CN108593512B - 一种大气质量监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大气质量监测系统及方法。所述系统及方法采用在城区分布广泛且使用频繁的共享单车搭载大气质量监测装置的方式，实现了对城区空气质量的全面、大范围监测；通过共享单车的骑行可以实现不同地点近地面空气质量信息的采集，从而达到在城区灵活、高效监测空气质量目的；并且采集数据不受固定站点或汽车周围空气质量的影响，能够准确、真实地反应人们身边接触的真实空气质量信息。
Description
技术领域
本发明涉及大气环境监测技术领域，特别是涉及一种大气质量监测系统及方法。
背景技术
随着社会的不断快速发展，工业生产规模的快速扩张和机动车辆的急剧增加，大气污染问题变得越发严重。大气污染能诱发多种呼吸道疾病甚至其他疾病，对居民的身体健康造成了严重的危害。
现有的大气质量监测方法以固定式监测站点为主且站点数量较少，监测密度小，存在不能够真实的反映出用户身边的空气质量状况、容易受站点周围空气质量的影响、干扰大、测量结果不准确的问题；并且各站点的数据采集靠人工公布，数据更新慢、实时性较差。
目前已公布的另外一种车载式大气质量监测方法，该方法主要步骤如下：
(1)将配置有定位模块、气体传感器模块等模块的大气监测系统安置在出租车、货运车等车身上，启动装置将车的位置信息、空气质量信息、时间信息采集封装后发送到空气质量监测系统；
(2)空气质量监测系统平台处理接收的数据得出评估；
(3)生成污染物地图，将空气质量数据在地图上显示。
该车载大气监测装置法，虽然比固定式站点有着可移动性、实时性好等优点，但是传感器模块采取固定在车身的方式，汽车在驾驶过程中产生的尾气会污染车身为中心的周围空气质量，颗粒物传感器以及气体传感器模块容易受到汽车排出的尾气干扰，导致结果存在误差。
当前城市规划、格局在不断变化，但目前国内大气监测站点较少，数据更新较缓慢，不能实时反映整个城区的真实空气质量状况，无法满足现今对于大气监测设备多参数、多节点、高可靠性、低成本及数据实时便捷共享的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种大气质量监测系统及方法，以解决目前大气监测以传统监测站点为主，站点少、覆盖面积少、数据更新实时性差、不能够真实反应出人们身边接触的真实空气质量信息的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种大气质量监测系统，所述系统包括：共享单车、大气质量监测装置和云服务器；
所述大气质量监测装置安装在所述共享单车上，用于通过共享单车的骑行采集不同地点近地面的空气质量信息；所述空气质量信息包括空气参数浓度信息、采集时间以及共享单车位置信息；
所述大气质量监测装置与所述云服务器通过网络连接，用于将采集的所述空气质量信息发送至所述云服务器；
所述云服务器用于根据所述空气质量信息生成空气质量实时监测地图。
可选的，所述大气质量监测装置具体包括：电源模块、气体传感器模块、GPS定位模块和微处理器；
所述电源模块分别与所述气体传感器模块、所述GPS定位模块和所述微处理器连接，用于为所述气体传感器模块、所述GPS定位模块和所述微处理器供电；
所述气体传感器模块与所述微处理器连接，用于将采集到的所述空气参数浓度信息发送至所述微处理器；所述空气参数浓度信息包括PM2.5、PM10颗粒物浓度以及O3、CO、SO2、NO2气体的气体成分浓度；
所述GPS定位模块与所述微处理器连接，用于将所述采集时间和所述共享单车位置信息发送至所述微处理器；
所述微处理器用于对所述空气质量信息进行处理，生成处理后的空气质量信息并存储。
可选的，所述大气质量监测装置还包括：通信模块；
所述通信模块与所述微处理器连接；所述通信模块与所述云服务器通过网络连接；所述微处理器通过所述通信模块将所述处理后的空气质量信息发送至所述云服务器；所述云服务器用于对所述处理后的空气质量信息进行数据处理，计算空气质量等级信息。
可选的，所述电源模块具体包括：太阳能电池板和降压稳压模块；
所述太阳能电池板固定在所述共享单车上，用于将太阳能转化为电能；
所述降压稳压模块的输入端与所述太阳能电池板电连接，输出端分别与所述气体传感器模块、所述GPS定位模块、所述微处理器以及所述通信模块连接，用于储存太阳能电池板的电能以及对所述电能的电压进行降压稳压后为各个模块供电。
可选的，所述系统还包括：客户端；
所述客户端与所述云服务器连接，用于获取所述空气质量实时监测地图并显示。
本发明还提供了一种大气质量监测方法，所述大气质量监测方法应用于所述大气质量监测系统；所述方法包括：
所述微处理器获取二维码扫描信号；
所述微处理根据所述二维码扫描信号开启所述电源模块进行供电，并根据所述二维码扫描信号控制所述气体传感器模块及所述GPS定位模块对所述空气质量信息进行周期性采集；
所述微处理器接收所述空气质量信息，并对所述空气质量信息做中位值平均滤波法以及卡尔曼滤波算法滤波处理，生成处理后的空气质量信息；
所述微处理器获取锁车信号；
所述微处理器根据所述锁车信号开启所述通信模块，通过所述通信模块将所述处理后的空气质量信息发送至所述云服务器；
所述云服务器对所述处理后的空气质量信息进行数据融合处理，生成空气质量实时监测地图。
可选的，在所述微处理器接收所述空气质量信息，并对所述空气质量信息做中位值平均滤波法以及卡尔曼滤波算法滤波处理，生成处理后的空气质量信息的步骤之后，还包括：
所述微处理器按照所述云服务器的数据接收格式对所述处理后的空气质量信息进行封装存储。
可选的，在所述微处理器根据所述锁车信号开启所述通信模块，通过所述通信模块将所述处理后的空气质量信息发送至所述云服务器的步骤之后，还包括：
所述微处理器断开所述电源模块与所述气体传感器模块、所述GPS定位模块以及所述通信模块的连接，停止为所述气体传感器模块、所述GPS定位模块以及所述通信模块供电。
可选的，所述云服务器对所述处理后的空气质量信息进行数据融合处理，生成空气质量实时监测地图，具体包括：
根据所述处理后的空气质量信息中的所述空气参数浓度信息生成空气质量等级以及空气质量指数；
获取大气质量监测区域地图；
根据所述处理后的空气质量信息中的所述采集时间和所述共享单车位置信息，在所述大气质量监测区域地图上标注对应位置的所述采集时间、所述空气参数浓度信息、所述空气质量等级以及所述空气质量指数，生成所述空气质量实时监测地图。
可选的，在所述云服务器对所述处理后的空气质量信息进行数据融合处理，生成空气质量实时监测地图的步骤之后，还包括：
所述客户端获取所述空气质量实时监测地图并显示；
所述客户端获取用户的当前共享单车位置信息；
所述客户端将所述当前共享单车位置信息在所述空气质量实时监测地图中显示。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种大气质量监测系统及方法，所述系统及方法采用在城区分布广泛且使用频繁的共享单车搭载大气质量监测装置的方式，实现了对城区空气质量的全面、大范围监测；通过共享单车的骑行可以实现不同地点近地面空气质量信息的采集，从而达到在城区灵活、高效监测空气质量目的；并且采集数据不受固定站点或汽车周围空气质量的影响，能够准确、真实地反应人们身边接触的真实空气质量信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的大气质量监测系统的结构示意图；
图2为本发明提供的大气质量监测装置的结构示意图；
图3为本发明提供的大气质量监测系统的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种大气质量监测系统及方法，以解决目前大气监测以传统监测站点为主，站点少、覆盖面积少、数据更新实时性差、不能够真实反应出人们身边接触的真实空气质量信息的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的大气质量监测系统的结构示意图。参见图1，本发明提供的一种大气质量监测系统包括：共享单车1、大气质量监测装置2、云服务器3以及客户端4。
所述大气质量监测装置2安装在所述共享单车1上，用于通过共享单车1的骑行采集不同地点近地面的空气质量信息。所述空气质量信息包括空气参数浓度信息、采集时间以及共享单车位置信息。
所述大气质量监测装置2与所述云服务器3通过网络连接，用于将采集的所述空气质量信息发送至所述云服务器3。
所述云服务器3用于根据所述空气质量信息生成空气质量实时监测地图。
所述客户端4与所述云服务器3通过网络连接，用于获取所述空气质量实时监测地图并显示。所述客户端4可以为用户手机端、平板电脑等移动PC设备，也可以为智能手表、智能手环等可穿戴显示设备。
图2为本发明提供的大气质量监测装置的结构示意图。参见图2，本发明提供的大气质量监测装置2具体包括：太阳能电池板201、降压稳压模块202、气体传感器模块203、GPS定位模块204、微处理器205以及通信模块206。所述大气质量监测装置2工作时，将共享单车1的位置信息、时间信息、空气质量信息等数据上传到云服务器3，服务器3对数据处理后生成共享单车空气质量地图推送到用户端4。
具体的，所述大气质量监测装置2固定在共享单车1的前车筐底部，防止阳光对所述大气质量监测装置2直射造成损坏，所述大气质量监测装置2负责感知空气质量及位置信息等数据并上传。
所述太阳能电池板201固定在所述共享单车1前车筐的内表面，能够更好地接收阳光，从而将太阳能转化为电能，主要负责储能蓄能。
所述降压稳压模块202的输入端与所述太阳能电池板201电连接，输出端分别与所述气体传感器模块203、所述GPS定位模块204、所述微处理器205以及所述通信模块206连接，用于储存太阳能电池板201的电能以及对所述电能的电压进行降压稳压后为各个模块供电。所述电源降压稳压模块202将电压降为5V对系统各个模块供电。
所述气体传感器模块203，由PM2.5、PM10、O3、CO、SO2、NO2六种参数传感器构成，负责采集共享单车周围空气的颗粒物及气体成分含量。即所述气体传感器模块203包括：PM2.5颗粒物传感器、PM10颗粒物传感器、O3电化学传感器、CO电化学传感器、SO2电化学传感器以及NO2电化学传感器。所述PM2.5颗粒物传感器用于采集共享单车周围空气中PM2.5颗粒物浓度。所述PM10颗粒物传感器用于采集共享单车周围空气中PM10颗粒物浓度。所述O3电化学传感器用于采集共享单车周围空气中臭氧(Ozone，O3)的气体成分浓度。所述CO电化学传感器用于采集共享单车周围空气中一氧化碳(carbonmonoxide，CO)的气体成分浓度。所述SO2电化学传感器用于采集共享单车周围空气中二氧化硫(sulfur dioxide，SO2)的气体成分浓度。所述NO2电化学传感器用于采集共享单车周围空气中二氧化氮(NO2)的气体成分浓度。
所述GPS定位模块204，用于提供采集空气质量信息的共享单车的地理位置信息以及时间信息。
所述通信模块206，用于与云服务器3通信，将带有时间和位置信息的空气质量数据上传到云服务平台。所述通信模块206可采用4G、5G、WLAN或射频等方式进行通信。
所述微处理器205分别与所述太阳能电池板201、所述降压稳压模块202、所述气体传感器模块203、所述GPS定位模块204以及所述通信模块206连接，用于协调所述太阳能电池板201、所述降压稳压模块202、所述气体传感器模块203、所述GPS定位模块204以及所述通信模块206的工作。具体的，所述气体传感器模块203与微处理器205的第一连接串口相连接；所述GPS定位模块204与微处理器205的第二连接串口连接；所述通信模块206与所述微处理器205的第三连接串口连接。
所述云服务器3，用来接收各个共享单车上1的大气质量监测装置2上传的所述空气质量信息，对所述空气质量信息做数据融合等数据处理，并计算空气质量等级和空气质量指数等信息。
所述云服务器3还包括地图引擎，用来根据上传的共享单车的地理位置信息、采集时间、空气参数浓度信息以及生成的空气质量等级和空气质量指数，生成整个城市主城区的空气质量实时监测地图。具体为：根据所述采集时间和所述共享单车位置信息，在大气质量监测区域地图上标注对应位置的所述采集时间、所述空气参数浓度信息、所述空气质量等级以及所述空气质量指数，生成所述空气质量实时监测地图。
所述客户端4，用来加载所述地图引擎以及从所述云服务器3中获取空气质量信息数据，将共享单车的位置在所述空气质量实时监测地图上标注出来并显示该位置的空气质量信息。
图3为本发明提供的大气质量监测系统的工作流程图。参见图3，所述大气质量监测系统的具体工作步骤如下：
(1)在共享单车扫描二维码骑行时，位于共享单车前车筐下部的大气质量监测装置开始工作，电源模块通过降压稳压模块对系统进行供电，系统开始工作；在骑行过程中，气体传感器模块以十分钟为一个工作周期采集共享单车附近的空气中PM2.5、PM10颗粒物浓度以及O3、CO、SO2、NO2四种气体成分浓度并存储；气体传感器模块和微处理器相连接，所述空气参数浓度信息传给微处理器后，分别做中位值平均滤波法以及卡尔曼滤波算法滤波处理；GPS定位模块提供采集空气质量信息的共享单车的地理位置信息以及采集时间信息；微处理器通过GPS定位模块获取采集时间以及共享单车位置信息，将监测的空气参数浓度信息、采集时间信息以及共享单车位置信息按照平台接收格式封装存储。通信模块用于与云服务器通信，将带有时间和位置信息的空气质量信息数据上传到云服务平台。
(2)共享单车在锁车归还时，通信模块与云平台服务器建立连接，将封装好的带有时间及位置信息的监测数据(处理后的空气质量信息)上传到云服务器，同时大气质量监测装置的电源模块停止对系统供电，系统停止工作。
(3)所述云服务器根据共享单车位置信息以及空气参数浓度信息做数据融合处理，从而得出该地理位置处最真实的空气质量状况(空气参数浓度信息、空气质量等级以及空气质量指数)，生成空气质量监测实时地图，并将空气质量监测实时地图推送到客户端。
(4)用户通过客户端加载空气质量监测实时地图。在用户打开客户端软件扫描二维码骑行共享单车时，会在界面观测到共享单车的停放位置以及该位置处的带有采集时间信息的空气质量状况，包含六参数浓度以及空气质量等级以及空气质量指数。进一步的，在骑行过程中，所述客户端还可以将共享单车的当前位置信息在所述空气质量实时监测地图中显示，方便获取实时位置及实时空气质量信息。在用户锁车归还时，还可进一步的生成骑行路径中空气质量的实时状况。
可见，本发明通过对现有共享单车资源的利用，在大量共享单车上安装大气质量监测装置实现传感器节点移动化采集大气质量信息，通过相应的GPS定位模块采集地理位置信息，通过地图引擎将位置以及空气质量信息在地图上标注实时生成空气质量监测实时地图，具有高实时性、可移动化、可靠性高等优点，能够实现城市中主要城区空气监测的目的。
本发明还提供了一种大气质量监测方法，所述大气质量监测方法应用于所述大气质量监测系统；所述方法包括：
所述微处理器获取二维码扫描信号；
所述微处理根据所述二维码扫描信号开启所述电源模块进行供电，并根据所述二维码扫描信号控制所述气体传感器模块对所述空气质量信息进行周期性采集；
所述微处理器接收所述空气质量信息，并对所述空气质量信息做中位值平均滤波法以及卡尔曼滤波算法滤波处理，生成处理后的空气质量信息；
所述微处理器按照所述云服务器的数据接收格式对所述处理后的空气质量信息进行封装存储。
所述微处理器获取锁车信号；
所述微处理器根据所述锁车信号开启所述通信模块，通过所述通信模块将所述处理后的空气质量信息发送至所述云服务器；
所述微处理器断开所述电源模块与所述气体传感器模块、所述GPS定位模块以及所述通信模块的连接，停止为所述气体传感器模块、所述GPS定位模块以及所述通信模块供电。
所述云服务器对所述处理后的空气质量信息进行数据融合处理，生成空气质量实时监测地图。具体包括：
根据所述处理后的空气质量信息中的所述空气参数浓度信息生成空气质量等级以及空气质量指数；
获取大气质量监测区域地图；
根据所述处理后的空气质量信息中的所述采集时间和所述共享单车位置信息，在所述大气质量监测区域地图上标注对应位置的所述采集时间、所述空气参数浓度信息、所述空气质量等级以及所述空气质量指数，生成所述空气质量实时监测地图。
所述客户端获取所述空气质量实时监测地图并显示；
所述客户端获取用户的当前共享单车位置信息；
所述客户端将所述当前共享单车位置信息在所述空气质量实时监测地图中显示。这样在用户出行时，只要选择骑行终点，所述客户端即可根据云服务器存储的空气质量信息，推荐出空气质量最佳的骑行路线，方便用户健康出行。
在用户结束骑行时，所述客户端在接收到所述锁车信号后，还可根据所述共享单车位置信息以及所述空气质量实时监测地图生成骑行路径中沿途空气质量实时状况。
本发明提供的大气质量监测系统及方法与现有技术相比，至少具有以下优点：
第一，因为共享单车在城区内广泛分布，已经成为日常生活中的一种常用工具，有着大量的用户，因此将共享单车与大气质量监测结合，将带有GPS定位及气体传感器等模块的大气质量监测装置安置于共享单车上。由于共享单车具有很高的使用频率，可提供更多的监测数据及覆盖更多的位置，提高了对现有资源的利用，并能够产生大量的监测数据，实现了城区内全区域的空气质量监测，具有较好的移动性、实时性，共享性，解决了传统监测站点监测面积少、覆盖地区小、实时性较差等问题。
第二，本发明提供的基于共享单车的大气质量监测系统及方法，与现有的安置于汽车上的空气质量监测方案相比，汽车会在驾驶过程中排放尾气，对车身周围空气产生污染。而本发明采用的共享单车不产生尾气等污染气体，对传感器影响极小，结果更加精确。
第三，本发明提出的基于共享单车的大气质量监测系统及方法，可以生成空气质量监测实时地图，根据定位信息在地图上显示出各个共享单车的停车位置，以及该位置周围的空气质量信息。在用户出行时，通过选择骑行终点，可以根据服务器存储的空气质量信息，推荐出空气质量最佳的骑行路线。在用户结束骑行时，可以生成沿途中空气质量路线图，方便用户出行。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种大气质量监测方法，其特征在于，所述方法使用的大气质量监测系统包括：共享单车、大气质量监测装置和云服务器；
所述大气质量监测装置安装在所述共享单车上，用于通过共享单车的骑行采集不同地点近地面的空气质量信息；所述空气质量信息包括空气参数浓度信息、采集时间以及共享单车位置信息；
所述大气质量监测装置与所述云服务器通过网络连接，用于将采集的所述空气质量信息发送至所述云服务器；
所述云服务器用于根据所述空气质量信息生成空气质量实时监测地图；
所述大气质量监测装置具体包括：电源模块、气体传感器模块、GPS定位模块和微处理器；
所述电源模块分别与所述气体传感器模块、所述GPS定位模块和所述微处理器连接，用于为所述气体传感器模块、所述GPS定位模块和所述微处理器供电；
所述气体传感器模块与所述微处理器连接，用于将采集到的所述空气参数浓度信息发送至所述微处理器；所述空气参数浓度信息包括PM2.5、PM10颗粒物浓度以及O3、CO、SO2、NO2气体的气体成分浓度；
所述GPS定位模块与所述微处理器连接，用于将所述采集时间和所述共享单车位置信息发送至所述微处理器；
所述微处理器用于对所述空气质量信息进行处理，生成处理后的空气质量信息并存储；
所述大气质量监测装置还包括：通信模块；
所述通信模块与所述微处理器连接；所述通信模块与所述云服务器通过网络连接；所述微处理器通过所述通信模块将所述处理后的空气质量信息发送至所述云服务器；所述云服务器用于对所述处理后的空气质量信息进行数据处理，计算空气质量等级信息；
所述系统还包括：客户端；
所述客户端与所述云服务器连接，用于获取所述空气质量实时监测地图并显示；
在用户出行时，只要选择骑行终点，所述客户端即可根据云服务器存储的空气质量信息，推荐出空气质量最佳的骑行路线，方便用户健康出行；
所述大气质量监测系统的监测方法方括：
所述微处理器获取二维码扫描信号；
所述微处理根据所述二维码扫描信号开启所述电源模块进行供电，并根据所述二维码扫描信号控制所述气体传感器模块及所述GPS定位模块对所述空气质量信息进行周期性采集；
所述微处理器接收所述空气质量信息，并对所述空气质量信息做中位值平均滤波法以及卡尔曼滤波算法滤波处理，生成处理后的空气质量信息；
所述微处理器获取锁车信号；
所述微处理器根据所述锁车信号开启所述通信模块，通过所述通信模块将所述处理后的空气质量信息发送至所述云服务器；
所述云服务器对所述处理后的空气质量信息进行数据融合处理，生成空气质量实时监测地图；
所述云服务器对所述处理后的空气质量信息进行数据融合处理，生成空气质量实时监测地图，具体包括：
根据所述处理后的空气质量信息中的所述空气参数浓度信息生成空气质量等级以及空气质量指数；
获取大气质量监测区域地图；
根据所述处理后的空气质量信息中的所述采集时间和所述共享单车位置信息，在所述大气质量监测区域地图上标注对应位置的所述采集时间、所述空气参数浓度信息、所述空气质量等级以及所述空气质量指数，生成所述空气质量实时监测地图。
2.根据权利要求1所述的一种大气质量监测方法，其特征在于，所述电源模块具体包括：太阳能电池板和降压稳压模块；
所述太阳能电池板固定在所述共享单车上，用于将太阳能转化为电能；
所述降压稳压模块的输入端与所述太阳能电池板电连接，输出端分别与所述气体传感器模块、所述GPS定位模块、所述微处理器以及所述通信模块连接，用于储存太阳能电池板的电能以及对所述电能的电压进行降压稳压后为各个模块供电。
3.根据权利要求1所述的大气质量监测方法，其特征在于，在所述微处理器接收所述空气质量信息，并对所述空气质量信息做中位值平均滤波法以及卡尔曼滤波算法滤波处理，生成处理后的空气质量信息的步骤之后，还包括：
所述微处理器按照所述云服务器的数据接收格式对所述处理后的空气质量信息进行封装存储。
4.根据权利要求1所述的大气质量监测方法，其特征在于，在所述微处理器根据所述锁车信号开启所述通信模块，通过所述通信模块将所述处理后的空气质量信息发送至所述云服务器的步骤之后，还包括：
所述微处理器断开所述电源模块与所述气体传感器模块、所述GPS定位模块以及所述通信模块的连接，停止为所述气体传感器模块、所述GPS定位模块以及所述通信模块供电。
5.根据权利要求1所述的大气质量监测方法，其特征在于，在所述云服务器对所述处理后的空气质量信息进行数据融合处理，生成空气质量实时监测地图的步骤之后，还包括：
所述客户端获取所述空气质量实时监测地图并显示；
所述客户端获取用户的当前共享单车位置信息；
所述客户端将所述当前共享单车位置信息在所述空气质量实时监测地图中显示。
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