CN108603945A - 大气传感器网络及与其相关的分析信息系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大气信息网络，其包括：用于提供地球全球覆盖的一组基于低轨道地球卫星的传感器；一个或多个地面传感器网络；以及一个或多个移动式传感器网络。上述构成部分都能够操作以收集实时数据或近实时数据。所述大气信息网络还包括：从其他的政府和商业大气数据源搜集的数据；以及用于数据缩减、数据分析、信息关联、数据融合、建模、对空气污染和风力的实时或近实时大气状况的报告、对空气污染和风力的未来大气状况的预测的软件算法和处理。这些信息在计算机或移动设备显示器或者电子广告牌上以地理空间及信息图表的格式演示出来。

Description

大气传感器网络及与其相关的分析信息系统
本发明包括受到著作权保护的材料。在专利公开内容出现于专利商标局的文件和记录中时，著作权人不反对任何人对专利公开内容进行复制，但是在其他方面保留所有著作权。
相关申请的交叉参考
不适用。
技术领域
一般地，本发明涉及感测和数据分析的领域。具体地，本发明涉及大气化学和风力过程的计算机自动化数据融合、大气建模和预测，重点在于空气污染以及空气污染对健康的影响。
资助研究声明
无。
背景技术
空气污染是全球大气系统中的三维(3D)动态过程。现今存在有大量的由许多地球观测机构收集的空气污染数据，但是，由于多种因素，使得从这些数据中提取可行性信息的能力是有限的，这些因素包括：(i)零碎的、不完整的地面网络和有限的通常仅能观察一小片大气的空间监测；(ii)从观测点到终端用户的数据流通常不会实时地或者近实时地发生；(iii)以“快照”格式或者大多以二维(2D)方式来捕捉数据，这限制了对空气污染运动的理解能力和诸如追溯空气污染直至其源头等所期望方面。
另外的几个因素阻碍了创建可行性空气污染信息的能力，这些因素包括如下事实：大多数现存数据是片段的和难以使用的，且通常被设置为用于科学研究的格式，而且尚未实现广泛的数据整合。具体地说，历史数据与实时数据的整合还不是普遍可用的；这种信息与预测分析模型的整合还不是普遍可用的；而且，空气污染数据与相应的风力数据的整合还不是普遍可用的。另外，仅采用了呆板的使数据可视化的方法，这极大地限制了洞察力的产生。将上述后者与采用策略性可视化方法进行对比，该策略性可视化方法将信息演示按照观众/客户的具体需求进行定制并且吸引了人们的注意。
美国环境保护署(EPA：Environmental Protection Agency)、欧洲环境署(EEA：European Environment Agency)和中国政府是现有地面网络背后的主要驱动者之一。在美国和欧洲以外，只存在极少的可靠的地面网络监测。美国的地面空气质量监察系统由被命名为“SLAMS”、“NAMS”和“PAMS”的监测站的网络组成，而且，SLAMS或者说州和地方空气监测站，其测量环境的污染物浓度(对此已经设立了标准)。NAMS或者说国家空气监测站，其是SLAMS的子站，并且是城市地区长期空气监测网络，其提供了成体系的、一致的用于空气质量比较和趋势分析的数据库。这些站点必须符合更严格的选址、设备类型和质保标准。PAMS或者说光化学监测站，其也是SLAMS的子站，并且其在夏季臭氧季节期间内监测作为臭氧前体的挥发性有机化合物。
目前，存在一系列具有空气污染数据收集能力的卫星；它们包括：例如，Terra、Aqua、Aura、MetOp和GOES等。有效负载对美国和欧洲某些地区的空气污染的某些方面进行衡量。由于这些卫星大多数是低地球轨道的设计，所以数据监测更多地以一天为单位发生，而不是以小时为单位发生。来自这些卫星的数据反馈不会主动地与各个国内地面网络融合。因此，目前迫切的需求在于有效地确保如下数据的收集：实时或者近实时数据、以及与从用于汇集这样的信息源的其他政府和商业大气数据源收集的数据。鉴于上述情况，就需要能够集成、合成和创新的综合性方法来妥善地解决空气污染信息机遇。这是一个成本推动型的机遇，其涉及每年在诸如医疗保健和农业等领域中会损失的数千亿美元。
发明内容
本发明提供了一种大气信息网络，其旨在在计算机和移动设备上向终端用户提供与风力和天气信息融合的实时或近实时空气污染信息。该系统部分地包括用于提供地球全球覆盖的一组(“群体”)基于低轨道地球卫星的传感器、一个或多个地面传感器网络、以及一个或多个移动式传感器网络，这些组成部分全部用于收集实时数据或近实时数据。另外，本发明的系统还从政府、非政府、第三方和商业大气数据源获得数据，并且对来自所有这些数据源的数据执行数据融合操作，以提供增强后的信息。这样的政府、非政府、第三方和商业数据源可以是基于卫星的、或者基于地面的、或者基于船舶移动设备的、或者基于车载移动设备的、或者基于终端用户手持装置移动设备的、或者上述这些的任意组合。
另外，本发明的系统部分地还包括用于数据缩减、数据分析、信息关联、数据融合、建模、对空气污染和风力的实时或者近实时大气状况的报告、以及对空气污染和风力的未来大气状况的预测等的过程。本发明的目的是定期提供全球大气模型，其中包括从所有信息源收集的空气污染信息、风力信息和可用天气信息，以创建空气污染和相关的大气状况的全球图像。该全球模型可以在单处理操作中运行，或者可以基于地球各区域或基于其他划分标准而被分解成多个部分，并且可以在该系统自身的计算设施内的并行处理或者顺序处理中运行。替代地，该模型的周期性计算可以在为该系统提供的外部计算服务中运行。所得的信息在计算机或者移动设备显示器上以地理空间和信息图表的格式而被演示出来。
多边数据源支持基于随机感测到的本地状况的多种反馈路径、动态信息更新和信息质量改进。另外，所得的信息还能够借助于软件算法而被解释，以向终端用户呈现态势感知信息和可行性顾问服务。
另外，本发明的系统部分地还包括终端用户，各终端用户被统称为用户社区。用户社区的成员可任选地以存储在本发明系统的存储模块中的健康概况数据的形式提供个人健康信息。对这类终端用户的顾问服务可基于与个体终端用户健康信息的相关性来定制，以提供可配置的警戒等级及情景相关信息。
此外，携带了装载有机载空气污染传感器、且能够将这类数据向系统传输的移动平台的用户能够将这样感测到的空气污染信息提供给系统。这类数据被纳入至全球模型的定期更新中。
本发明的这些和另外的特征将会在进一步参考如下说明和附图后变得更易理解。
附图说明
根据如下的对附图中所示的实施例的说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更清楚，在附图中，相同的附图标记在各附图中指代相同的部分。附图不一定是按照比例绘制的，而使将重点放在说明本发明的原理上。
图1示出了本发明系统的主要组件和数据流的系统图。
图2示出了作为数据收集网络的卫星群体的概念性示意图。
图3示出了具有双传感器套件和地面跟踪功能的卫星的概念性示意图。
图4示出了具有双传感器套件和地面跟踪功能的卫星的替代配置的概念性示意图。
图5示出了卫星传感器数据取回路径的概念性示意图。
图6示出了地面传感器站套件的概念图。
图7示出了替代的地面传感器站套件的概念图。
图8示出了地面数据收集网络拓扑结构的概念性示意图。
图9示出了地面传感器网络中的密度可变的传感器网格布局。
图10示出了数据缩减、数据分析和数据融合的示意图。
图11示出了信息演示的示意图。
具体实施方式
尽管在下文中对本发明的各种实施例的制造和使用进行了详细讨论，但应当理解的是，本发明提供了许多可应用的能够在各种各样的特定环境下予以实施的发明概念。此处讨论的具体实施例仅说明了制造和使用本发明的具体方法，并不界定本发明的范围。
本说明书中提到的所有出版物和专利申请表明了本发明所属领域的技术人员的技术水平。所有的出版物和专利申请均通过引用而被并入本文中，其引用程度如同每个单独的出版物或者专利申请被具体地且单独地指出从而通过引用而被并入。
现在，将参照附图在下文中更全面地描述本发明，这些附图构成了本发明的一部分并且以解释的方式示出了具体的示例性实施例。然而，本发明的主题能够以各种不同的形式来实施，而且因此，所覆盖的或所要求保护的主题旨在被解释成不限于本文中提出的任何示例性实施例；示例实施例仅仅是为了解释而提供的。类似地，所要求保护的或者所覆盖的主题应当具有合理宽度的范围。除此之外，例如，主题能够被实现为各种方法、装置、构件或者系统。因此，下列的详细描述并非旨在采用其限制意义。
在整个说明书和权利要求书中，术语可以具有超出了明确表述的含义的在上下文中暗示或者隐含的有细微差别的含义。类似地，本文中使用的短语“在一个实施例中”不一定指代相同的实施例，并且本文中使用的短语“在另一实施例中”不一定指代不同的实施例。例如，所要求保护的主题应当包括示例性实施例的全部或者部分的组合。
通常，术语能够至少部分地根据在上下文中的使用来理解。例如，本文中使用的诸如“和”、“或者”或“和/或”等术语可以包括多种含义，这些含义至少部分地取决于使用了这些术语的上下文而定。通常，如果“或者”用于关联连词(例如“A、B或者C”)，则其可以意指A、B和C，此处以包含的意义来使用，或者可以意指A、B或C，此处以排他的意义来使用。另外，本文中使用的术语“一个或多个”，其至少部分地取决于上下文，可以用来以单数的意义描述任意特征、结构或者特性，或者可以用来以复数的意义描述各特征、结构或者特性的组合。类似地，术语“一个”、“一种”或者“该”也可以理解成单数用法或者理解成复数用法，这至少部分地取决于上下文。另外，术语“基于”可以理解成不一定表示要素的排他性集合，反而可以允许存在有未必明确描述的额外要素，同样地这也至少部分地取决于上下文。
下面，参照方法和装置的流程图和操作图来说明本发明。应当理解的是，框图或操作图中的每个框以及框图或操作图中的某些框的组合能够以模拟硬件或数字硬件和计算机程序指令的方式来实现。这些计算机程序指令能够被提供给通用计算机、专用计算机、ASIC或者其他可编程数据处理设备，使得经由计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器而被执行的这些指令能够实现该系统流程图或者操作框中所规定的功能/动作。在一些替代实施例中，各框中所记录的功能/动作可以不按操作图中所记录的顺序发生。例如，取决于所涉及到的功能/动作，连续示出的俩个框实际上能够基本上同时予以执行，或者这些框有时能够以相反的顺序执行。
为本发明的目的，计算机可读介质((一个或多个)计算机可读存储介质)以机器可读形式来存储计算机数据，该数据可以包括能够由计算机执行的计算机程序代码(或者计算机可执行指令)。作为非限制的示例来说，计算机可读介质可以包括：用于有形或者固定地存储数据的计算机可读存储介质；或者用于对包含代码的信号及进行瞬时解释的通信介质。本文中使用的计算机可读存储介质指的是(针对于信号来说的)物理或者有形存储，并且包括(但不限于)以用于有形地存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其他数据等信息的任意方法或者技术而实现的易失性和非易失性的、可移除和不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他固态存储器技术、CD-ROM、DVD或其他光学存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者能够用于有形地存储所期望的信息或者数据或者指令的并且能够被计算机或者处理器访问的任何其他的物理或者材料介质。
为本发明的目的，术语“服务器”应当理解成指代用于提供处理、数据库和通信设施的服务点。作为非限制的示例来说，术语“服务器”可以指代具有相关联的通信和数据存储装置和数据库设施的单个物理处理器，或者该术语“服务器”可以指代各处理器和相关的网络及存储设备的网联或者群联复合体，也可以指代操作软件和一个或多个数据库系统及用于支持该服务器所提供的服务的应用软件的网联或者群联复合体。服务器可以在配置或者性能上有很大差异，但服务器通常可以包括一个或多个中央处理单元且包括存储器。服务器也可以包括一个或多个大容量存储设备、一个或多个电源、一个或多个有线或无线网络接口、一个或多个输入/输出接口、或者一个或多个诸如Windows Server、Mac OS X、Unix、Linux、FreeBSD、Android、Chrome OS等操作系统。
为本发明的目的，网络应当理解成用于指代能够与设备连接而使得可以在例如服务器与用户端设备或其类型设备之间(例如，包括在经由无线网络而被连接起来的无线设备之间)进行通信交换的网络。网络也可以包括大容量存储，例如，网络附加存储(NAS：network attached storage)、存储区域网络(SAN：storage area network)或者其他形式的计算机或机器可读介质。网络可以包括因特网、一个或多个局域网(LAN：local areanetwork)、一个或多个广域网(WAN：wide area network)、有线类型连接、无线类型连接、蜂窝或者它们的任何组合。类似地，可以采用不同的架构或者可以与不同的协议兼容或者共用的子网络能够在更大的网络内交互操作。例如，可以使各种类型的设备针对不同的架构和协议而提供可交互操作的能力。作为一个示意性示例，路由器能够提供其他分离和独立的LAN之间的链路。
例如，通信链路或者信道可以包括：模拟电话线路，诸如双绞线；同轴电缆；全数字线路或者部分数字线路，包括T1、T2、T3或者T4型线路；综合业务数字网络(ISDN：Integrated Services Digital Network)；数字用户线路(DSL：Digital SubscriberLine)；光纤网络；无线链路，包括卫星链路；或者例如本领域技术人员可能已知的其他的通信链路或者信道。另外，例如，计算设备或者其他相关的电子设备可以例如经由电话线路或者链路远程地连接到网络。
为本发明的目的，“无线网络”应当理解成利用某种形式的无线电通信使客户端设备连接到网络。无线网络可以采用独立自组织网络(stand‐alone ad‐hoc network)、网状网络、无线LAN(WLAN)、蜂窝网络等。另外，无线网络还可以包括通过无线的无线电链路等而被连接起来的终端、网关、路由器等的系统，其能够自由地、随机地移动或者能够任意地组织它们自身，以使得网络拓扑结构可以改变，甚至有时能够快速地改变。另外，无线网络还能够采用多个网络接入技术，包括：长期演进(LTE：Long Term Evolution)、WLAN、无线路由器(WR：Wireless Router)网、或者第二、第三或第四代(2G、3G或4G)蜂窝技术等。例如，网络接入技术能够实现诸如具有不同程度的移动性的客户端设备等设备的广域覆盖。
例如，网络能够经由一个或多个诸如全球移动通信系统(GSM：Global System forMobile communication)、通用移动电信系统(UMTS：Universal MobileTelecommunications System)、通用分组无线业务(GPRS:General Packet RadioService)、增强数据GSM环境(EDGE:Enhanced Data GSM Environment)、3GPP长期演进(LTE)、LTE高级、宽带码分多址(WCDMA:Wideband Code Division Multiple Access)、蓝牙、802.11b/g/n等网络接入技术来实现射频(RF)或者无线型通信。无线网络实际上可以包括如下的任何类型的无线通信机制：信号能够通过该无线通信机制在诸如客户端设备或者计算设备等设备之间、在网络之间或者在网络内等进行通信。
计算设备能够例如经由有线或者无线网络发送或者接收信号，或者能够例如在物理存储状态下的存储器中处理或者存储信号，并且因此能够作为服务器而进行操作。因此，例如，可作为服务器进行操作的设备可以包括专用机架式服务器、台式计算机、笔记本计算机、机顶盒、结合了诸如前述设备的两个或更多个特征等各种特征的集成设备等。服务器在配置或者性能上可以有较大差异，但是服务器通常包括一个或多个中央处理器且包括存储器。服务器也可以包括一个或多个大容量存储设备、一个或多个电源、一个或多个有线或者无线网络接口、一个或多个输入/输出接口、或者一个或多个诸如Windows Server、Mac OSX、Unix、Linux、FreeBSD、Android、Chrome OS等操作系统。
为本发明的目的，监测(或传感器或用户)设备可以包括诸如传感器等装置，该装置可以进一步包括能够例如经由有线或无线网络发送或者接收信号的一个或多个计算设备。例如，监测设备可以包括：台式计算机或者便携式设备，例如蜂窝电话、智能电话、显示寻呼机、射频(RF)设备、红外(IR)设备、近场通信(NFC：Near Field Communication)设备、个人数字助手(PDA：Personal Digital Assistant)、手持式计算机、平板计算机、笔记本计算机、平板手机；智能服饰；机顶盒；可穿戴式计算机；结合了诸如上述各设备的特征等各种特征的集成设备等。
监测设备在性能或特征方面可以是不同的。所要求保护的主题旨在覆盖各种各样的潜在变型。例如，设备可以包括数字小键盘或者有限功能的显示器，例如用于显示文本的单色液晶显示器(LCD:liquid crystal display)。然而，相反，作为另一个示例，网络版监测设备可以包括一个或多个物理或者虚拟键盘、大容量存储器、一个或多个气体传感器、温度计、气压计、火探测器、加速器、一个或多个陀螺仪、全球定位系统(GPS：globalpositioning system)或者其他位置识别型性能，或者诸如触摸感应的彩色2D或3D显示器等具有高度功能的显示器。
监测设备可以包括或者可以执行各种各样的操作系统，这些操作系统包含诸如Windows、iOS或Linux等个人计算机操作系统或者诸如iOS、Android、Chrome OS或WindowsMobile等移动操作系统。监测设备可以包括或者可以执行各种各样的可能应用，例如使得能够与其他设备通信的软件应用，该通信例如是经由电子邮件、通信链路、短消息服务(SMS：short message service)或多媒体消息服务(MMS：multimedia message service)(包括经由诸如社交网络等网络)来通信一个或多个消息。监测设备也可以包括或者可以执行用于通信诸如文本内容、多媒体内容等内容的应用。检测设备也可以包括或者可以执行用于执行各种各样可能任务的应用，该任务例如是指浏览、搜索、显示各种形式的内容，该内容包括本地存储的视频或流视频(streamed video)。上述文字是为了说明所要求保护的主题旨在涵盖各种各样的可能特征和性能。
本文中描述的原理可以以许多不同的形式来实现。本发明的系统包括计算设备和配置软件，所述配置软件能够使计算设备捕捉和存储来自隔离的和各种各样的远程客户端设备的信息，所述远程客户端设备包括大气监测设备和指示器。该系统包括用于从多个监测仪器收集仪表数据的计算机或者其他可编程数据处理装置的处理器。配置软件提供了用于与各种不同的仪表系统通信的方法。
参照图1-图11，它们提供了本发明的系统的示意性实施例。主要的计算机处理器、服务器或者包含根据本文中的特殊目的功能而被编程的硬件的设备的组合(为方便起见，称为可编程的逻辑系统)可以包括：网络模块、可编程逻辑模块、数据提取模块、比较模块和结果模，它们用于实现数据关联、来源关联、地理空间关联、地理空间值表面映射、风力和天气数据关联、前瞻性预测全球空气污染建模、四维动画、健康关联、健康护理信息融合等等。应当理解的是，这里讨论的引擎和模块不是排他性的，因为附加的或者更少的引擎和/或模块可应用于所讨论的系统和方法的实施例。通用计算机中的特定编程包括可编程逻辑模块和结果模块，它们用于产生本发明的功能方面所需的数据。本发明的处理可以通过可编程逻辑系统来执行，并且集中于处理数据以实现本文中讨论的逻辑和顺序方法。
因此，在本发明的示例性实施例中，提供了用于将计算装置集成到仪表控制系统中的系统，该仪表控制系统具有适于连接到大气传感器和设备控制装置的可编程逻辑系统，其中，该计算装置可操作地连接到可编程逻辑系统，该计算装置具有处理器、主存储器区域和配置软件；所述计算装置在所述处理器被装载至主存储器中时能够由该所述处理器操作。所述配置软件具有：用于重新配置可编程逻辑系统以与大气传感器及仪表控制装置进行通信的手段；和用于基于来自大气传感器的输入来配置警报的手段，该大气传感器用于通知有害空气污染成分的预定浓度。
因此，本发明的一个实施例提供了一个系统，其包括一系列硬件组件、一系列软件组件、数据接收和数据传送过程、分析和演示过程、以及适用于在传统计算机设备和移动式计算机设备上操作的信息演示软件。在该系统中，由一组(“群体”)低轨道地球卫星传感器组成的大气信息网络提供地球全球覆盖。在该系统中，该大气信息网络连同一个或多个地面传感器网络以及一个或多个移动式传感器网络都能够操作以便收集如下数据：实时或者近实时数据；以及从其他政府、非政府、第三方和商业大气数据源收集的数据。在该系统中，还具有用于数据缩减、数据分析、信息关联、数据融合、建模、对空气污染和风力的实时或者近实时大气状况进行报告、以及对空气污染和风力的未来大气状况进行预测的软件算法和处理。这些信息在计算机或移动设备显示器上以地理空间及信息图表的格式演示出来。多边数据源支持基于随机感测到的本地状况的多种反馈路径、动态信息更新和信息质量改进。另外，所得的信息还可以通过软件算法予以解释，且向终端用户呈现态势感知信息和可行性顾问服务。另外，这些顾问服务还能够基于与个体终端用户健康信息的相关性来定制，这提供了可配置的警戒等级及情景相关信息。如下的用户构成了用户社区：已经提供了存储在为此目的的系统中的个人健康信息概况的用户；和携带有装载有机载空气污染传感器、且能够向该系统传送这类数据的移动平台的用户。
在一个实施例中，本发明感测和收集实时的和近实时的全球空气污染数据，并且基于来自作为该系统的一部分的传感器网络的这些数据以及来自外部数据库和由他方操控的传感器网络的合并信息来关联、分析、转换、存储和演示空气污染信息。在另一个实施例中，所述系统发挥如下作用：利用这种数据，部分地基于一般人体状况和个体终端用户的特定健康概况向终端用户提供可行性信息和推荐，所述个体终端用户已经向该系统提供了他们的健康信息以供比较。所述系统的另一实施例向外部的政府、非政府、第三方和商业机构提供这种空气污染信息，使得他们能够将这种信息集成到他们自己的演示系统和推荐过程中。
另一实施例提供了近实时的全球卫星源污染数据，该数据是规范化的、与地面污染数据及其他数据关联化的、且针对终端用户而个性化的，并且能够安全地传送至台式计算机或者移动设备，该台式计算机或者移动设备可选地作为软件应用服务。
另一实施例提供了近实时的全球卫星源污染数据，其中，预测性预报显示了规范化的、关联化的、个性化的或者终端用户专用的数据，以作为安全的用于智能国家一体化和/或消费者电子产品一体化的企业到企业的服务。
本发明的另一实施例提供了一种全球近实时污染数据系统，该系统用于从卫星群体以及地面站传感器和其他数据源获得数据，并且经由用于商业消费的安全v6网络传送这种规范化的、关联化的和个性化的数据，以作为用于移动通信装置的企业到企业软件应用服务。
还存在一个实施例，其提供了一种全球近实时污染数据系统，该系统用于从卫星群体以及地面站传感器和其他数据源获得数据，该数据是规范化的、关联化的和个性化的，以作为用于保险数据中心、企业合规化和国家合规机构的企业到企业软件应用服务。
本文中公开的实施例还提供了一种全球近实时污染数据系统，，该系统用于从卫星群体以及地面站传感器和其他数据源获得数据，该数据被规范化、关联化、且被显示在机场的航班时刻表显示板上，以提供目的地空气污染状况报告和预测。
另外，本文的实施例提供了一种全球近实时污染数据系统，该系统用于从卫星群体以及地面站传感器和其他数据源获得数据，该数据被规范化、关联化、且被显示在城市道路信息显示器的情景中。
在另一个实施例中，全球近似实施污染数据系统从卫星群体以及地面站传感器和其他数据源获得数据，该数据被规范化、关联化、且被显示在天气信息显示器的情景中。
在另一个实施例中，全球近似实施污染数据系统从卫星群体以及地面站传感器和包括历史数据源的其他数据源获得数据，该数据被规范化、关联化、且被显示在房地产信息地图的情景中。
在图1中，由18到26个个体卫星100组成的低轨道地球卫星的卫星组(“群体”)105用作传感器平台。每个卫星均携带有一套空气污染传感器，并且在越过地球表面时，每个卫星测量大气中与人类有关的一组空气污染成分。在系统的一个实施例中，每个卫星还携带有光学或者射频探测器(sounder)，以提供第三维信息。在系统的另一实施例中，每个卫星还携带一组天气传感器，以提供用于补充外部天气数据源的天气信息。这些卫星提供了地球表面上的完整或几乎完整的地理空间覆盖，并且提供了时间覆盖，以使得按照极少超过一个小时的时刻表再次访问地球上的每个点。
空气污染数据被通信至数据库160，该数据库160被配置为用于保持未转换的数据(称为“L0数据”)和已经仅被转换一次的数据(称为“L1”数据)，该数据库160在下文中称为L0数据和L1数据的数据库。
卫星群体105上的传感器装置借助于在卫星传感器管理计算机系统110上运行的卫星传感器管理软件115而被管理。卫星传感器管理软件115向含有校准信息和测试数据的数据库120传输数据130，且从含有校准信息和测试数据的数据库120传输数据130，而且向个体卫星100传输125控制信号和校准调节指令，且从个体卫星100传输125控制信号和校准调节指令，以调节和校准传感器功能。
该系统还从外部数据库155中所保持的外部数据源传输168空气污染数据、风力和天气数据，该外部数据库155与由政府、非政府组织、第三方和商业机构操控的数据收集网络关联。这些数据也存储在L0数据和L1数据的数据库160中。
在该系统的实施例中，地面传感器站135的网络和本地数据汇集计算机节点140被部署在地球表面上或者地球表面附近的网络网格中的所选位置。这些传感器站收集本地空气污染数据，并且这种数据被传输210至L0数据和L1数据的数据库160。
在该系统的另一个实施例中，移动式传感器站275的网络被部署在全球的远洋轮船270上。通过该网络收集的空气污染数据经由作为系统的一部分的转发站或者经由由他方操控的转发数据路径被传输280至L0数据和L1数据的数据库160。
在该系统的另一实施例中，汽车移动式传感器站260的网络被部署在机动车辆255上。通过该网络收集的空气污染数据经由作为系统的一部分的转发站或者经由由他方操控的转发数据路径被传输265至L0数据和L1数据的数据库160。
在该系统的另一实施例中，移动式航空传感器站283的网络被部署在飞行器282上。通过该网络收集的空气污染数据经由作为系统的一部分的转发站或者经由由他方操控的转发数据路径被传输284至L0数据和L1数据的数据库160。
在该系统的另一实施例中，移动式航空传感器站287的网络被部署在无人飞行器系统(所谓的无人机)285上。通过这种网络收集的空气污染数据经由作为系统的一部分的转发站或者经由由他方操控的转发数据路径被传输288至L0数据和L1数据的数据库160。
在该系统的另一实施例中，移动式航空传感器站291的网络被部署在类似飞行器的被设计用于长时间飞行的无人飞行器系统(所谓的无人机)290上。通过这种网络收集的空气污染数据经由作为系统的一部分的转发站或者经由由他方操控的转发数据路径被传输292至L0数据和L1数据的数据库160。
在该系统的另一实施例中，移动或系留式(tethered)航空传感器站295的网络被部署在气球状的或者轻于空气的被设计用于长时间飞行或定位于高空位置处的无人飞行器系统(所谓的浮空器式无人机)294上。通过该网络收集的空气污染数据经由作为系统的一部分的转发站或者经由由他方操控的转发数据路径被传输296至L0数据和L1数据的数据库160。
该系统以规律性周期进行定期地处理空气污染数据，或者临时地处理空气污染数据。分析软件模块165从L0数据和L1数据的数据库160中取出215各组的L0数据和L1数据，并且使该数据经历一系列分析步骤。处理结果可以包括(但是不限于)：能够针对个体参数进行演示的空气污染信息、地理空间关联、时间关联、与风力数据和其他天气过程的关联、与大气模型的合并、前瞻性预测、基于各信息模式的协同发现的信息、以及可行性推荐。模型处理的结果时常根据已知的一系列状况和后果进行证实。处理的结果被传输220到用于存储信息的已分析信息数据库170中。
已分析信息数据库170中的所存储的空气污染信息和其他信息被传输到演示软件模块175。该演示软件模块能够经由应用编程接口(“API”：application programminginterface)将信息批量地向前传递250到诸如商业客户等另一个机构，以供其使用。可替代地，演示软件模块175能够将信息传递给在终端用户固定计算机180中显示的基于演示浏览器的网页应用185(他方的常规技术)，或者演示软件模块175可以将信息传递给在移动计算机/移动智能手机190上运行的演示软件移动应用195(他方的常规技术)。可替代地，演示软件模块175可以将信息传递给电子广告牌，例如其可以由政府或者商业机构操控并且对公众是可视的。
传递给终端用户的信息可以包括已分析信息数据库170中所保持的信息类型中的任一者，这些信息类型可选地包括与特定的终端用户有关的基于他/她的健康概况的可行性信息和/或推荐。
在系统的另一实施例中，终端用户设备(固定计算机180和/或移动计算机/移动智能手机190)包含由他方构建的空气污染传感器站145、150，可替代地，终端用户设备能够用来向L0数据和L1数据的数据库160发送数据。传感器站150的部署能够位于自行车、气球、行人交通工具、无人机或者任何其他常规的移动平台上。(计算机180中的)基于演示浏览器的网页应用或者(移动设备190中的)演示软件移动应用向该系统发送240、245作为反馈的空气污染测量数据，该数据然后存储在L0数据和L1数据的数据库160中。然后，这种数据被包括在下一次按计划的或者临时轮次的分析中，并且这种数据用于提高本地的空气污染信息演示的质量。另外，可包括计算机180或者智能手机或平板设备190的手持平台298能够由系统用户297部署在任何周围环境中，在该手持平台298中，空气污染观测数据和任何其他的周围环境数据能够传送至数据存储器160。
卫星群体被设计成按照被市场识别为实时或者近实时的时间增量而传送全球空气污染数据。在数据“新鲜度”被最大化的同时，传送花费时间被最小化。参照图2，在一个实施例中，一个群体包括：围绕地球286的共计八个卫星轨道平面293，其中每个平面存在三个具有传感器站的卫星100；以及两个备用卫星，所以共计26个卫星。这些轨道平面均匀地分布在地球周围，并且被布置在大约800千米海拔高度处的太阳同步轨道中。在另一个实施例中，轨道平面的数量可以是不同的，并且每个轨道平面中的卫星数量也可以是不同的。
该系统的初始卫星传感器装置提供了关于诸如臭氧、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳和气溶胶等空气污染成分的数据的监测和传送。在该系统的整个使用寿命中，该系统被附加的卫星补充。随着稍晚发射的卫星被增加到该群体中，就增加了额外的空气污染成分传感器和分析能力。
参照图3，每个卫星300监测来自地平面的、穿过平流层的大气污染物。多光谱传感器设备套件310通过接收用光学器件315来监测紫外、可见光、近红外、短波红外和热红外波段中的大气痕量气体(trace gas)和气溶胶。这种波段光谱能够实现大气污染物的日间监测和夜间监测。
覆盖是指当卫星在地球表面305上沿地面轨迹340移动时该卫星所经过的地球表面上的感测区域。覆盖幅带(或幅带)是该覆盖的感测宽度分量。在一个实施例中，每个卫星具有用于其传感器的两个幅带330、335，其中这两个幅带是大致相等地分割的，并且具有一些重叠。
每个卫星均配备有光学或者射频探测器320，该探测器用于直接地或者间接地将光学或者射频信号向下发射到地面，并且读取且存储沿着光学或者射频波束中心线325接收到的返回回波数据。这种设备向空气污染数据提供了附加的数据，这有助于空气污染数据的三维表征。
在一个实施例中，两个幅带是相同的，并且整个幅带被均匀地分割330、335。
参考图4，在另一实施例中，两个幅带是不同的。在这种情况下，如上所述，每个卫星300监测从地平面穿过平流层的大气污染物。多光谱传感器设备套件310通过接收用光学器件315来监测大气痕量气体和气溶胶。每个卫星均配备有光学或者射频探测器320，该探测器用于直接地或者间接地将光学或者射频信号向下发射到地面，并且读取且存储沿着光学或者射频波束中心线325接收到的返回回波数据。然而，在该实施例中，使用了具有不同宽度的两个幅带，以实现专用空气污染监测和特殊事件监测。用于专用空气污染监测的宽幅带传感器具有超过1000千米的幅带405，并且提供了在地球表面的任何部分上的不长于一小时的重新访问时间。用于特殊事件(例如，火山喷发、森林火灾等)监测的窄幅带传感器覆盖了超过300千米的幅带410，并且能够选择性地作为覆盖了整个宽幅带传感器覆盖的三个区域中的一者。每个传感器均具有能够实现高保真分辨率的地面采样距离。每个传感器均提供3D图像，并且尤其是提供了从地球表面穿过至平流层的大气痕量气体和气溶胶的直方柱高度信息。具有宽幅带的传感器和具有窄幅带的传感器的组合提供了大气柱的立体覆盖和独特的模型验证性能。其他的实施例可以利用不同的可选的宽幅带和窄幅带比例来实现额外的功能。
由个体卫星收集的空气污染传感器数据和其他数据被下载到系统数据库。参照图5，在系统的一个实施例中，每个卫星100收集数据，并且通过无线电通信链路510向地球表面305上的地面通信站505定期地传递所述数据。然后，该数据被传输515至因特网520中的商业服务，并且最终被传输525到L0数据和L1数据的数据库160。
在系统的另一实施例中，每个卫星100收集数据，并且通过无线电通信链路527向被设计用于高容量数据通信、通常(但不排他地)位于围绕地球的地球同步轨道中的另一卫星526周期性地传送所述数据，然后，从该另一卫星526通过无线电通信链路528将所述数据传送到地球表面305上的地面通信站505。然后，该数据被传输515到因特网520中的商业服务，并且最终被传送525到L0数据和L1数据的数据库160。
该系统的重要数据源是由政府部门、非政府机构、其他第三方和商业公司收集的数据。参照图1，这种数据通常存放在可公开地访问的数据库或者私人持有的外部数据库155中。这种数据可通过由这些机构规定的应用编程接口(“API”)来访问。该系统定期地或者非同步地传输这种数据168，并且将该数据未经改变地存储在L0数据和L1数据的数据库160中。这种数据的数据源包括NASA、EPA和经由他们自己的数据收集传感器网络来收集空气污染、风力和天气数据的很多非美国机构。
一些这样的数据可以来源于由他方操控的、且与该系统自己的构件135、140类似的传感器站的固定地面站网络，或者也可以来源于由他方操控的、且与该系统自己的构件255、260、270、275类似的移动或海洋传感器站网络。
在该系统的一个实施例中，地面传感器站的网络用于收集本地空气污染数据。参照图6，每个传感器站套件包括：气密性密封的传感器站容器600，其具有用于允许测量空气的流量控制装置，该流量控制装置包括空气进气管615、用于除去微粒的空气进气过滤器610和用于控制空气温度的空气调节单元。附加的控制设备包括：无线电通信模块620；计算机控制模块625和相关软件，所述相关软件用于控制和协调传感器站中的所有其他设备的操作；用于数据输出的数据电缆，所述数据电缆具有连接器630；以及用于向整个传感器站供电的电力供应模块635，其具有电力电缆和连接器640。
每个传感器装置可以是常规技术。在气密性密封的壳体外部的颗粒传感器探头645收集含有颗粒的空气，以便由颗粒分析传感器650进行分析。传感器站还包括臭氧传感器655、一氧化碳传感器/分析器660、二氧化硫/硫化氢传感器/分析器665、氮氧化物和氨传感器/分析器670以及挥发性有机化合物传感器/分析器675。在该系统的一个实施例中，可以包括诸如放射性传感器等其他传感器/分析器680。除颗粒传感器之外的所有传感器装置都对从气密性密封的传感器站容器600内获得的过滤空气起作用。每个传感器站可以与标准气象站605一起安装，并且协同其自身的传感器收集来自气象站的信息。
在该系统的另一实施例中，地面传感器站的网络被用来收集本地空气污染数据，其中，各传感器站具有稍微有限的需要极少维护或者不需要维护的性能。参照图7，每个这样的这种传感器站容器700是密封的，并且包含无线电通信模块710、电源模块715、电源电缆和连接器725、计算机控制模块720、数据电缆和连接器730、光谱空气污染传感器装置735和视窗(viewport)清洁系统。光谱空气污染传感器装置735依赖洁净光接收用光学器件740，且通过该光学器件740来获得测量值。相对于随着时间可能会被污染或者变脏的外部环境，通过玻璃观察口745来保护该光学器件。玻璃观察口745是疏水的，并且还带有负电荷，以从其外部表面排斥颗粒。玻璃观察口745借助于加压空气而被定期地清洁，所述加压空气是通过空气泵750经由空气进入口755吸入、然后穿过空气输送管760、然后经由气道限制喷嘴765喷到玻璃观察口770的外部表面上的，从而将玻璃观察口745的表面上可能累积的污染物和灰尘吹走。
在传感器站套件的另一实施例中，再一次参照图7，由光谱空气污染传感器装置735、玻璃观察口745和视窗清洁系统750、755、760、765、770表示的组件作为组合起来的常规技术775而被提供的。
在系统的一个实施例中，包括位于多个传感器站135内的多个传感器815的地面传感器网络如图8中抽象地表示的那样而被部署着。该网络包括网络节点815、135、140、810、805、800和数据通信线路205、210、820、825。数据被收集在多个传感器站135中，然后被发送205到用作本地数据汇集节点140的计算机，然后被发送210到用作地区数据汇集节点810的计算机，然后被发送210到用作国家数据汇集节点805的计算机，然后最终被发送820到全球数据汇集节点800，并且被存放到如图1所示的L0数据和L1数据的数据库160中。
操作及控制用数据也从较高节点级别传输到较低节点级别，例如从全球节点800选择性地向下传输到传感器站135和个体装置815以及在140、180、805中间的节点。传感器站节点135也沿着传感器站之间的点对点(peer-to-peer)数据通信路径825在传感器站节点135之间传输点对点控制数据，这使得能够实现本地合作，从而提高和调节依赖于个体传感器站按机会主义发现的数据的数据收集率和传感器装置调节。
图9从地理空间透视的角度示出了地面网络传感器站网格的特征。通常，传感器站135部署在地理空间扇区900中，并且将其传感器数据传输205到数据汇集节点140。在存在有已知的固定空气污染源910的地方，或者在密集的城市区域中，以相对高的密度来部署传感器站，使各站915之间具有短的距离。在不存在已知的固定空气污染源的地方或者在农村地区，以相对低的密度来部署传感器站，使各站920之间具有更大的距离。
参照图10，其是说明了客户端设备的示意图，示出了能够用在本发明中从而通过本发明的系统提供数据缩减和数据分析的客户端设备的一个示意性实施例。客户端设备可以包括比图10中示出的组件更多或者更少的组件。然而，所示出的组件足以公开用于实施本发明的解释性实施例。
L0数据和L1数据的数据库160中所包含的空气污染数据、风力和天气数据被定期地传输到包括分析软件模块165的计算机设备。该活动的周期在该系统的各种实施例中可以是不同的，然而，典型的周期是每小时，这使得所产生的信息始终具有一个小时以下的年龄。数据缩减和数据分析步骤可以按照各种不同的顺序来予以执行，包括经由客户端设备来予以执行，并且所得的信息被传输220至已分析信息数据库170。
包含分析软件模块的计算设备包括：经由总线215、220与大容量存储器160、170通信的处理单元(CPU)。计算设备还包括：电源、一个或多个网络接口、音频接口、显示器、键盘、照明器、输入/输出接口、触觉接口、和视需要任选的全球定位系统(GPS)接收器。所述电源为该计算设备供电。可充电电池或者不可充电电池可以用于提供电能。电能也可以由外部电源来提供，外部电源例如是AC适配器或者能够对电池进行补充/再充电的通电底座。
计算设备可以视需要任选地与基站(未示出)进行通信，或者直接与另一计算设备进行通信。一个或多个网络接口215、220包括用于使该计算设备连接到一个或多个网络的电路，并且被构建成用于与一个或多个通信协议和技术一起使用，并且所述通信协议和技术包括(但不限于)全球通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、用户数据报协议(UDP)、传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)、SMS、通用分组无线业务(GPRS)、WAP、超宽频(UWB)、IEEE 802.16微波存取全球互通(WiMax)、SIP/RTP或许多其他无线通信协议中的任一者。网络接口有时被称为收发器、收发设备、数据传输或者网络接口卡(NIC)。
小键盘能够被实现，并且小键盘可以包括用于接收来自用户的输入的任何输入设备。例如，小键盘可以包括按钮数字拨号盘或者键盘，或者也可以包括与选择和发送图像相关的命令按钮。照明器可以提供状态指示和/或提供光，并且可以在特定的时段或者响应于某些事件而保持为激活状态。照明器也可以促使位于客户端设备的透明或者半透明壳体内的光源响应于动作而照明。
计算设备也包括用于与外部设备进行通信的输入/输出接口，外部设备例如是头戴式耳机或者未在图10中示出的其他输入或者输出设备。输入/输出接口可以采用诸如USB、红外、蓝牙(BluetoothTM)等一种或者两种通信技术。
视情况任选的GPS收发器可以确定计算机设备在地球表面上的物理坐标，其通常以纬度和经度输出一个位置。GPS收发器也可以采用其他的地理定位机制，它们包括但不限于三角测量、辅助GPS(AGPS)、E-OTD、CI、SAI、ETA、BSS等，以便进一步确定计算设备在地球表面上的物理位置。应当理解的是，在不同的情况下，GPS收发器可以确定计算设备的在毫米量级以内的物理位置；并且在其他情况下，所确定的物理位置可能没那么精确，例如在一米量级内或者大得多的距离范围内。然而，在一个实施例中，计算设备可以通过其他组件来提供能够被用来确定该设备的物理位置的其他信息，例如包括MAC地址、IP地址等。
一个或多个L0数据和L1数据的数据库160和已分析信息数据库170或者计算设备自身可以进一步包括大容量存储器。大容量存储器包括RAM、ROM和其他存储工具。大容量存储器示出了用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其他数据等信息的计算机存储介质的另一示例。大容量存储器存储用于控制计算机设备的低级操作的基本输入/输出系统(“BIOS”)。大容量存储器也存储用于控制计算机设备的操作的操作系统。应当理解的是，该组件可以包括：诸如UNIX或LINUXTM版本等通用操作系统、诸如WindowsClientTM等专用客户端通信操作系统、或者操作系统。操作系统可以包括Java虚拟机模块或者可以与Java虚拟机模块进行交互作用，所述Java虚拟机模块使得能够通过Java应用程序来实现对硬件组件和/或操作系统操作的控制。
存储器还包括一个或多个数据存储部，此外，该数据存储部能够被计算设备用来存储应用和/或其他数据。例如，数据存储部可以用来存储用于描述包括分析软件模块在内的计算设备的各种性能的信息。然后，该信息可以基于许多事件中的任一者被提供至另一设备，所述事件包括在通信期间作为报头的一部分进行发送、根据请求进行发送等。性能信息的至少一部分也可以存储在计算设备中的硬盘驱动器或者其他存储介质(未示出)上。
应用可以包括计算机可执行指令，其用于在被计算设备执行时传输、接收和/或以其他方式处理音频、视频和图像，并且能够实现与客户端设备的远程通信。应用程序的其他示例包括建模系统、警报模块、验证模块、任务管理器、转码器、数据库程序、文字处理程序、安全应用、电子表格程序、搜索程序等。应用程序还可以包括搜索客户端，所述搜索客户端被配置成利用任何已知的或将要知道的通信协议来发送、接收和/或以其他方式处理大气数据或仪表数据。应当清楚的是，可以使用多个搜索客户端。例如，一个搜索客户端可以用于输入大气数据或者仪表数据，其中，另一搜索客户端管理结果，并且另外一搜索客户端用于管理建模系统、各种警报的开发或者阈值条件等。
计算设备、计算系统、计算平台等的内部架构包括连接到至少一个计算机总线的一个或多个处理单元、处理器或者处理核心(在本文中也称为CPU)。与计算机总线连接的还有可读介质，或者介质、网络接口、诸如随机存取存储器(RAM)等存储器、运行期间瞬时存储器、只读存储器(ROM)、作为能够读取或者写入媒介(包括软盘、CD-ROM、DVD、媒介)的驱动的接口的介质盘驱动器接口、作为用于显示器或者其他显示设备的接口的显示接口、作为用于键盘的接口的键盘接口、作为用于鼠标或者其他点击设备的接口的点击设备接口和未单独示出的其他各类接口，例如，并行或者串行端口接口和通用串行总线(USB)接口。
存储器连接于计算机总线，以在执行诸如操作系统、应用程序、设备驱动器和软件模块等软件程序期间向CPU提供存储在存储器中的信息，其包括程序代码和/或计算机可执行的处理步骤，这结合了本文所述的功能，例如，本文所述的一个或多个处理流程。首先，CPU从诸如存储器等存储装置中加载计算机可执行的处理步骤，存储装置包括一个或多个数据库160、计算机可读存储介质/媒介、可移动介质驱动和/或其他的存储设备。然后，CPU能够执行存储的处理步骤，以执行所加载的计算机可执行的处理步骤。所存储的数据，例如，由存储设备存储的数据，能够在执行计算机可执行的处理步骤期间被CPU访问。
诸如介质/媒介等永久存储装置可以用于存储操作系统和一个或多个应用程序。永久存储装置也可以用于存放：设备驱动器，例如数码相机驱动器、监视器驱动器、打印机驱动器、扫描仪驱动器或其他设备驱动器中的一者或多者；网页；内容文件；播放列表；以及其他文件。另外，永久储存装置可以包括用于实施本发明的一个或多个实施例的诸如(一个或多个)列表选择模块、(一个或多个)目标信息收集模块和(一个或多个)列表通知模块的程序模块和数据文件，在本发明的实施方式中对其功能和用途进行了详细讨论。
通常，网络链路215、220利用传输媒介经由一个或多个网络向其他设备提供信息通信，以便其他设备使用或者处理该信息。例如，网络链路215、220可以经由局域网络向主计算机或者向由网络或者互联网服务提供商(ISP)操控的设备提供连接。反之，ISP设备通过现在通常称为因特网的公共的、全球的分组交换通信网络提供数据通信服务。
连接于因特网的被称为服务器主机的计算机主持响应于通过因特网接收的信息而提供服务的处理。例如，服务器主机主持提供了在显示器上示出以供演示的视频数据的信息的处理。可以考虑的是，系统的组件能够以各种配置部署在诸如主机和服务器的其他计算机系统中。
本发明的至少某些实施例涉及用于实现本文所述的某些或者全部技术的计算机系统的使用。根据一个实施例，这些技术由计算机系统响应于处理单元来执行，处理单元用于执行存放于存储器中的一个或多个处理器指令的一个或多个序列。也称为计算机指令、软件和程序代码的这种指令可以从诸如存储设备、数据库160、170或者网络链路的另一计算机可读介质被读取到存储器中。存放于存储器中的指令序列的执行致使处理单元执行本文所述的一个或多个方法步骤。在替代实施例中，可以使用诸如ASIC等硬件以代替软件或者结合于软件。因此，除非另外在本文中明确写明，则本发明的实施例不限于硬件和软件的任意特定组合。
通过网络链路和其他网络经由通讯接口传输的信号将信息携带至计算机系统并且从计算机系统中携带出信息。计算机系统可以经由网络或者经由网络链路和通信接口来发送或者接收信息(包括程序代码)。在使用因特网的实例中，服务器主机通过因特网、ISP设备、局域网络或通信接口来传输由计算机发送的消息所请求的特定应用的程序代码。接收的代码能够在其被接收时由处理器运行，或者能够被存储在存储器或者存储设备或者其他非易失性储存装置中以供稍后执行，或者可以执行以上两者。
参照图10，在该系统的一个实施例中，最近被存入L0数据和L1数据的数据库160中的数据通过关联软件模块1005与旧数据(包括静态保留的历史数据)进行比较并且与该旧数据关联。这种关联是通过如下方式来执行的：向全球大气模型引入该数据，执行计算以与旧数据关联的方式记录空气污染数值。特定的空气污染成分的数据与特定的其他空气污染成分的数据也是交互关联的。
然后，所得到的关联的数据被传送到源关联模块1010，其与从卫星处获得的空气污染数据和风力和天气数据相关，该卫星与从地面传感器网络、海洋网络、汽车移动网络、基于移动电话或者平板计算机的传感器网络关联。
所得到的交互关联的数据进一步被传送到地理空间关联模块1015，并且关联于地理空间坐标。
然后，通过地理空间数值表面映射器模块1020以地理空间的方式将所得的在地理空间上关联的数据映射成三维地球空间模型中的空气污染数值表面轮廓。
然后，通过风力和天气数据相关器1025将风力数据因数和天气数据因数考虑在内来重新评估得到的空气污染数值表面轮廓。
然后，所得到的修改后的所得空气污染数值表面轮廓被馈送至前瞻性预测全球空气污染模型1030，其利用在前述步骤中准备的关联数据而每小时运行一次。
然后，所得到的信息被传输到四维动画模块1035中，其在三个空间维度和时间维度上使得地理空间映射动画化。
然后，所得到的信息被传送至健康关联模块1040，其包含用于表示与健康相关的标准的数据，该标准与每种空气污染成分有关。这种模块评估传送至其中的信息，以与所述标准比较，并且产生空气污染浓度指数值和针对每种空气污染成分的与健康相关的评估。如果任何成分超过某些值，模块将生成警报和警告，然后存储所述警报或警告以供诸如演示应用或者移动应用等终端用户或者终端机构进行检索。
然后，所得到的信息被传送至健康护理信息融合模块1045，并且相对于诸如肺部护理和皮肤护理等某些健康护理学科中的每一者与静态保留的健康护理信息和存储在数据库120中的预测算法进行比较和融合。这种模块还产生特定学科的可行性健康护理信息，以为终端用户带来直接益处和长期的健康益处。
所得到的地理空间关联的映射(来自1030)、四维动画(来自1035)、指标和警告(来自1040)和健康护理特定推荐(来自1045)被传输220到已分析信息数据库170。
在该系统的另一实施例中，由框图165涵盖的数据处理和分析路径通过替代路径来补充，由此，该系统外部的第三方能够通过数据路径1047的方式获得L0数据和L1数据的数据库160，通过类似于构成框图165的步骤1005、1010、1015、1020、1025、1030、1035、1040和1045或者包含步骤1048的这些步骤的某些子集来处理数据，并且将处理和分析后的数据作为信息经由路径1049传递至数据库170。
参照图11，一系列的演示选项作为服务而被提供。此处示出的软件模块的操作可以按照图11中示出的顺序，或者在各种实施例中，它们可以具有不同的顺序。
在一个实施例中，批量信息从已分析信息数据库170传输225到信息演示软件模块175，准备该批量信息，以供演示信息传输分包模块进行传送，信息被转换成由系统的应用编程接口(“API”)1145限定的形式，并且被传输250至外部机构，外部机构能够使用该信息，以在其自身的软件中以基于网页的、移动的或者其自身的其他形式进行演示。这种传输能够定期地(例如，每小时地)安排，或者临时安排。
在另一实施例中，通过直接系统终端用户操作的基于网页的应用向信息演示软件模块175发送针对演示信息1105的请求。反之，信息演示软件模块175向转换信息数据库170发送信息请求。返回的信息通过以适合于特定信息请求的顺序操作的一系列准备模块1120、1125、1130、1135、1140和1145中的一者或多者进行传送，并且传输230到基于浏览器的网页应用185并在显示器屏幕上向终端用户演示。在这种序列中，对于从已分析信息数据库170传输225的信息进行格式设置，以供信息准备和格式设置软件模块1120使用，然后，其被插入到地球空间映射框架1125中。通过信息图表信息汇编软件模块1130来准备本质上不是地理空间的而是信息图表的补充信息。显示页面汇编模块1135获得在已分析信息数据库170中存储的静态页面框架，并且以超文本标记语言(HTML)来汇编页面描述，并且插入地理空间信息。如果信息图表信息从信息图表信息汇编软件模块1130获得，则信息图表叠加汇编模块1140通过叠加信息图表信息来修改这种页面描述，并且如果这样，则产生HTML文件的最终版本。最终，演示信息传输分包模块1145通过将文件压缩并且利用常规传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)添加合适的用于传输的报头信息来准备用于传输的文件。然后，该文件被传输230至基于浏览器的网页应用185，以供演示。传输和演示的信息可以包含地理空间格式的空气污染信息、信息图表形式的空气污染信息和适合于终端用户的位置的对于特定行为的警告和推荐。
在另一实施例中，通过直接系统终端用户操作的移动应用195向信息演示软件模块175发送演示信息的请求1115。反之，信息演示软件模块175向已分析信息170的数据库发送信息请求。返回的信息经由按照适用于特定信息请求的顺序操作的一系列准备模块1120、1125、1130、1135、1140和1145中的一者或多者来传送，并且传输235到演示软件移动应用195，并且在显示器屏幕上向终端用户演示。在这种序列中，对于从已分析信息数据库170检索230的信息进行格式设置，以供信息准备和格式设置软件模块1120使用，然后，其被插入到地球空间映射框架1125中。通过信息图表信息汇编软件模块1130来准备本质上不是地理空间的而是信息图表的补充信息。显示页面汇编模块1135获得在已分析信息数据库170中存储的适用于移动设备显示的静态页面框架，并且以超文本标记语言(HTML)来汇编页面描述，并且插入地理空间信息。如果信息图表信息从信息图表信息汇编软件模块1130获得，则信息图表叠加汇编模块1140通过叠加信息图表信息来修改这种页面描述，并且如果这样，也产生HTML文件的最终版本。最终，演示信息传输分包模块1145通过将文件压缩并且利用常规传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)添加合适的用于传输的报头信息来准备用于传输的文件。然后，该文件被传输235至移动应用195，以供演示。传输和演示的信息可以包含地理空间格式的空气污染信息、信息图表形式的空气污染信息和适用于终端用户的位置的对于特定行为的警告和推荐。
参照图11，基于浏览器的网页应用185能够演示具有地理空间格式的空气污染信息，并且也能够演示具有信息图表格式的空气污染信息。基于浏览器的网页应用185能够获取并且稍后能够编辑来自终端用户的信息，并且将终端用户的设置格式的健康信息在本地存储成健康概况。基于浏览器的网页应用185参考该健康概况，以激活与情景相关的来源于能够适用于特定终端用户的已分析信息数据库170的警报和顾问消息。
参照图11，演示软件移动应用195能够演示具有地理空间格式的空气污染信息，并且也能够演示具有信息图表格式的空气污染信息。演示软件移动应用195能够获取并且稍后能够编辑来自终端用户的信息，并且将设置格式的终端用户的健康信息在本地存储成健康概况。演示软件移动应用195参考该健康概况，以激活来源于能够用于特定终端用户的已分析信息数据库170的与情景相关的警报和顾问消息。
为本发明的目的，模块是用于执行或者有利于本文所描述的处理、特征和/或功能(具有或者不具有人机交互或者人类机能增进)的软件、硬件或者固件(或其组合的)系统、处理或功能，或者其组合。模块可以包括子模块。模块的软件组件可以存储在计算机可读介质上，以供处理器执行。模块可以集成于一个或多个服务器，或者能够由一个或多个服务器加载和执行。一个或多个模块可以分为引擎或者应用。
本发明提供了示意性的非限制实施例，其包括大气信息网络、携带有用于提供地球全球覆盖的大气空气污染观测装置和传感器的一组低轨道地球卫星、携带有大气空气污染观测装置、空气采样装置和传感器的一个或多个无人飞行器；和携带有大气空气污染观测装置、空气采样装置和传感器的一个或多个常规飞行器或者载人飞行器；和一个或多个传感器站地面(基于地面的)网络，每个站均包括大气空气污染观测装置、空气采样装置和传感器；一个或多个基于地面车辆的传感器站，每个站均包括大气空气污染观测装置、空气采样装置和传感器；和一个或多个载人移动式传感器站，每个载人移动式传感器站均携带有空气采样装置和传感器；和数据遥测收发器天线站的地面网络，经由该地面网络能够从上述卫星收集天基数据；和数据遥测系统，其用于经由一个或多个地球同步卫星传递来源于低轨道地球卫星的数据，并且向地面数据遥测网络再次传输所述数据；和一个或多个数据存储装置；和用于管理使大气空气污染数据进入(一个或多个)数据存储装置中的提取行为的软件；和一个或多个数据建模软件系统，其用于空气污染的前瞻性预测；用于准备计算机可显示格式的空气污染数据演示的软件系统；和用于演示计算机可显示格式的空气污染数据的演示软件；和用于与大气信息网络和由他方操控的数据存储装置交换数据的一个或多个应用程序接口(API)。
其他的非限制实施例提供了大气信息网络，经由大气信息网络从(一个或多个)感测位置向演示软件和硬件位置实时地或者近实时地传送数据、分析数据并且为了演示而准备数据；并且被存储成适用于实时或近实时的访问和/或演示的(一个或多个)格式。
其他的实施例提供了大气信息分析系统，其用于使空气污染信息与诸如风力信息、日射和热力信息等其他大气信息相关联；并且使空气污染信息与用于为终端用户产生可行性信息的固定标准相关联。网络也能够使第三方从数据存储设备中取出数据、分析该数据并且向数据存储设备返回已分析数据。与数据存储设备相关联的软件可以使来源于第三方的数据集成到数据存储装置中存在的其他数据。大气信息网络的另一实施例提供了符合空气污染数据的国际数据标准的数据。
其他的实施例提供了一种基于网络的系统，其用于提供空气污染观测和由此得到的信息，其中，该系统包括多个低轨道地球卫星，其携带有用于提供地球全球覆盖的大气空气污染观测装置，以获取空气污染观测数据；多个载人或者无人飞行器，其携带有大气空气污染观测装置，以获取空气污染观测数据；多个地面传感器站，其包含大气空气污染观测装置，以获取空气污染观测数据；数据存储设备，其用于存储获取的空气污染数据；数据建模软件，其用于分析大气空气污染观测并将其转换成终端用户数据和信息；和数据传输平台，其用于提供终端用户数据和信息。
另外，该系统能够提供的是，低轨道地球卫星被操作至太阳同步位置。低轨道地球卫星、飞行器和地面传感器站能够与空气污染观测数据一起获得天气数据。低轨道地球中的至少一者能够提供高容量数据通信。包含大气空气污染观测装置的地面传感器站可以是能够获得和接收空气污染观测数据的手持平台。包含大气空气污染观测装置的传感器站可以是地面机动车辆或者水上船舶。各种通信传输链路用于向数据存储设备提供空气污染观测数据。数据模型软件提供空气污染的前瞻性预测。系统可以包括用于显示空气污染观测的计算机演示的软件模块。数据传送平台可以是软件应用服务。
另一非限制性实施例是一种向终端用户提供空气污染观测服务的方法，其包括从携带有用于提供地球全球覆盖的大气空气污染观测装置和传感器的一组低轨道地球卫星获得空气污染观测数据、从携带有大气空气污染观测装置的多个载人或无人飞行器获得空气污染观测数据、从携带有大气空气污染观测装置的多个地面传感器站获得空气污染观测数据、把所获得的空气污染数据存储在数据存储设备中、借助数据建模软件分析获得的数据以获得大气空气污染终端用户特定数据以及向终端用户平台传送终端用户数据。
在其他实施例中，该方法可以包括使低轨道地球卫星操作至太阳同步位置或利用低轨道地球卫星、飞行器和地面传感器站获得天气数据。该方法可以提供与低轨道地球卫星中的至少一者进行的高容量数据通信或者从能够获得和接收空气污染观测数据的手持传感器站或者移动设备获得空气污染数据。大气空气污染观测能够从固定于地面机动车辆或者水上船舶的传感器站获得。该方法的实施例能够用于向终端用户传送空气污染状况的前瞻性预测，以及用于空气污染观测的计算机演示。具有设置格式的数据的软件应用服务能够传送至终端用户平台。
在更多的非限制性实施例中提供了一种在非瞬时性计算机可读介质中实施的计算机程序产品，该计算机程序产品适合执行用于提供空气污染观测数据和信息以传送至终端用户平台的处理，该处理包括处理从多个传感器获得的数据，该多个传感器关联于携带有大气空气污染观测装置的多个低轨道地球卫星、携带有用于获得空气污染观测数据的大气空气污染观测装置的多个载人或无人飞行器和包含用于获得空气污染观测数据的大气空气污染观测装置的多个地面传感器站；该处理还包括把所获得的空气污染数据存储在数据存储设备中；通过数据建模软件处理空气污染数据，以分析和转换成终端用户数据和信息；和向终端用户平台传送终端用户数据和信息。
该程序的另一实施例包括针对终端用户而个性化的终端用户数据和信息。终端用户数据和信息可以通过安全网络传送。处理空气污染数据可以包括结合来自政府和第三方数据源的大气观测数据。终端用户平台可以包括但不限于软件应用程序、网络应用、独立应用、移动设备应用和应用编程接口。终端用户特定数据和信息可以被设置格式，以在地理空间映射演示中显示。终端用户特定数据和信息能够响应于来自终端用户平台的传送请求进行传送。计算机程序产品的处理能够以地理空间格式、信息图表格式、作为基于信息的警报、作为适合于终端用户特定位置的推荐或者作为适合于终端用户特定请求的推荐来传送空气污染信息。计算机程序产品能够从关联于终端用户平台的传感器获得空气污染数据。
本文公开的其他非限制性实施例包括一种从网络数据库向终端用户平台提供空气污染观测的方法，其包括将授权信息和终端用户特定信息存储在终端用户平台中，并且将授权信息和终端用户平台特定信息存储在网络数据库中。如果在网络数据库中存储的授权信息与来自终端用户平台的请求中提供的授权信息一致，则终端用户特定空气污染数据和信息从网络数据库被传送至终端用户平台，并且终端用户特定空气污染数据和信息被上载至终端用户平台。
该方法的其他实施例提供的是，从携带有大气空气污染观测装置的多个低轨道地球卫星、携带大气空气污染观测装置的多个载人或者无人飞行器和包含大气空气污染观测装置的多个地面传感器站来获得网络数据库中的空气污染观测。通过数据建模软件可以处理所获得的网络数据库中的空气污染数据，以分析和转换成终端用户特定数据和信息。网络数据库中的空气污染观测可以从政府、非政府和第三方数据源获得。所传递的终端用户特定平台信息可以是终端用户健康概况。所传送的终端用户特定空气污染观测可以是来自基于终端用户的健康概况的网络数据库的情景特定信息。存储的基于终端用户健康概况的情景特定信息可以与从网络数据库中传送的空气污染观测一起显示在终端用户平台上。空气污染观测可以定期地向终端用户平台传送。终端用户特定空气污染观测的传送也可以包括未来大气污染状况和空气污染状况的前瞻性预测。关联于终端用户平台的传感器可以向网络数据库提供空气污染观测数据。
本领域的技术人员将意识到，本发明的方法和系统能够以多种方式实施，并且不限于上述示意性实施例和示例。另外，本发明的附图和图表中演示和描述的方法的实施例以示例的方式提供，以提供对本发明更加完整的理解。空开的方法不限于本文所示的操作和逻辑流程。考虑了替代实施例，在该替代实施例中改变了各种操作的顺序，并且在该替代实施例中独立地执行视为较大型操作的一部分的子操作。尽管为本发明的目的已经描述了各种实施例，这些事实不应当视为使本发明的精神限制于这些实施例。对于上述的元件和操作能够进行各种改变和变型，以获得保持在本发明所述的系统和处理的范围内的结果。

Claims (39)

1.一种基于网络、且用于提供空气污染观测和从所述空气污染观测中获得的信息的系统，其包括：
a.多个低轨道地球卫星，所述低轨道地球卫星携带有用于提供地球全球覆盖以获得空气污染观测数据的大气空气污染观测装置；
b.多个载人或者无人飞行器，所述飞行器携带有用于获得空气污染观测数据的大气空气污染观测装置；
c.多个地面传感器站，所述地面传感器站包含有用于获得空气污染观测数据的大气空气污染观测装置；
d.数据存储设备，所述数据存储设备用于存储所获得的空气污染数据；
e.数据建模软件，所述数据建模软件用于分析大气空气污染观测并且将大气空气污染观测转化成终端用户数据和信息；以及
f.数据传送平台，所述数据传送平台用于提供终端用户数据和信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低轨道地球卫星在与太阳同步的位置中进行操作。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低轨道地球卫星、所述飞行器和所述地面传感器站随着获得空气污染观测数据而获得天气数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个低地球卫星中的至少一者提供高容量数据通信。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，包含大气空气污染观测装置的所述地面传感器站还包括：
能够获得和接收空气污染观测数据的手持平台。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，包含大气空气污染观测装置的传感器站能够被固定至从由i)地面机动车和ii)水面机动船组成的群组中选出的至少一者。
7.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
用于向所述数据存储设备提供空气污染观测数据的通信传输链路。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据建模软件提供空气污染的前瞻性预测。
9.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
用于显示空气污染观测的计算机演示的软件模块。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据传送平台是软件应用服务。
11.一种用于向终端用户提供空气污染观测服务的方法，其包括：
a.从一组低轨道地球卫星获取空气污染观测数据，所述低轨道地球卫星携带有用于提供所述地球全球覆盖的大气空气污染观测装置和传感器；
b.从携带有大气空气污染观测装置的多个载人或者无人飞行器获取空气污染观测数据；
c.从包含有大气空气污染观测装置的多个地面传感器站获取空气污染观测数据；
d.将所获得的空气污染数据存储在数据存储设备中；
e.利用数据建模软件分析所获取的数据，以获得大气空气污染终端用户特定数据；以及
f.向终端用户平台传送所述终端用户数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
使所述低轨道地球卫星在与太阳同步的位置中进行操作。
13.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
利用所述低轨道地球卫星、所述飞行器和所述地面传感器站来获取天气数据。
14.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
借助所述一组低轨道地球卫星中的至少一者来提供高容量数据通信。
15.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
从能够获得和接收空气污染观测数据的手持传感器站获取空气污染数据。
16.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
从固定至由i)地面机动车和水面机动船组成的群组中的至少一者的传感器站获取大气空气污染观测。
17.根据权利要求11所述的系统，其还包括：
通信传输链路，其用于向所述数据存储设备提供空气污染观测数据。
18.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
向终端用户提供空气污染状况的前瞻性预测。
19.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
向终端用户提供空气污染观测的计算机演示。
20.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
向所述终端用户平台传送呈软件应用服务格式的数据。
21.一种在非瞬时性计算机可读媒介中体现的计算机程序产品，所述计算机程序产品被配置成执行用于提供将要向终端用户平台传送的空气污染观测数据和信息的处理，
所述处理包括：
对从下列装置获取的数据进行处理：多个传感器，所述多个传感器与携带有大气空气污染观测装置的多个低轨道地球卫星相关联；携带有用于获得空气污染观测数据的大气空气污染观测装置的多个载人或无人飞行器；以及包含有用于获得空气污染观测数据的大气空气污染观测装置的多个地面传感器站；
所述处理还包括：
把所获得的空气污染数据存储在数据存储设备中；
通过数据建模软件来处理所述空气污染数据，以分析所述空气污染数据且将所述空气污染数据转换成终端用户数据和信息；和
向所述终端用户平台传送所述终端用户数据和信息。
22.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，所述终端用户数据和信息针对终端用户而被个性化。
23.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，所述终端用户数据和信息通过安全网络而被传送。
24.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，对所述空气污染数据的处理还包括：结合来自政府和第三方数据源的大气观测数据。
25.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，所述终端用户平台是从由i)软件应用程序、ii)网络应用、iii)独立应用、iv)移动设备应用和v)应用编程接口组成的列表中选出的至少一者。
26.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，所述终端用户特定数据和信息被设计为以地理空间映射演示进行显示的格式。
27.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，所述处理响应于来自所述终端用户平台的传送请求而传递终端用户特定数据和信息。
28.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，所述处理传送空气污染信息，所述空气污染信息是从由i)地理空间格式的信息、ii)信息图表格式的信息、iii)基于信息的警报、iv)适合于终端用户特定位置的推荐及适合于终端用户特定请求的推荐组成的列表中选出的至少一者。
29.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其中，所述处理从与所述终端用户平台相关联的传感器获取空气污染数据。
30.一种从网络数据库向终端用户平台提供空气污染观测的方法，其包括：
a.将授权信息和终端用户平台特定信息存储在所述终端用户平台中；
b.将授权信息和终端用户平台特定信息存储在所述网络数据库中；以及
c.如果存储在所述网络数据库中的授权信息与来自所述终端用户平台的请求中所提供的授权信息一致，那么：
i.从所述网络数据库向所述终端用户平台传送终端用户特定空气污染数据和信息；并且
ii.在所述终端用户平台上更新终端用户特定空气污染数据和信息。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，从如下装置获取所述网络数据库中的空气污染观测：携带有大气空气污染观测装置的多个低轨道地球卫星；携带有大气空气污染观测装置的多个载人或者无人飞行器；和包含大气空气污染观测装置的多个地面传感器站。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，通过数据建模软件处理所获取的所述网络数据库中的空气污染数据，以分析该空气污染数据并且将该空气污染数据转换成终端用户特定数据和信息。
33.根据权利要求30所述的方法，其中，从政府、非政府和第三方数据源获取所述网络数据库中的空气污染观测。
34.根据权利要求30所述的方法，其中，所述终端用户特定平台信息是终端用户健康概况。
35.根据权利要求30所述的方法，其中，所传送的终端用户特定空气污染观测进一步基于终端用户健康概况而激活来自所述网络数据库的情景特定信息。
36.根据权利要求30所述的方法，其还包括：
基于存储在所述终端用户平台上的终端用户健康概况而显示情景特定信息和从所述网络数据库传送的空气污染观测。
37.根据权利要求30所述的方法，其中，所述空气污染观测定期地被传送到所述终端用户平台。
38.根据权利要求30所述的方法，其中，传送终端用户特定空气污染观测还包括：提供未来大气和空气污染状况的前瞻性预测。
39.根据权利要求30所述的方法，其还包括：
从与所述终端用户平台关联的传感器获取空气污染观测数据。
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