CN107454172A - 基于物联网的环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于物联网的环境监测系统，包括云端服务平台、数据传输系统、采集终端和Web浏览器终端；采集终端将采集各类环境数据上传至数据传输系统；数据传输系统用于将采集终端上传的各类数据汇总成监测数据，并将监测数据通过互联网上传至云端服务平台；云端服务平台用于接收并保存数据传输系统上传的监测数据；Web浏览器终端用于通过互联网访问云端服务平台，查看采集终端采集的监测数据。本发明通过上传采集终端自身的工作状和环境监测数据，使得用户能及时发现设备存在的问题，有利于判断数据的正确性以及系统的维护。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，更为具体地，涉及一种基于物联网的环境监测系统。
背景技术
由于人类不断的向环境排放污染物质，且人们对工业高度发达的负面影响预料不够，预防不利，导致全球发生三大危机：资源短缺、环境污染和生态破坏。通过大气、水、土壤等的扩散、稀释、氧化还原、生物降解等作用，可以自然降低污染物质的浓度和毒性，这种现象叫做环境自净。但是，如果向环境排放的污染物质超过了环境的自净能力，环境质量就会发生不良变化，危害人类健康和生存，造成环境的污染。在当今物联网技术大发展的趋势下，随着环境监测监控新途径、新方法和新技术的发展，环境监测监控系统建设已经成为下一步环境监控的重要手段，把符合“物物相连”等要求的数据采集终端设备纳入环境监测监测与控制系统。但现有技术中，存在多种类型环境要素接入时系统无法满足、传输方式单一、数据采集可靠性低的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于物联网的环境监测系统，以解决上述背景技术所提出的问题。
本发明提供的基于物联网的环境监测系统，包括：云端服务平台、数据传输系统、采集终端和Web浏览器终端；其中，采集终端包括废气连续在线监测仪、锅炉运行负荷采集装置、废水在线监测仪、空气污染物检测仪和温湿度检测仪；废气连续在线监测仪用于采集自身的工作状态和废气污染物数据，并传至数据传输系统；锅炉运行负荷采集装置用于采集锅炉的负荷数据，并传至数据传输系统；废水在线监测仪用于采集自身的工作状态和废水污染物数据，并上传至数据传输系统；空气污染物检测仪用于采集自身的工作状态和室内空气污染物数据，并上传至数据传输系统；温湿度检测仪用于采集室内温湿度数据，并上传至数据传输系统；数据传输系统用于将采集终端上传的各类数据汇总成监测数据，并将监测数据通过互联网上传至云端服务平台；云端服务平台用于接收并保存数据传输系统上传的监测数据；Web浏览器终端用于通过互联网访问云端服务平台，查看采集终端采集的监测数据。
此外，优选地方案是，废气连续在线监测仪包括气体传感器，锅炉运行负荷采集装置包括负荷传感器，废水在线监测仪包括水质传感器，空气污染物检测仪包括光电传感器，温湿度检测仪包括温湿度传感器；气体传感器、负荷传感器、水质传感器、光电传感器与温湿度传感器分别将各自采集的数据通过多跳的方式发送至传感器网关，传感器网关通过无线通信的方式将各类数据上传至数据传输系统。
另外，优选地方案是，空气污染物检测仪包括比色装置，比色装置包括壳体和比色瓶，在壳体上设置有发光二极管和光电传感器，在壳体内安装有比色池，在比色池的顶部开设有入口，在入口处设置有卡口，在比色瓶的顶部设置有定位器，定位器包括与卡口配合的卡头，比色瓶通过定位器固定安装在比色池内。
此外，优选地结构是，云端服务平台包括：Web 服务器、隔离区、核心服务层、数据库群；Web服务器与隔离区相连，隔离区与核心服务层相连，核心服务层与数据库相连；其中，数据库群包括：集中式用户账户数据库、共享数据库、和集中式用户元数据数据库，集中式用户账户数据库用于存储每个用户的账户信息；集中式用户元数据数据库用于存储描述用户的账户信息含义和属性的数据；共享数据库用于存储所有与用户之间的共有数据；Web服务器包括：环境检测人机交互Web渲染模块和环境检测人机交互自定义Web服务模块，环境检测人机交互自定义Web服务模块用于根据不同的用户自定义人机交互界面；环境检测人机交互Web渲染模块用于实时刷新显示自定义的人机交互界面；核心服务层包括：安全服务模块、用户编号核心模块、元数据服务模块，安全服务模块用于对用户进行账户验证、数据格式校验和非法调用监测；用户编号核心模块用于对用户的编号进行管理；元数据服务模块用于对核心服务层的数据进行描述和记载；隔离区包括：网络安全保障模块和网络服务载荷均衡模块，网络安全保障模块用于对网络攻击进行防护；网络服务载荷均衡模块用于根据每个Web服务器的访问量，平均分配用户。
再者，优选地结构是，Web浏览器终端为能够通过Web浏览器接入互联网的实体设备。
利用上述本发明的基于物联网的环境监测系统，通过云端服务平台、数据传输系统、采集终端和Web浏览器终端四部分合作形成从信息采集、传输、处理和终端显示的一站式服务，从而提高环境监测数据在空间和时间上的连续性，降低数据监测人力物力成本，并且能够对环境监测数据进行智能分析和决策，最终提供准确客观的数据。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的基于物联网的环境监测系统的逻辑结构示意图；
图2为根据本发明实施例的比色装置的结构示意图。
其中的附图标记包括：云端服务平台1、数据传输系统2、采集终端3、废气连续在线监测仪3-1、锅炉运行负荷采集装置3-2、废水在线监测仪3-3、空气污染物检测仪3-4、温湿度检测仪3-5、Web浏览器终端4、路由转发装置5、壳体3-4-1、二极管安装孔3-4-2、传感器安装孔3-4-3、比色池3-4-4、卡口3-4-5。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
图1示出了根据本发明实施例的基于物联网的环境监测系统的逻辑结构。
如图1所示，本发明实施例提供的基于物联网的环境监测系统包括：云端服务平台1、数据传输系统2、采集终端3和Web浏览器终端4；其中，采集终端3包括废气连续在线监测仪3-1、锅炉运行负荷采集装置3-2、废水在线监测仪3-3、空气污染物检测仪3-4和温湿度检测仪3-5；废气连续在线监测仪3-1用于采集如氧化碳COx、氧化硫SOx等污染物的数据以及自身的工作状态并上传至数据传输系统2；锅炉运行负荷采集装置3-2用于采集锅炉负荷数据，并传至数据传输系统2；废水在线监测仪3-3用于采集废水BOD（Biochemical OxygenDemand）、COD（Chemical Oxygen Demand）、氮磷等指标的数据以及自身的工作状态并上传至数据传输系统2；空气污染物检测仪3-4用于采集自身的工作状态和室内甲醛、苯系物、氨、TVOC等空气污染物数据，并上传至数据传输系统2；温湿度检测仪用于采集室内温湿度数据，并上传至数据传输系统2；数据传输系统2将采集终端3上传的各类数据汇总成监测数据，并将监测数据通过互联网上传至云端服务平台1；云端服务平台接收并保存数据传输系统2上传的监测数据；Web浏览器终端4用于通过互联网访问云端服务平台1，查看采集终端3采集的监测数据，Web浏览器终端4通过路由转发装置5连接互联网，以访问云端服务平台1，路由转发装置5相当于网关。
废气连续在线监测仪3-1包括气体传感器，锅炉运行负荷采集装置3-2包括负荷传感器，废水在线监测仪3-3包括水质传感器，空气污染物检测仪3-4包括光电传感器，温湿度检测仪4-5包括温湿度传感器；气体传感器、负荷传感器、水质传感器、光电传感器与温湿度传感器分别将各自采集的数据通过多跳的方式发送至传感器网关，传感器网关通过无线通信的方式将各类数据上传至数据传输系统2。
如图2所示，空气污染物检测仪3-4还包括比色装置，比色装置包括壳体3-4-1和比色瓶，在壳体3-4-1上开设有二极管安装孔3-4-2和传感器安装孔3-4-3，二极管安装孔3-4-2用于安装发光二极管，传感器安装孔3-4-3用于安装光电传感器，在壳体3-4-1内安装有比色池3-4-4，在比色池3-4-4的顶部开设有入口，在入口处设置有卡口3-4-5，在比色瓶的顶部设置有定位器，定位器包括与卡口3-4-5配合的卡头，比色瓶通过定位器固定安装在比色池3-4-4内。由于采用光电传感器，不需单色光源即可对比色瓶进行检测，与试纸条比色法相比，减小了误差。空气污染物检测仪3-4可以简便、快速、现场检测室内污染物甲醛、苯系物、氨、TVOC 的含量。
数据传输系统2和云端服务器平台1通过无线通信技术构建的远距离通信网络相连接，从而实现数据传输系统2和云端服务器平台1的通信链路。
本发明中的云端服务器平台1基于SaaS 架构，具体地，云端服务平台包括：Web 服务器、隔离区、核心服务层和数据库群；Web服务器与隔离区相连，隔离区与核心服务层相连，核心服务层与数据库相连；其中，数据库群包括：集中式用户账户数据库、共享数据库、和集中式用户元数据数据库，集中式用户账户数据库用于存储每个用户的账户信息；集中式用户元数据数据库用于存储描述用户的账户信息含义和属性的数据；共享数据库用于存储所有与用户之间的共有数据。
Web 服务器包括：环境检测人机交互Web渲染模块和环境检测人机交互自定义Web服务模块，环境检测人机交互自定义Web服务模块用于根据不同的用户自定义人机交互界面，该人机交互界面作为基于物联网的环境监测系统的人机交互界面，供用户操作，自定义的人机交互界面包括功能组合的自定义和UI界面风格的自定义；环境检测人机交互Web渲染模块用于实时刷新显示新组合的功能和UI界面。
核心服务层包括：安全服务模块、用户编号核心模块、元数据服务模块，安全服务模块用于对用户进行账户验证、数据格式校验和非法调用监测；用户编号核心模块用于对用户的编号进行管理，管理包括创建、分配、删除、查找编号等等操作；元数据服务模块用于对核心服务层的数据进行描述和记载。
隔离区包括：网络安全保障模块和网络服务载荷均衡模块，网络安全保障模块用于对常规的网络攻击进行防护，网络安全保障模块起到网络防火墙的作用；网络服务载荷均衡模块用于根据每个Web服务器的访问量，平均分配用户，在Web服务器并发访问量较大的时候，可以引导不同的用户访问不同的Web服务器，防止同时多个用户访问同一个Web服务器导致出现网络瘫痪和宕机的问题。
隔离区和核心层相连进行交互，具体地，隔离区通过调用核心层提供的API接口函数，进行逻辑功能的实现和数据的交互。
核心层和数据库相连进行交互，具体地核心层直接通过MySQL语句和数据库进行交互，包括数据库的读取、写入和更新等常规操作。
Web 服务器、隔离区、核心服务层和数据库群之间的整体交互流程为：
第一步：用户首先访问的Web服务器，基于物联网的环境监测系统读取环境检测人机交互自定义Web服务模块的配置参数，通过环境检测人机交互Web渲染模块的渲染，显示自定义的人机交互界面。
第二步：用户对基于物联网的环境监测系统进行功能操作和相关数据的请求，该请求会发送到隔离区的网络安全保障模块进行安全评估，如果不是网络攻击而是合法请求，则通过网络服务载荷均衡模块将该请求分发到一台负载较小的Web服务器。
第三步：请求进入到核心服务层，安全服务模块通过校验函数名称和参数等信息，通过调取核心服务层的API函数；通过读取租户编号的核心模块获取到该请求所在的数据库地址，通过地址访问集中式租户账户数据库或者共享数据库获取数据，并显示到用户的人机交互界面中。
Web 浏览器终端4为能够通过Web 浏览器接入互联网的实体设备，例如：手机、平板电脑等等。
本发明的工作流程为：在采集数据时，采集终端通过各类传感器采集各种废水、废气等环境数据，并通过多跳的方式发送到传感器网关，之后传感器网关通过无线通信的方式将各种环境数据传至云端服务平台，云端服务平台将这些数据收集并存储至数据库；在用户查看历史或实时数据时，用户通过Web终端向云端服务平台发出环境监测指令，云端服务平台识别用户，在用户通过识别后，从数据库中提取环境数据，同时经过架设在云端服务平台上的各种应用程序处理进而反馈给各用户。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于物联网的环境监测系统，其特征在于，包括：云端服务平台、数据传输系统、采集终端和Web浏览器终端；其中，
所述采集终端包括废气连续在线监测仪、锅炉运行负荷采集装置、废水在线监测仪、空气污染物检测仪和温湿度检测仪；所述废气连续在线监测仪用于采集自身的工作状态和废气污染物数据，并传至所述数据传输系统；所述锅炉运行负荷采集装置用于采集锅炉的负荷数据，并传至所述数据传输系统；所述废水在线监测仪用于采集自身的工作状态和废水污染物数据，并上传至所述数据传输系统；所述空气污染物检测仪用于采集自身的工作状态和室内空气污染物数据，并上传至所述数据传输系统；所述温湿度检测仪用于采集室内温湿度数据，并上传至所述数据传输系统；
所述数据传输系统用于将所述采集终端上传的各类数据汇总成监测数据，并将所述监测数据通过互联网上传至所述云端服务平台；
所述云端服务平台用于接收并保存所述数据传输系统上传的监测数据；
所述Web浏览器终端用于通过互联网访问所述云端服务平台，查看所述采集终端采集的监测数据。
2.如权利要求1所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述废气连续在线监测仪包括气体传感器，所述锅炉运行负荷采集装置包括负荷传感器，所述废水在线监测仪包括水质传感器，所述空气污染物检测仪包括光电传感器，所述温湿度检测仪包括温湿度传感器；所述气体传感器、所述负荷传感器、所述水质传感器、所述光电传感器与所述温湿度传感器分别将各自采集的数据通过多跳的方式发送至传感器网关，所述传感器网关通过无线通信的方式将各类数据上传至所述数据传输系统。
3.如权利要求1所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述空气污染物检测仪包括比色装置，所述比色装置包括壳体和比色瓶，在所述壳体上设置有发光二极管和光电传感器，在所述壳体内安装有比色池，在所述比色池的顶部开设有入口，在所述入口处设置有卡口，在所述比色瓶的顶部设置有定位器，所述定位器包括与所述卡口配合的卡头，所述比色瓶通过所述定位器固定安装在所述比色池内。
4.如权利要求1所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述云端服务平台包括：Web 服务器、隔离区、核心服务层和数据库群，所述Web 服务器与所述隔离区相连，所述隔离区与所述核心服务层相连，所述核心服务层与所述数据库相连；其中，
所述数据库群包括：集中式用户账户数据库、共享数据库、和集中式用户元数据数据库，所述集中式用户账户数据库用于存储每个用户的账户信息；所述集中式用户元数据数据库用于存储描述用户的账户信息含义和属性的数据；所述共享数据库用于存储所有与用户之间的共有数据；
所述Web 服务器包括：环境检测人机交互Web 渲染模块和环境检测人机交互自定义Web 服务模块，所述环境检测人机交互自定义Web 服务模块用于根据不同的用户自定义人机交互界面；所述环境检测人机交互Web 渲染模块用于实时刷新显示自定义的人机交互界面；
所述核心服务层包括：安全服务模块、用户编号核心模块、元数据服务模块，所述安全服务模块用于对用户进行账户验证、数据格式校验和非法调用监测；所述用户编号核心模块用于对用户的编号进行管理；所述元数据服务模块用于对所述核心服务层的数据进行描述和记载；
所述隔离区包括：网络安全保障模块和网络服务载荷均衡模块，所述网络安全保障模块用于对网络攻击进行防护；所述网络服务载荷均衡模块用于根据每个Web服务器的访问量，平均分配用户。
5.如权利要求1所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述Web 浏览器终端为能够通过Web 浏览器接入互联网的实体设备。
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Effective date of registration: 20180824 Address after: 130000 Silicon Valley New Town Chuangke Building, Changchun Hi-tech Industrial Development Zone, Jilin Province Applicant after: Changchun Jun Rui Technology Co.,Ltd. Address before: 130000 Jilin Changchun high tech Zone, 10 of the 17 buildings in Baoli spring. Applicant before: CHANGCHUN ZHONGZHI RUIBO TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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