CN108932842A - 城市道路交通污染物排放智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了城市道路交通污染物排放智能监控系统，该系统包括数据采集子系统、监控中心和显示装置，所述数据采集子系统用于采集和处理各交通道路上的交通污染物排放数据以及相应的交通流、道路线形、天气信息；所述监控中心用于对数据采集子系统发送的数据进行分析，定量定性分析交通流、道路线形、天气对交通污染物排放的影响机理，挖掘它们的内在联系，输出所述内在联系的分析结果；所述显示装置用于显示所述分析结果。

Description

城市道路交通污染物排放智能监控系统

技术领域

本发明涉及污染监控技术领域，具体涉及城市道路交通污染物排放智能监控系统。

背景技术

机动车尾气排放与交通流行为密切相关，车辆在直行、换道、超车和转弯等行驶过程中频繁加减速会引起污染排放加剧，现有研究尚未系统地定量揭示交通流行为对其的影响程度，多数研究侧重于从宏观视角定性分析油耗、道路类型、启动刹车、信号控制、速度控制、单向交通、公交优先对交通污染气体排放的重要程度，仅少数研究分析交通流行为和污染物气体之间关联性，但未涉及道路线形设计和天气变化等交通内外部环境微观因素影响交通流行为，进而它们又影响交通污染气体的排放程度，必然致使现有研究的部分理论片面化或者错误化。

发明内容

针对上述问题，本发明提供城市道路交通污染物排放智能监控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了城市道路交通污染物排放智能监控系统，该系统包括数据采集子系统、监控中心和显示装置，所述数据采集子系统用于采集和处理各交通道路上的交通污染物排放数据以及相应的交通流、道路线形、天气信息；所述监控中心用于对数据采集子系统发送的数据进行分析，定量定性分析交通流、道路线形、天气对交通污染物排放的影响机理，挖掘它们的内在联系，输出所述内在联系的分析结果；所述显示装置用于显示所述分析结果。

优选地，所述数据采集子系统包括传感数据采集模块和非传感数据采集模块，其中传感数据采集模块包括汇聚节点和多个设置于预设监测位置的传感器节点，传感器节点用于采集所在监测位置的交通污染物排放数据，汇聚节点汇总各传感器节点采集的交通污染物排放数据并发送至监控中心；所述的非传感数据采集模块设置于传感器节点周围，用于动态采集所述传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息，并反馈至所述监控中心。

优选地，所述监控中心包括存储模块及分类决策挖掘分析单元，其中所述存储模块用于存储影响交通污染物排放的数据；所述分类决策挖掘分析单元基于K近邻算法的数据挖掘生成决策树模型，揭示交通污染物排放、交通流、天气和道路线形之间的内在联系。

优选地，所述的非传感数据采集模块包括：

分布于各传感器节点周围的数据采集单元，数据采集单元被配置为获取传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息；

数据收集单元，用于收集所有传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息；

数据传送单元，用于将数据收集单元收集的数据发送至监控中心。

本发明的有益效果为：本发明实现了对交通污染物排放的监控，并基于现有的K近邻算法对采集的交通内外环境数据进行分析，挖掘交通流、道路线形、天气与交通污染物排放之间的内在联系，为城市污染物排放治理决策提供技术支撑，使得系统管理人员能够根据内在联系分析结果进行污染物排放放置策略设计。

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是本发明一个示例性实施例的城市道路交通污染物排放监控系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的数据采集子系统的结构示意框图。

附图标记：

数据采集子系统1、监控中心2、显示装置3、传感数据采集模块10、非传感数据采集模块20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了城市道路交通污染物排放智能监控系统，该系统包括数据采集子系统1、监控中心2和显示装置3，所述数据采集子系统1用于采集和处理各交通道路上的交通污染物排放数据以及相应的交通流、道路线形、天气信息；所述监控中心用于对数据采集子系统1发送的数据进行分析，定量定性分析交通流、道路线形、天气对交通污染物排放的影响机理，挖掘它们的内在联系，输出所述内在联系的分析结果；所述显示装置3用于显示所述分析结果。

其中，如图2所示，所述数据采集子系统1包括传感数据采集模块10和非传感数据采集模块20，其中传感数据采集模块10包括汇聚节点和多个设置于预设监测位置的传感器节点，传感器节点用于采集所在监测位置的交通污染物排放数据，汇聚节点汇总各传感器节点采集的交通污染物排放数据并发送至监控中心2；所述的非传感数据采集模块20设置于传感器节点周围，用于动态采集所述传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息，并反馈至所述监控中心。

在一种实施方式中，所述的非传感数据采集模块20包括：

分布于各传感器节点周围的数据采集单元，数据采集单元被配置为获取传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息；

数据收集单元，用于收集所有传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息；

数据传送单元，用于将数据收集单元收集的数据发送至监控中心。

在一种实施方式中，所述监控中心包括存储模块及分类决策挖掘分析单元，其中所述存储模块用于存储影响交通污染物排放的数据；所述分类决策挖掘分析单元基于K近邻算法的数据挖掘生成决策树模型，揭示交通污染物排放、交通流、天气和道路线形之间的内在联系。

本发明上述实施例实现了对交通污染物排放的监控，并基于现有的K近邻算法对采集的交通内外环境数据进行分析，挖掘交通流、道路线形、天气与交通污染物排放之间的内在联系，为城市污染物排放治理决策提供技术支撑，使得系统管理人员能够根据内在联系分析结果进行污染物排放放置策略设计。

在一个实施例中，多个传感器节点在网络拓扑构建阶段被分为至少一个簇，每个簇设置一个簇首节点；在数据传输阶段，簇首节点根据簇内传感器节点发送的交通污染物排放数据定期计算对应传感器节点的可信程度反馈值，并根据可信程度反馈值更新所述对应传感器节点的可信程度，其中簇首节点设置簇内的各传感器节点的初始可信程度为1；当传感器节点的当前可信程度低于预设可信程度阈值F_min时，簇首节点将该传感器节点当前发送的交通污染物排放数据删除。

其中，设定所述可信程度反馈值的计算公式为：

式中，表示簇首节点i在第k次计算的簇内传感器节点j的可信程度反馈值，P_j为所述传感器节点j的当前剩余能量，P_j0为所述传感器节点j的初始能量，H_ij为簇首节点i与所述传感器节点j的距离，S_i为所述簇首节点i对应的簇半径，z_j为簇首节点i在当次接收到的所述传感器节点j发送的交通污染物排放数据，为簇首节点i在当次接收到的簇内所有传感器节点发送的交通污染物排放数据的均值，e为反馈因子，当时，e＝1，当时，e＝-1；k₁、k₂为设定的权重系数，且k₁+k₂＝1。

由于在数据传输过程中受到外界干扰或者传感器节点本身的原因，传感器节点向簇首节点发送的交通污染物排放数据的质量是不可控的。为了保证交通污染物排放数据的质量，本实施例提出了传感器节点的可信程度评判机制来确定传感器节点的可信程度，通过可信程度来衡量传感器节点所发送的交通污染物排放数据的质量。

本实施例在该可信程度评判机制中提出了可信程度反馈值的计算公式，该计算公式根据簇内传感器节点的能量、位置以及所采集的交通污染物排放数据计算该传感器节点当前的可信程度反馈值，计算简单便捷，且计算出的可信程度反馈值能够较好地衡量传感器节点的可信程度。

本实施例中，当传感器节点的当前可信程度低于预设可信程度阈值，簇首节点将该传感器节点当前发送的交通污染物排放数据删除，有利于避免不可信的传感器节点对数据收集造成不利的影响，从而有益于提高所收集的交通污染物排放数据的质量，进一步提高交通污染物排放数据的可靠性。

在一种实施方式中，簇首节点根据按照下列公式更新所述对应传感器节点的可信程度：

式中，表示簇首节点i在第k次更新的簇内传感器节点j的可信程度，表示簇首节点i在第k-1次更新的簇内传感器节点j的可信程度，为簇首节点i在第k次计算的簇内传感器节点j的可信程度反馈值；b为预设的可信程度变化因子，用于决定传感器节点在一次更新得到/失去的可信程度值。

本实施例提出了可信程度更新公式，根据该计算公式可知，传感器节点的可信程度是根据其历史行为进行量化累加的值。

本实施例根据该计算公式更新传感器节点的可信程度，能够使得历史行为较好的传感器节点的可信程度上升得较慢，使得历史行为不好的传感器节点的可信程度下降得快，加大了可信程度在交通污染物排放数据收集方面的影响程度。

在一种实施方式中，簇首节点根据历史可信程度数据定期对簇内各传感器节点进行检测，若簇内任意传感器节点j满足下列条件，则簇首节点向该传感器节点j发送休眠指令，收到该休眠指令的传感器节点即进入休眠：

式中，表示簇首节点i在第k次更新的簇内传感器节点j的可信程度，F_min为所述预设可信程度阈值，g为更新总次数。

本实施例中簇首节点根据历史可信程度数据定期对簇内各传感器节点进行检测，对历史可信程度情况不符合设定条件的传感器节点进行休眠，一方面能够有效防止可信程度低的传感器节点对数据收集造成不利的影响，提高所收集的交通污染物排放数据的质量，另一方面能够有效节省交通污染物排放数据传输的能量消耗，节省城市道路交通污染物排放智能监控系统在交通污染物排放数据采集方面的成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.城市道路交通污染物排放智能监控系统，其特征是，包括数据采集子系统、监控中心和显示装置，所述数据采集子系统用于采集和处理各交通道路上的交通污染物排放数据以及相应的交通流、道路线形、天气信息；所述监控中心用于对数据采集子系统发送的数据进行分析，定量定性分析交通流、道路线形、天气对交通污染物排放的影响机理，挖掘它们的内在联系，输出所述内在联系的分析结果；所述显示装置用于显示所述分析结果。

2.根据权利要求1所述的城市道路交通污染物排放智能监控系统，其特征是，所述数据采集子系统包括传感数据采集模块和非传感数据采集模块，其中传感数据采集模块包括汇聚节点和多个设置于预设监测位置的传感器节点，传感器节点用于采集所在监测位置的交通污染物排放数据，汇聚节点汇总各传感器节点采集的交通污染物排放数据并发送至监控中心；所述的非传感数据采集模块设置于传感器节点周围，用于动态采集所述传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息，并反馈至所述监控中心。

3.根据权利要求1所述的城市道路交通污染物排放智能监控系统，其特征是，所述监控中心包括存储模块及分类决策挖掘分析单元，其中所述存储模块用于存储影响交通污染物排放的数据；所述分类决策挖掘分析单元基于k近邻算法的数据挖掘生成决策树模型，揭示交通污染物排放、交通流、天气和道路线形之间的内在联系。

4.根据权利要求2所述的城市道路交通污染物排放智能监控系统，其特征是，所述的非传感数据采集模块包括：

分布于各传感器节点周围的数据采集单元，数据采集单元被配置为获取传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息；

数据收集单元，用于收集所有传感器节点周围的交通流，道路线形及天气信息；

数据传送单元，用于将数据收集单元收集的数据发送至监控中心。

5.根据权利要求2所述的城市道路交通污染物排放智能监控系统，其特征是，多个传感器节点在网络拓扑构建阶段被分为至少一个簇，每个簇设置一个簇首节点；在数据传输阶段，簇首节点根据簇内传感器节点发送的交通污染物排放数据定期计算对应传感器节点的可信程度反馈值，并根据可信程度反馈值更新所述对应传感器节点的可信程度，其中簇首节点设置簇内的各传感器节点的初始可信程度为1；当传感器节点的当前可信程度低于预设可信程度阈值F_min时，簇首节点将该传感器节点当前发送的交通污染物排放数据删除。

6.根据权利要求5所述的城市道路交通污染物排放智能监控系统，其特征是，设定所述可信程度反馈值的计算公式为：

式中，表示簇首节点i在第k次计算的簇内传感器节点j的可信程度反馈值，P_j为所述传感器节点j的当前剩余能量，P_j0为所述传感器节点j的初始能量，H_ij为簇首节点i与所述传感器节点j的距离，S_i为所述簇首节点i对应的簇半径，z_j为簇首节点i在当次接收到的所述传感器节点j发送的交通污染物排放数据，为簇首节点i在当次接收到的簇内所有传感器节点发送的交通污染物排放数据的均值，e为反馈因子，当时，e＝1，当时，e＝-1；k₁、k₂为设定的权重系数，且k₁+k₂＝1。