CN107727544A - 基于北斗位置信息的车载式pm2.5实时监测系统和监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法，包括监测服务器和多个与监测服务器通信连接的监测终端；所述的监测服务器采用服务器计算机，服务器计算机通过以太网与公共互联网通信；所述的监测终端设置在对应的监测车辆上；本发明利用多个监测终端与监测服务器通过公共移动通信网络完成数据交互功能，监测终端可方便地安装于长途客车、出租车、公交车等公共交通工具上，并将公共交通工具途径路线区域的PM2.5浓度信息连同地理坐标信息通过公共移动通信网络实时发送到监测服务器，以实现对公共交通工具可达区域内PM2.5浓度的多车次多频度实时监测，进而达到对PM2.5浓度分布和扩散状况精确监测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及PM2.5监测领域，尤其涉及基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法。
背景技术
近几年来，随着经济的快速发展和居民生活水平提高，人们对生活环境的要求也越来越高，环境污染问题也越来越受到人们的关注；雾霾、PM2.5、PM10这些本不为大众所知晓的名词频频出现在各大媒体上，并成为人们日常关注的重要信息。对空气污染进行大范围、广区域的实时监测和准确预报，已成为人们日常对环境气象预报需求的一项重要内容。
目前对PM2.5浓度进行监测的装置主要有遥感卫星、气象监测站和环境监测应急车等；其中遥感卫星主要通过遥感图像来分析空气污染程度和污染物弥散区域，对PM2.5浓度的监测只能通过对遥感图像的分析间接获得，因而数据准确性较差；同时，遥感卫星覆盖区域虽广，但只有当遥感卫星飞临指定区域上空时才能获得对该区域的空气污染监测遥感图像，且遥感影像数据还要通过卫星通信手段发送回地球站，再经过一系列的图像处理才能得出结果，因而实时性也较差；遥感卫星还存在监测成本较高的问题；气象站监测通常布设在某一地区或区域的重点监测地点，监测地点相对固定、布设数量有限，因而只能对重点地区的PM2.5浓度进行监测；环境监测应急车主要应用于对重大环境污染事故的应急监测，对PM2.5浓度的监测虽具有一定的机动性，但仍然不能做到对区域实时监测，且上述的三种PM2.5监测手段获取的都是单纯的PM2.5浓度数据，没有涵盖监测点的地理坐标信息，只能通过人为参与方式后期添加。
发明内容
本发明的目的在于提供基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法，不仅解决了利用遥感卫星进行PM2.5浓度检测存在的数据准确性差、实时性差和成本高的问题，还解决了利用气象监测站进行PM2.5浓度检测存在的监测地点固定和监测不全面的问题，在检测结果内还涵盖监测点的地理坐标信息。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统，包括监测服务器和多个与监测服务器通信连接的监测终端；
所述的监测服务器采用内置有监控软件的服务器计算机，服务器计算机通过以太网与公共互联网通信；
所述的监测终端设置在对应的监测车辆上，监测终端由供电单元、PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元组成，供电单元为PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元供电，PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元和4G通信单元均与主控单元通信连接，4G通信单元还通过公共移动通信网络与服务器计算机通信连接。
所述的供电单元包括独立电池模块和监测车辆电池模块，监测车辆电池模块通过DC/DC模块与PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元供电的电源输入端连接，监测车辆电池模块还通过DC/DC模块与独立电池模块的连接。
所述的监测车辆可采用长途客车、出租车、公交车等公共交通工具。
所述的PM2.5浓度检测单元通过I2C接口与主控单元通信连接。
所述的北斗定位与授时单元通过UART接口与主控单元通信连接。
所述的4G通信单元通过UART接口与主控单元通信连接。
基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统所进行的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测方法，包括以下步骤：
步骤A：监测终端供电开机，若车俩点火则使用监测车辆电池模块供电，若车俩熄火，则采用独立电池模块供电；
步骤B：主控模块通过4G通信单元向监测服务器发送入网请求，具体为微处理器通过4G通信单元向服务器计算机发送入网请求；
步骤C：若入网成功，则进入下一步；若入网失败，主控模块发出入网失败告警，并重新进入步骤C；
步骤D：服务器计算机通过4G通信单元向主控模块发送指令，通过主控模块控制北斗定位与授时单元读取定位信息和时间信息；
步骤E：服务器计算机通过4G通信单元向主控模块发送指令，通过主控模块控制PM2.5浓度检测单元读取PM2.5浓度信息；
步骤F：主控模块打包定位信息、时间信息和与之匹配的PM2.5浓度信息，使之形成预定的打包数据信息，并通过4G通信单元将打包数据信息发送给服务器计算机；
步骤G：若服务器计算机成功接收到打包数据信息，则服务器计算机向主控模块反馈接收成功信息，并返回步骤D继续监测；若服务器计算机没有接收到打包数据信息，则主控模块将打包数据信息存储至存储模块。
本发明的有益效果：
与现有的遥感卫星、气象监测站和环境监测应急车对PM2.5浓度信息的监测相比，本发明所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统包括监测服务器和监测终端，系统采用星型网络拓扑结构，多个监测终端与监测服务器通过公共移动通信网络完成数据交互功能；监测终端可方便地安装于长途客车、出租车、公交车等公共交通工具上，并基于公共移动通信网络将途径路线区域的PM2.5浓度信息连同地理坐标信息通过公共移动通信网络实时发送到监测服务器，以实现对公共交通工具可达区域内PM2.5浓度的多车次多频度实时监测，进而达到对PM2.5浓度分布和扩散状况精确监测的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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做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。
如图1所示：本发明所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统，包括监测服务器和多个与监测服务器通信连接的监测终端，每个监测终端均设置在对应的监控车辆上以构成可自由移动的车载监测终端；监测服务器采用内置有监控软件的服务器计算机，服务器计算机通过以太网与公共互联网通信，并基于公共互联网固定IP与入网终端建立通信链路，以对所有监测终端发送的数据进行收集、处理和储存等；服务器计算机还预留有对外扩展接口，以能够根据用户需要实现与其他系统（如智慧城市管理系统、城市气象环境监测系统及其他物联网系统等）的数据交互；同时，服务器计算机还能够对各个入网终端即监测终端实时的在线监控，既可以实时监控入网终端的的工作状态、位置信息和运动状态等，又可以向指定的某个或某些监测终端发送控制指令。
所述的监测终端设置在对应的监测车辆上，所述的监测车辆不仅可采用专业的监测机构的定制车辆，还可以采用长途客车、出租车、公交车等公共交通工具，这样就能够将公共交通工具途径路线区域的PM2.5浓度信息连同地理坐标信息通过公共移动通信网络实时发送到监测服务器，以实现对公共交通工具可达区域内PM2.5浓度的多车次多频度实时监测，进而达到对PM2.5浓度分布和扩散状况精确监测的目的；监测终端由供电单元、PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元组成； 供电单元为PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元供电；PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元和4G通信单元均与主控单元通信连接，4G通信单元还通过公共移动通信网络与服务器计算机通信连接。
所述的主控单元采用内置有存储模块的微处理器，监控车辆行驶在偏远山区或隧道等公共移动通信网络信号覆盖较弱、甚至无信号覆盖的区域时，监测终端无法实时将PM2.5浓度监测数据发送回服务器计算机；为主控单元的存储模块能够将PM2.5浓度监测数据存储在存储模块中，待通信链路恢复畅通后，再及时将PM2.5浓度监测数据发送到服务器计算机。
所述的供电单元包括独立电池模块和监测车辆电池模块，监测车辆电池模块通过DC/DC模块与PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元供电的电源输入端连接，监测车辆电池模块还通过DC/DC模块与独立电池模块的连接；车辆启动时，监测车辆电池模块直接供电，同时还为独立电池模块充电，当车辆熄火但监测终端仍需工作时，可采用独立电池模块供电，微处理器控制监测车辆电池模块和独立电池模块切换供电属于现有成熟技术，这里不再赘述。
优选方案为：PM2.5浓度检测单元通过I2C接口与主控单元通信连接，PM2.5浓度检测单元能够根据用户需要以主动或被动的方式向主控单元传递当前区域PM2.5的浓度信息。
优选方案为：北斗定位与授时单元通过UART接口（串口）与主控单元通信连接，能够根据主控单元发送的控制指令，将定位信息和时间信息按照预设格式以指定频次向主控单元发送。
优选方案为：4G通信单元通过UART接口与主控单元通信连接，通过该数据通道，主控单元将整合后的PM2.5浓度监测数据以及当前位置信息和时间信息，按照预设格式发送给4G通信单元，再由4G通信单元通过公共移动通信网络发送到服务器计算机；此外，4G通信单元还可以接收服务器计算机发送的控制指令，并能够将控制指令传递给主控单元，由主控单元执行相应的控制指令。
如图2所示：采用上述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统所进行的PM2.5实时监测方法，主要包括以下步骤：
步骤A：监测终端供电开机，若车俩点火则使用监测车辆电池模块供电，若车俩熄火，则采用独立电池模块供电；
步骤B：主控模块通过4G通信单元向监测服务器发送入网请求，具体为微处理器通过4G通信单元向服务器计算机发送入网请求；
步骤C：若入网成功，则进入下一步；若入网失败，主控模块发出入网失败告警，并重新进入步骤C；
步骤D：服务器计算机通过4G通信单元向主控模块发送指令，通过主控模块控制北斗定位与授时单元读取定位信息和时间信息；
步骤E：服务器计算机通过4G通信单元向主控模块发送指令，通过主控模块控制PM2.5浓度检测单元读取PM2.5浓度信息；
步骤F：主控模块打包定位信息、时间信息和与之匹配的PM2.5浓度信息，使之形成预定的打包数据信息，并通过4G通信单元将打包数据信息发送给服务器计算机；
步骤G：若服务器计算机成功接收到打包数据信息，则服务器计算机向主控模块反馈接收成功信息，并返回步骤D继续监测；若服务器计算机没有接收到打包数据信息，则主控模块将打包数据信息存储至存储模块。
本发明所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和检测方法的有益效果为：
与现有的遥感卫星、气象监测站和环境监测应急车对PM2.5浓度信息的监测相比，本发明所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统包括监测服务器和监测终端，系统采用星型网络拓扑结构，多个监测终端与监测服务器通过公共移动通信网络完成数据交互功能；监测终端可方便地安装于长途客车、出租车、公交车等公共交通工具上，并基于公共移动通信网络将途径路线区域的PM2.5浓度信息连同地理坐标信息通过公共移动通信网络实时发送到监测服务器，以实现对公共交通工具可达区域内PM2.5浓度的多车次多频度实时监测，进而达到对PM2.5浓度分布和扩散状况精确监测的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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范围。
Claims (7)
1.基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统，其特征在于：包括监测服务器和多个与监测服务器通信连接的监测终端；
所述的监测服务器采用内置有监控软件的服务器计算机，服务器计算机通过以太网与公共互联网通信；
所述的监测终端设置在对应的监测车辆上，监测终端由供电单元、PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元组成，供电单元为PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元供电，PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元和4G通信单元均与主控单元通信连接，4G通信单元还通过公共移动通信网络与服务器计算机通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法，其特征在于：所述的供电单元包括独立电池模块和监测车辆电池模块，监测车辆电池模块通过DC/DC模块与PM2.5浓度检测单元、北斗定位与授时单元、4G通信单元和主控单元供电的电源输入端连接，监测车辆电池模块还通过DC/DC模块与独立电池模块的连接。
3.根据权利要求1所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法，其特征在于：所述的监测车辆可采用长途客车、出租车、公交车等公共交通工具。
4.根据权利要求1所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法，其特征在于：所述的PM2.5浓度检测单元通过I2C接口与主控单元通信连接。
5.根据权利要求1所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法，其特征在于：所述的北斗定位与授时单元通过UART接口与主控单元通信连接。
6.根据权利要求1所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统和监测方法，其特征在于：所述的4G通信单元通过UART接口与主控单元通信连接。
7.根据权利要求6所述的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测系统所进行的基于北斗位置信息的车载式PM2.5实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：监测终端供电开机，若车俩点火则使用监测车辆电池模块供电，若车俩熄火，则采用独立电池模块供电；
步骤B：主控模块通过4G通信单元向监测服务器发送入网请求，具体为微处理器通过4G通信单元向服务器计算机发送入网请求；
步骤C：若入网成功，则进入下一步；若入网失败，主控模块发出入网失败告警，并重新进入步骤C；
步骤D：服务器计算机通过4G通信单元向主控模块发送指令，通过主控模块控制北斗定位与授时单元读取定位信息和时间信息；
步骤E：服务器计算机通过4G通信单元向主控模块发送指令，通过主控模块控制PM2.5浓度检测单元读取PM2.5浓度信息；
步骤F：主控模块打包定位信息、时间信息和与之匹配的PM2.5浓度信息，使之形成预定的打包数据信息，并通过4G通信单元将打包数据信息发送给服务器计算机；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180223 |