CN108764648A - 室内环境监测方法及监测装置 - Google Patents

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苏鹭梅
沈志远
连振龙
吴诗诗
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Abstract

本发明提供了一种室内环境监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取所在室内空气质量数据；对所述室内空气质量数据进行zigbee无线通信；接收zigbee无线通信传输的数据并进行本地存储，且将本地存储数据同步至云端；对云端存储数据进行模糊综合评价，该模糊综合评价的结果用于反映室内空气质量评估结果。本发明进一步涉及一种室内环境监测装置。

Description

室内环境监测方法及监测装置
技术领域
本发明属于一种环境监测技术领域，特别涉及一种室内环境监测方法及监测装置。
背景技术
随着时代的发展和技术的进步，人们对生活品质的要求也不断提高，期望所在住房内空气质量越来越好。但是，仅靠自身感觉来评价给定环境的优劣程度缺乏客观性，难以作出正确的评估，因此需要采用比较可靠的检测方法对空气质量进行合理有效且符合标准的评估。
目前，普遍的室内空气检测方法主要包括两种：(1)采用便携式空气质量检测仪现场实行人工检测，对数据部分采样后再进行数据分析；(2) 采用远程监测中心及其子站组成的自动监测装置，该自动监测装置采用基于蓝牙、WIFI、GPRS等无线技术对传感器进行数据采集。然而，这两种空气质量检测方法获得空气质量评估结果的准确度都不高。
发明内容
有鉴于此，本发明确有必要提供一种能够提高空气质量评估结果准确度的室内空气质量监测方法及监测装置。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种室内环境监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取所在室内空气质量数据；对所述室内空气质量数据进行zigbee无线通信；接收zigbee 无线通信传输的数据并进行本地存储，且将本地存储数据同步至云端；对云端存储数据进行模糊综合评价，该模糊综合评价的结果用于反映室内空气质量评估结果。
一种空气质量监测装置，其特征在于，包括传感器采集装置，zigbee无线通信装置，数据管理装置以及模糊综合评价装置；所述传感器采集装置用于采集所在室内空气质量数据；所述zigbee无线通信装置与所述传感器采集装置连接，用于传输所述传感器采集装置采集到的室内空气质量数据；所述数据管理装置用于接收所述zigbee无线通信装置发送的室内空气质量数据，并进行本地存储，且将本地存储数据同步至云端；所述模糊综合评价装置用于对所述云端存储数据进行大数据处理，获得模糊综合评价结果，该模糊综合评价结果用于反映室内空气质量评估结果。
与现有技术相比，本发明提供的室内环境监测方法及监测装置通过采集数据，同时基于模糊综合评价方法对室内空气进行质量评价，统计出室内空气质量的优劣程度，使得空气质量评价结果的更精准。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明第一实施例提供的室内环境监测方法的流程图。
图2为本发明第一实施例中模糊综合评价方法的流程图。
图3是本发明第二实施例提供的室内环境监测装置的结构示意图。
图4是本发明第二实施例中zigbee无线通信模块的工作关系示意图。图标：10-监测装置；
101-传感器采集装置；
102-zigbee无线通信装置；
103-数据管理装置；
104-模糊综合评价装置；
105-显示终端；
1021-协调器；1022-路由器；1023-终端节点。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种室内环境监测方法，该方法可包括以下步骤：
步骤S101，获取所在室内空气质量数据；
步骤S102，对所述室内空气质量数据进行zigbee无线通信；
步骤S103，接收zigbee无线通信传输的数据并进行本地存储，且将本地存储数据同步至云端；
步骤S104，对云端存储数据进行模糊综合评价，该模糊综合评价的结果用于反映室内空气质量评估结果。
在步骤S101中，所述获取所在室内空气质量数据的方式不限。本实施例中，可通过空气质量传感器采集所在室内空气质量数据。所述空气质量数据包括各种环境污染因子的浓度值。所述环境污染因子可包括甲醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、TVO及氡。
在步骤S102中，zigbee无线通信技术分布采集所述空气质量数据并将其传输。所述ZigBee无线通信技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。
在步骤S103中，优选的，利用visual studio软件编写所述C#窗体编程和新浪云部署php代码，将本地存储数据同步至云端。
在步骤S104中，对云端存储数据进行模糊综合评价包括：
步骤S1041，确定评价空气质量优劣的参数；
步骤S1042，根据不同参数的特点给出拟合隶属函数；
步骤S1043，结合空气质量分级标准，经模糊变换得出隶属度值；
步骤S1044，获得模糊综合评价结果。
在步骤S1041中，所述评价空气质量优劣的参数指的是决定空气质量的因素，包括空气中各种污染因子。通常这些因素是多层次的，不同因素所起的作用也不相同，这就要分层次确定参数以及各参数权重因子的大小。
在步骤S1042中，所述拟合隶属函数为一线性函数，该线性函数表示如下：
其中，a＝(a1+a2)/2，a1和a2为相邻两个空气质量分级的标准值，x为空气样本中污染因子的实测值，系数A可通过中值法求得。
例如污染因子为甲醛，Ⅱ级与Ⅲ级标准值分别为0.03mg/m3(a1)、 0.10mg/m3(a2)，中间值为0.065mg/m3(a)，对Ⅱ级与Ⅲ级的隶属度都为0.5，因此，可通过0.5＝A|0.10-0.065|，求得A＝14.29。对于其他污染因子和不同分级，可利用相同的方法进行计算。
在步骤S1043中，所述室内空气质量分级标准可人为设定。本实施例中，所述室内空气质量分为五个等级，包括：第I级，清洁，适宜人类生活；第II级，未污染，各环境要素的污染物均不超标；第III级，轻污染，至少有一个环境要素的污染物超标；第IV级，中污染，2-3个环境要素的污染物超标；第V级，重污染，3-4个环境要素的污染物超标。本实施例中，所述污染因子分别为甲醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、TVOC和氡，该各个污染因子在不同等级下的浓度值如表一所示：
表一
将实际检测甲醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、TVOC和氡的浓度值代入上述拟合隶属函数公式中，同时根据上述表一分别计算出n个污染因子对 m个室内空气质量分级标准的隶属度μnm。本实施例中，n＝7，m＝5，得出一组五个数,组成各个污染因子的隶属度集合：
在步骤1044中，所述模糊综合评价结果
其中， A＝(a1，a2，a3，…，an)为各个污染因子的权重因子集，bm表示室内空气质量为m等级时的数值。
所述污染因子的权重值是衡量参加评价的各个污染因子之间对室内环境质量影响的相对重要程度的因素,根据各个污染因子对室内空气质量影响的大小分别给予不同的权重值。
单个污染因子的权重值采用因子污染贡献率计算方法求得，所述污染因子的权重系数表达式为：
其中，an表示第n个污染因子的权重系数，μn为第n个污染因子的实测浓度；Sn为第n个污染因子的标准值；i为评价污染因子的因子数。
将单个污染因子的实测浓度值和空气质量分级标准分别带入上述权重系数表达式中，得到各个污染因子的权重。
进一步比较b1，b2，b3，…，bm的大小，并根据上述室内空气质量分级标准，即可得知所在室内空气质量属于哪一等级。
请参阅图2，以下通过一数学建模对所述模糊综合评价方法进行详细介绍。
(1)假设影响室内空气质量的污染因子有n个，构成评价因素集 X＝(x1,x2,x3,......,xn)，其中,xn表示第n个污染因子；
(2)将室内空气质量分为m个等级，建立相应的评价集 Y＝(y1,y2,y3,......,ym)，其中,ym表示室内空气质量第m等级；
(3)通过各个污染因子的实测浓度数据和拟合隶属函数建立X→Y的模糊映射，得到单因素评价矩阵R，
其中，μnm表示n个污染因子对m个室内空气质量分级的隶属度；
(4)获得各个污染因子的权重系数an,构成权重集A＝(a1，a2，a3，…，an)
(5)由单因素评价矩阵R诱导出X→Y的模糊变换：
B为模糊综合评价结果，bm表示室内空气质量为m等级时的数值。
在步骤104之后，进一步包括步骤S105：向用户显示所述室内空气质量评估结果。
本实施例中，借助android studio软件设计应用程序(app)，该应用程序能够实现室内空气质量的显示。该应用程序可配置在手机等电子设备上，用户仅仅通过应用程序就可以完成对家庭空气质量的实时监测和控制，满足了用户远程监控家庭空气质量的需求，同时能够提醒用户，改善用户生活质量。进一步可以对应用程序的界面进行美观，使用户容易接受。
基于上述方法，本发明第二实施例提供一种室内空气质量监测装置，能够更准确地获得室内空气质量评估结果。
请参阅图3，所述室内空气质量监测装置10包括传感器采集装置101， zigbee无线通信装置102，数据管理装置103以及模糊综合评价装置104；所述传感器采集装置101用于采集所在室内空气质量数据；所述zigbee无线通信装置102与所述传感器采集装置101连接，用于传输所述传感器采集装置101采集到的室内空气质量数据；所述数据管理装置103用于接收所述zigbee无线通信装置102发送的室内空气质量数据，并进行本地存储，且将本地存储数据同步至云端；所述模糊综合评价装置104用于对所述云端存储数据进行大数据处理，获得模糊综合评价结果，该模糊综合评价结果用于反映室内空气质量评估结果。
所述传感器采集装置101包括至少一个空气质量传感器，该空气质量传感器用于采集所在室内环境的空气质量数据。
请参阅图4，所述zigbee无线通信装置102包括协调器1021、多个路由器1022以及多个终端节点1023。所述终端节点1023连接所述传感器采集装置101，对所述空气质量传感器进行数据采集；所述路由器1022将终端节点1023采集到的数据以数据包形式传送给所述协调器1021；所述协调器节点用于组建网络，接收路由器1022发送来的数据包，并通过串口发送给PC端。优选的，一个路由器节点可以接收多个终端节点数据，并将接收到的数据包发送给协调器节点。
本实施例中，所述zigbee无线通信装置102采用CC2530芯片，成本低廉。所述zigbee无线通信装置102为一网状拓扑结构，所述协调器1021 连接多个所述路由器1022和多个终端节点，所述协调器1021的子节点的多个所述路由器1022也可连接多个所述路由器1022和多个所述终端节点。
所述网状拓扑结构可重复多个层级，具有灵活的信息路由规则。在可能的情况下，路由节点之间可以直接的通讯，这种路由机制使得信息的通讯变得更有效率，而且意味着一旦某个路由路径出现了问题，信息可以自动的沿着其他的路由路径进行传输,防止路由故障，数据传送出现问题；同时网状拓扑结构增加了数据的无线传送距离，扩大了室内空气质量监测装置的应用范围。
所述数据管理装置103包括上位机，数据库以及云端服务器。所述上位机用于接收和显示所述传感器采集装置101采集的室内空气质量数据；所述数据库与所述上位机连接，用于存储所述传感器采集装置101采集的室内空气质量数据，称为本地存储数据；所述云端服务器用于接收所述数据库中存储的室内空气质量数据。
所述上位机是采用visual Basic编写的上位机程序，用于接收和显示所述zigbee无线通信装置102中所述协调器1021通过串口传来的空气质量数据。
所述数据库与所述上位机连接，用于存储所述上位机中接收到的空气质量数据。本实施例中，所述数据库为SQLserver数据库。
所述云端服务器用于实现室内空气质量数据的云端存储，所述云端服务器存储的数据称为云端存储数据。本实施例中，所述云端服务器采用新浪云sae服务器，利用visualstudio软件编写C#窗体编程和新浪云部署php 代码完成本地数据和云端数据的互连。
所述模糊综合评价装置104对所述云端服务器中的云端数据进行大数据分析，从而获得室内空气质量评估结果。本实施例中，所述数据分析装置104采用模糊综合评价方法对所述云端数据进行分析。所述模糊综合评价方法与本发明第一实施例中的模糊综合评价方法相同，在此不一一赘述。
本发明第二实施例提供的空气质量监测装置10进一步包括一显示终端 105，用于向用户显示室内空气质量评估结果。所述显示终端105可为各种电子设备上的应用程序，所述电子设备科为手机，平板电脑等。
本发明实施例提供的空气质量监测装置10采用模糊综合评价模块104 对传感器采集到的数据进行大数据处理，得出更准确地空气质量评价，并可结合应用程序对空气质量进行监控，同时提醒用户，改善用户生活质量，满足用户需求。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种室内环境监测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所在室内空气质量数据；
对所述室内空气质量数据进行zigbee无线通信；
接收zigbee无线通信传输的数据并进行本地存储，且将本地存储数据同步至云端；
对云端存储数据进行模糊综合评价，该模糊综合评价的结果用于反映室内空气质量评估结果。
2.根据权利要求1所述的室内环境监测方法，其特征在于，在对云端存储数据进行模糊综合评价之后，进一步包括：
向用户显示所述室内空气质量评估结果。
3.根据权利要求1所述的室内环境监测方法，其特征在于，对云端存储数据进行模糊综合评价包括：
确定评价空气质量优劣的参数；
根据不同参数的特点给出拟合隶属函数；
结合空气质量分级标准，经模糊变换得出隶属度值；
获得模糊综合评价结果。
4.根据权利要求3所述的室内环境监测方法，其特征在于，所述拟合隶属函数为一线性函数，该线性函数表示如下：
其中，a＝(a1+a2)/2，a1和a2为相邻两个空气质量分级的标准值，x为样本中污染因子的实测值，系数A可通过中值法求得。
5.根据权利要求1所述的室内环境监测方法，其特征在于，通过建立数学模型来对云端存储数据进行模糊综合评价，包括：
(1)假设影响室内空气质量的污染因子有n个，构成评价因素集X＝(x1,x2,x3,......,xn)，其中,xn表示第n个污染因子；
(2)将室内空气质量分为m个等级，建立相应的评价集Y＝(y1,y2,y3,......,ym)，其中,ym表示室内空气质量第m等级；
(3)通过各个污染因子的实测浓度数据和拟合隶属函数建立X→Y的模糊映射，得到单因素评价矩阵R，
其中，μnm表示n个污染因子对m个室内空气质量分级的隶属度；
(4)获得各个污染因子的权重系数an,构成权重集A＝(a1，a2，a3，…，an)；
(5)由单因素评价矩阵R诱导出X→Y的模糊变换：
B为模糊综合评价结果，bm表示室内空气质量为m等级时的数值。
6.根据权利要求5所述的室内环境监测方法，其特征在于，进一步包括：比较b1，b2，b3，…，bm的大小，即可获得室内空气质量等级。
7.根据权利要求5所述的室内环境监测方法，其特征在于，污染因子的权重系数表达式为：
其中，an表示第n个污染因子的权重系数，μn为第n个污染因子的实测浓度；Sn为第n个污染因子的标准值；i为评价污染因子的因子数。
8.一种空气质量监测装置，其特征在于，包括传感器采集装置，zigbee无线通信装置，数据管理装置以及模糊综合评价装置；
所述传感器采集装置用于采集所在室内空气质量数据；
所述zigbee无线通信装置与所述传感器采集装置连接，用于传输所述传感器采集装置采集到的室内空气质量数据；
所述数据管理装置用于接收所述zigbee无线通信装置发送的室内空气质量数据，并进行本地存储，且将本地存储数据同步至云端；
所述模糊综合评价装置用于对所述云端存储数据进行大数据处理，获得模糊综合评价结果，该模糊综合评价结果用于反映室内空气质量评估结果。
9.根据权利要求8所述的室内环境监测装置，其特征在于，进一步包括显示终端，用于向用户显示室内空气质量评估结果。
10.根据权利要求8所述的室内环境监测装置，其特征在于，所述数据管理装置包括上位机，数据库以及云端服务器；所述上位机用于接收和显示所述传感器采集装置采集的室内空气质量数据；所述数据库与所述上位机连接，用于存储所述传感器采集装置采集的室内空气质量数据；所述云端服务器用于接收所述数据库中存储的本地数据。
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