CN108333310A - 基于gnss的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于GNSS的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，包括车载系统、数据处理与管理系统及可视化显示系统；所述车载系统安装在公交车的顶部，包括大气污染物浓度监测传感器、GNSS接收机、供电装置和数据传输设备；所述数据处理与管理系统接收所述数据传输设备传输的数据，对其进行处理并存储，将处理后的标准化数据上传至所述可视化显示系统；所述可视化显示系统利用数据处理与管理系统处理后的标准数据，显示城市大气污染物浓度的实时分布图以及固定地点污染物浓度随时间变化的趋势图，并提供大气污染物浓度的预报产品。本发明实现了高时空分辨率的城市大气污染物浓度的自动化监测，并具有低成本、易操作、实用性强的优点。

Description

基于GNSS的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统
技术领域
本发明涉及监测系统，尤其涉及基于GNSS的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统。
背景技术
近年来，我国随着工业化、城市化快速发展及能源的消耗量增长，大气污染已经严重影响到人们的日常生活，并且给社会带来了巨大经济损失，因此，对城市内大气污染物浓度的时空分布进行监控，才能有针对性的进行大气污染防控与治理。而从当前国内城市大气污染物浓度监控现状来看，整体处于测站密度过低、难以实时监测的状况。国内近地面大气污染物浓度观测主要以地面气象站观测和应急移动观测为主。对于地面气象站观测来说，由于固定站点可以做到同一时间测量，资料具有时间一致性的优点，但是因为气象观测站建设成本高且受环境限制，分布密度过低，无法适应城市内大气污染物浓度分布实时监控的需求；而对于移动观测来说，由于其具有移动性可以获得多点观测数据，但是由于移动过程导致了时间不同，资料的时间不一致性使得数据没有了研究浓度分布的价值，此外为获得尽可能多的数据，需要大量的移动观测车辆，这样观测的成本也将非常高，在业务研究污染物浓度实时分布中也失去了实际意义。
但是对于一个城市而言，公交车辆数量往往巨大而且在运行时间较为均匀的分布在城市各地，是一个潜在的移动观测平台，同时全球导航卫星系统(GNSS)技术的发展和广泛应用，尤其中国北斗导航系统正式向亚太地区提供导航、定位与授时服务，使得城市大气污染物浓度能够实现高时空分辨率的自动监测。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一个基于GNSS技术，以城市公交系统为移动平台的实时、可靠、连续的大气污染物浓度自动化监测系统。
技术方案：
基于GNSS的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，包括车载系统、数据处理与管理系统及可视化显示系统；
所述车载系统安装在公交车的顶部，包括大气污染物浓度监测传感器、GNSS接收机、供电装置和数据传输设备；所述大气污染物浓度监测传感器按照设置的采样间隔在公交车行驶过程中监测各种大气污染物的浓度；所述GNSS接收机实时监测公交车的地理位置；所述数据传输设备将所述大气污染物浓度监测传感器监测的数据和所述GNSS接收机监测的公交车的地理位置数据传给数据处理与管理系统；所述供电装置借助公交车电路为所述大气污染物浓度监测传感器、所述GNSS接收机和所述数据传输设备供电；
所述数据处理与管理系统接收所述数据传输设备传输的数据，对其进行处理并存储，将处理后的标准化数据上传至所述可视化显示系统；
所述可视化显示系统利用数据处理与管理系统处理后的标准数据，显示城市大气污染物浓度的实时分布图以及固定地点污染物浓度随时间变化的趋势图，并提供大气污染物浓度的预报产品。
所述数据处理与管理系统包括数据接收模块、数据处理模块、数据管理模块和数据上传模块；所述数据接收模块通过网络通信接收车载系统中各个大气污染物浓度的监测数据和公交车定位数据，并将数据通过网络传输给数据处理模块；所述数据处理模块对从数据接收模块传输过来的监测数据进行实时处理，包括修正异常值或者缺测值处理，并将处理后的数据传输给数据管理模块；所述数据管理模块将经过处理后的数据以二进制或者十进制的方式储存入数据库中，为后续使用提供数据源；所述数据上传模块将数据处理模块处理好的标准化数据上传到可视化显示系统。
所述可视化显示系统包括区域实时动态分布模块和大气污染物浓度的预报产品模块；所述区域实时动态分布模块利用数据处理与管理系统处理后的标准数据，显示城市大气污染物浓度的实时分布图以及固定地点污染物浓度随时间变化的趋势图；所述大气污染物浓度的预报产品模块对处理后的标准数据再加工，制作预报产品，包括区域空气质量的评估、未来发展趋势的预报以及出行方面的建议。
还包括用户管理模块，所述用户管理模块包括用户信息数据库和管理员信息数据库；所述用户信息数据库包括用户注册信息、用户账户信息和用户在线信息；
所述管理员信息库包括管理员注册信息和权限分类，所述权限分类包括GNSS接收机的监控和查看、数据处理管理状态查看、可视化系统设置和数据处理；所述管理员注册信息用于显示管理员的注册、登录和在线信息；所述GNSS接收机的监控和查看权限是管理员可查看某一时刻所有车辆的位置图、接收器的运行状况、接收器开关机状况及其是否异常，并可设置接收机采样时间间隔；所述数据处理管理状态查看权限是管理员可查看数据模块、数据传输装置及传输网络装置的工作情况；所述可视化系统设置权限是管理员可设置区域和时间的划分、显示系统的模式、预报产品的类型并可以查看数据接收终端；所述数据处理权限是管理员可进行信息下载、历史记录数据的查看和生成报表。
所述大气污染物浓度监测传感器包括CO浓度传感器、SO2浓度传感器、NOx浓度传感器和颗粒物浓度传感器。
有益效果：本发明实现了高时空分辨率的城市大气污染物浓度的自动化监测，并具有低成本、易操作、实用性强的优点。
附图说明
图1为基于GNSS的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1所示，本发明提供了一个基于GNSS技术的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，包括车载系统、数据处理与管理系统、可视化显示系统和用户管理系统。
所述车载系统安装在公交车的顶部，包括大气污染物浓度监测传感器、GNSS接收机、供电装置和数据传输设备。所述大气污染物浓度监测传感器按照设置的采样间隔在公交车行驶过程中监测各种大气污染物的浓度，一般包括CO浓度传感器、SO2浓度传感器、NOx浓度传感器和颗粒物浓度传感器等监测设备；所述GNSS接收机为三星系统，用于实时监测公交车的地理位置，其监测时间间隔与大气污染物浓度监测传感器的采样间隔应是一致的。大气污染物浓度监测数据和GNSS接收机监测的公交车的地理位置数据通过数据传输设备以GPRS、北斗短报文等方式传给数据处理与管理系统。所述供电装置借助公交车电路为大气污染物浓度监测传感器、GNSS接收机和数据传输设备供电，并配备蓄电瓶作为应急电源为车载系统中的设备供电。
所述数据处理与管理系统包括数据接收模块、数据处理模块、数据管理模块和数据上传模块。所述数据接收模块通过网络通信接收车载系统中各个大气污染物浓度的监测数据和公交车定位数据，并将数据通过网络传输给数据处理模块，同时向用户管理系统传输工作状态等信息；所述数据处理模块对从数据接收模块传输过来的监测数据进行实时处理，包括修正异常值或者缺测值处理，并将处理后的数据传输给数据管理模块；其中，修正异常值具体为将观测值与预设的阈值进行比较，若超过阈值即认定为异常值，进行删除；对于缺测值采用内插的方法来完成；所述数据管理模块将经过处理后的数据以二进制或者十进制的方式储存入数据库中，为后续使用提供数据源，并接收管理员指令；所述数据上传模块将数据处理模块处理好的标准化数据上传到可视化显示系统，同时在手机、PC端等不同平台上发布监测数据结果和相关产品。
所述可视化显示系统包括区域实时动态分布和大气污染物浓度的预报产品模块。所述区域实时动态分布模块是利用数据处理与管理系统处理后的标准数据，显示城市大气污染物浓度的实时分布图以及固定地点污染物浓度随时间变化的趋势图；所述大气污染物浓度的预报产品模块是对处理后的标准数据再加工，制作预报产品，包括区域空气质量的评估、未来发展趋势的预报以及出行方面的建议。
所述用户管理系统包括用户信息数据库和管理员信息数据库。所述用户信息数据库包括用户注册信息、用户账户信息和用户在线信息。所述用户注册信息是通过用户管理系统，用户可注册成为管理员，可进行系统日常管理操作；所述用户账户信息是将用户账户分为超级管理员和管理员，前者将赋予系统最高权限(1名)，后者负责系统日常操作管理(多名)；所述用户在线信息是管理员登录或者退出系统信息。所述管理员信息库包括管理员注册信息和权限分类，所述权限分类包括GNSS接收机的监控和查看、数据处理管理状态查看、可视化系统设置和数据处理。所述管理员注册信息是系统显示管理员的注册、登录和在线信息；所述GNSS接收机的监控和查看权限是管理员可查看某一时刻所有车辆的位置图、接收器的运行状况、接收器开关机状况及其是否异常，并可设置接收机采样时间间隔；所述数据处理管理状态查看权限是管理员可查看数据模块、数据传输装置及传输网络装置的工作情况；所述可视化系统设置权限是管理员可设置区域和时间的划分、显示系统的模式、预报产品的类型并可以查看数据接收终端；所述数据处理权限是管理员可进行信息下载、历史记录数据的查看和生成报表。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (5)

1.基于GNSS的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，其特征在于：包括车载系统、数据处理与管理系统及可视化显示系统；
所述车载系统安装在公交车的顶部，包括大气污染物浓度监测传感器、GNSS接收机、供电装置和数据传输设备；所述大气污染物浓度监测传感器按照设置的采样间隔在公交车行驶过程中监测各种大气污染物的浓度；所述GNSS接收机实时监测公交车的地理位置；所述数据传输设备将所述大气污染物浓度监测传感器监测的数据和所述GNSS接收机监测的公交车的地理位置数据传给数据处理与管理系统；所述供电装置借助公交车电路为所述大气污染物浓度监测传感器、所述GNSS接收机和所述数据传输设备供电；
所述数据处理与管理系统接收所述数据传输设备传输的数据，对其进行处理并存储，将处理后的标准化数据上传至所述可视化显示系统；
所述可视化显示系统利用数据处理与管理系统处理后的标准数据，显示城市大气污染物浓度的实时分布图以及固定地点污染物浓度随时间变化的趋势图，并提供大气污染物浓度的预报产品。
2.根据权利要求1所述的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，其特征在于：所述数据处理与管理系统包括数据接收模块、数据处理模块、数据管理模块和数据上传模块；所述数据接收模块通过网络通信接收车载系统中各个大气污染物浓度的监测数据和公交车定位数据，并将数据通过网络传输给数据处理模块；所述数据处理模块对从数据接收模块传输过来的监测数据进行实时处理，包括修正异常值或者缺测值处理，并将处理后的数据传输给数据管理模块；所述数据管理模块将经过处理后的数据以二进制或者十进制的方式储存入数据库中，为后续使用提供数据源；所述数据上传模块将数据处理模块处理好的标准化数据上传到可视化显示系统。
3.根据权利要求1所述的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，其特征在于：所述可视化显示系统包括区域实时动态分布模块和大气污染物浓度的预报产品模块；所述区域实时动态分布模块利用数据处理与管理系统处理后的标准数据，显示城市大气污染物浓度的实时分布图以及固定地点污染物浓度随时间变化的趋势图；所述大气污染物浓度的预报产品模块对处理后的标准数据再加工，制作预报产品，包括区域空气质量的评估、未来发展趋势的预报以及出行方面的建议。
4.根据权利要求1所述的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，其特征在于：还包括用户管理模块，所述用户管理模块包括用户信息数据库和管理员信息数据库；所述用户信息数据库包括用户注册信息、用户账户信息和用户在线信息；
所述管理员信息库包括管理员注册信息和权限分类，所述权限分类包括GNSS接收机的监控和查看、数据处理管理状态查看、可视化系统设置和数据处理；所述管理员注册信息用于显示管理员的注册、登录和在线信息；所述GNSS接收机的监控和查看权限是管理员可查看某一时刻所有车辆的位置图、接收器的运行状况、接收器开关机状况及其是否异常，并可设置接收机采样时间间隔；所述数据处理管理状态查看权限是管理员可查看数据模块、数据传输装置及传输网络装置的工作情况；所述可视化系统设置权限是管理员可设置区域和时间的划分、显示系统的模式、预报产品的类型并可以查看数据接收终端；所述数据处理权限是管理员可进行信息下载、历史记录数据的查看和生成报表。
5.根据权利要求1所述的城市公交车载移动大气污染物浓度监测系统，其特征在于：所述大气污染物浓度监测传感器包括CO浓度传感器、SO2浓度传感器、NOx浓度传感器和颗粒物浓度传感器。
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