发送；
所述云平台（2）向管理员（3）发送节点位置及故障信息；
所述管理员（3）通过云平台（2）向移动颗粒物采集节点（1）发送系统设置命令；所述管理员（3）也可在移动颗粒物采集节点(1)上进行本地系统设置；
所述大众用户（4）可通过移动终端、PC机浏览器实时查看并获取关注区域的颗粒物浓度数据；
所述移动颗粒物采集节点（1）由嵌入式微控制器（101）、颗粒物传感器（102）、GPS模块（103）、SD卡（104）、LED指示灯（105）、EEPROM存储器（106）、SRAM（107）、显示屏（108）、按键开关（109）、实时时钟芯片（110）、串口转4G通讯模块（111）构成；
所述嵌入式微控制器（101）用于定时采集颗粒物浓度数据、地理位置数据，并处理、分析后通过串口转发给串口转4G通讯模块（111）；
所述GPS模块（103）用于获取监测点位的地理位置信息；
所述SD卡（104）用来记录系统运行过程，包括开机和关机时间、采集数据、系统操作日志、接收到的管理员命令信息等,系统产生故障时，通过电脑辅助排查引发故障的原因;
所述嵌入式微控制器（101）采用FATFS文件系统读写所述SD卡（104）；
所述LED指示灯（105）用于显示移动颗粒物采集节点1的工作状态，正常数据采集时LED指示灯（105）点亮，节点出现故障时LED指示灯（105）闪烁，并由嵌入式微控制器（101）将故障信息上传云平台（2），云平台（2）向管理员（3）发送节点位置及故障信息；
所述EEPROM存储器（106）存储从串口转4G通讯模块（111）接收到的命令的解析结果；
所述SRAM（107）用来缓存转换数据；
所述显示屏（108）用于显示采集节点的系统设置信息、系统状态信息、故障调试信息和颗粒物浓度信息；
所述系统状态信息包括系统工作状态、串口转4G通讯模块（111）和GPS模块（103）的信号强度；
所述按键开关（109）用于人机交互、电源开启和关闭；
所述实时时钟芯片（110）用于获取数据采集时间；
所述串口转4G通讯模块（111）采用串口到网络的双向数据透明传输。
2.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物浓度数据监管平台，其特征在于所述所述颗粒物传感器（102）具有标定和校准过程，具体步骤如下：
（1）将颗粒物传感器放入颗粒物检定箱，改变箱内的颗粒物浓度，同时记录颗粒物传感器（102）的输出值和对应标准颗粒物传感器的输出值，从而得到一个颗粒物传感器（102）的标定表；
（2）如果颗粒物传感器的实际输出值在标准输入值和之间，即 [,],这时用和作为节点，做的分段线程插值函数，如下：
（3）标定后，每隔一年采用两点法校准颗粒物传感器（102），以修正测量值。
3.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物浓度数据监管平台，其特征在于所述移动颗粒物采集节点1的工作流程如下：
（1）数据采集定时周期（如5min）到，唤醒系统休眠状态，触发嵌入式微控制器101采集颗粒物浓度数据；
（2）采集一段时间（如1min）后，将采集数据存储至SRAM107，进行数据滤波处理，然后进行线性插值计算得到颗粒物浓度数据，同时获取地理坐标和系统状态自检信息；
（3）SD卡104保存并记录系统运行过程数据，SD卡只保存近六个月的采集节点运行过程数据，历史数据自动删除；
（4）嵌入式微控制器101通过串口将处理后的数据通过串口转4G通讯模块111上传至云平台2，结束后进入休眠状态并等待被唤醒；
（5）当移动颗粒物采集节点1接收到串口转4G通讯模块111命令时，解析指令并存入EEPROM106；
（6）维修人员通过按键开关109和显示屏108进行系统设置和故障调试；
（7）遇到一般系统故障时，系统可通过STM32自带的看门狗自动重启。
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