CN109061056A - 一种空气质量监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气质量监测装置及系统。所述监测装置包括：采集节点、汇聚节点、物联网云平台以及客户端；采集节点，用于将采集的待监测区域内不同地点的空气质量信息发送至汇聚节点；空气质量信息包括细颗粒物含量、可吸入颗粒物含量、一氧化碳浓度、二氧化氮浓度、臭氧浓度以及二氧化硫浓度；汇聚节点，用于接收所述空气质量信息，并将所述空气质量信息发送至所述物联网云平台；物联网云平台，用于接收所述空气质量信息；客户端，用于通过物联网云平台查看待监测区域的空气质量信息。采用本发明所提供的空气质量监测装置及方法能够实现复杂地形条件下通信网络的全覆盖，提高网络数据传输以及空气质量监控准确度。

Description

一种空气质量监测装置及方法

技术领域

本发明涉及空气质量监测领域，特别是涉及一种空气质量监测装置及方法。

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。空气质量参数已成为衡量环境质量的一大标准，随之而来的是数据采集设备对网络的需求越来越大，数据传输问题也显得越来越突出。

目前一些偏远地区的空气质量监测设备一般都是与GSM/GPRS网络直接对接，利用网络将采集到的数据上传至数据中心，再将数据转发给环保监测部门，利用GSM/GPRS网络的监测设备在一些复杂地形条件下(如偏远矿区等)存在无通信网络覆盖或数据传输延迟过高等问题，且现有的空气质量监测方法一般以固定式监测站点为主，站点数量少，无法真实的反映出空气质量状况的问题，且容易受站点周围空气质量的影响，干扰大，测量结果不准确，因此，由于当前监测点覆盖面不够、监测系数单一，不能综合反映监测区域的空气质量信息，导致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，存在无通信网络覆盖、网络数据传输慢以及空气质量监测准确度低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种空气质量监测装置及方法，以解决现有的空气质量监测装置在复杂地形条件下无通信网络覆盖、网络数据传输慢以及空气质量监测准确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种空气质量监测装置，包括：采集节点、汇聚节点、物联网云平台以及客户端；

所述采集节点，用于将采集的待监测区域内不同地点的空气质量信息发送至所述汇聚节点；所述空气质量信息包括细颗粒物含量、可吸入颗粒物含量、一氧化碳浓度、二氧化氮浓度、臭氧浓度以及二氧化硫浓度；

所述汇聚节点，用于接收所述空气质量信息，并将所述空气质量信息发送至所述物联网云平台；

所述物联网云平台，用于接收所述空气质量信息；

所述客户端，用于通过所述物联网云平台查看所述待监测区域的空气质量信息。

可选的，一个所述汇聚节点接收多个所述采集节点所采集的空气质量信息。

可选的，所述采集节点具体包括：采集微处理器、采集模块、路径选择模块、数据传输模块以及定位模块；

所述采集微处理器分别与所述采集模块、路径选择模块、数据传输模块以及定位模块进行信息交互；

所述采集微处理器，用于协调所述采集模块、路径选择模块、数据传输模块以及定位模块的工作以及读取所述采集模块所采集的空气质量信息以及所述定位模块所定位的所述采集节点的地理位置以及时间；

所述采集模块，用于采集布设在所述采集节点周围的空气质量信息；

所述路径选择模块，用于根据所述汇聚节点内的路径生成模块所生成的路径，选择所述采集节点到所述汇聚节点的传输路径；

所述定位模块用于定位所述采集节点的地理位置以及时间。

可选的，所述汇聚节点具体包括：汇聚微处理器、判断模块、路径生成模块以及无线收发模块；

所述汇聚微处理器分别与判断模块、路径生成模块以及无线收发模块进行信息交互；

所述汇聚微处理器，用于协调所述判断模块、路径生成模块以及无线收发模块的工作以及存储所述采集节点采集的空气质量信息；

所述判断模块，用于判断在规定时间内是否收到所述空气质量信息；

所述路径生成模块，用于生成各个所述采集节点到所述汇聚节点进行数据传输时的传输路径；

所述无线收发模块，用于将汇聚到的各个所述采集节点采集到的空气质量信息传输至所述物联网云平台。

一种空气质量监测方法，所述监测方法应用于一种空气质量监测装置，所述监测装置包括采集节点、汇聚节点、物联网云平台以及客户端；所述采集节点，用于将采集的待监测区域内不同地点的空气质量信息发送至所述汇聚节点；所述空气质量信息包括细颗粒物含量、可吸入颗粒物含量、一氧化碳浓度、二氧化氮浓度、臭氧浓度以及二氧化硫浓度；所述汇聚节点，用于接收所述空气质量信息，并将所述空气质量信息发送至所述物联网云平台；所述物联网云平台，用于接收所述空气质量信息；所述客户端，用于通过所述物联网云平台查看所述待监测区域的空气质量信息；

所述监测方法包括：

所述采集节点发送所述待监测区域内的信息参数；所述信息参数包括所述空气质量信息以及所述采集节点的地理位置；

判断所述汇聚节点在预设的时间范围内是否接收到所述信息参数，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述汇聚节点在预设的时间范围内接收到所述信息参数，依据当前的通信链路继续发送所述信息参数；所述通信链路为所述采集节点以及所述汇聚节点通信传输的通信链路；

若所述第一判断结果表示为所述汇聚节点在预设的时间范围内未接收到所述信息参数，确定所述当前的通信链路为故障通信链路；

通过所述路径选择模块确定离所述故障通信链路所在的采集节点相邻的采集节点，并由所述相邻的采集节点转发所述信息参数至所述汇聚节点；

所述汇聚节点接收所述信息参数；

所述物联网云平台根据所述信息参数在地图上标示所述地理位置以及空气质量信息，并绘制所述待监测区域的污染物浓度图；

根据所述污染物浓度图监测所述待监测区域的空气质量。

可选的，所述依据当前的通信链路继续发送所述信息参数，具体包括：

以五分钟为一个周期将所述信息参数以数据包的形式通过所述采集节点内的数据传输模块，依据该通信链路继续发送所述信息参数。

可选的，所述判断所述汇聚节点在预设的时间范围内是否接收到所述信息参数，得到第一判断结果之前，还包括：

获取所述采集节点与所述汇聚节点之间的通讯距离；

根据所述通讯距离选取最短的通信链路传输所述信息参数。

可选的，在所述获取所述采集节点与所述汇聚节点之间的通讯距离之后，还包括：

根据所述通讯距离对每个所述采集节点分配物理地址；所述物理地址与所述采集节点一一对应。

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：本发明提供了一种空气质量监测装置，将采集节点所采集的内容发送至所述汇聚节点，并上传至所述物联网云平台，根据待监测区域的面积增加采集节点数量，从而实现通信网络全覆盖；本发明所提供的通信链路断裂时采集节点与汇聚节点建立连接的模型简单，弥补了星型网络拓扑结构在网络结构可靠性方面的不足，具有较好的数据实时性，能够满足数据实时传输的需求；同时，该方法可自由增加采集节点的数量，弥补了监测站点监测面积少、覆盖地区小等不足，实现区域内全面监测的需求。

同时，当通信链路发生故障时，将与通信链路的相邻的采集节点与汇聚节点建立连接，选取通信距离最短的采集节点作为中继节点，无需再与其余节点建立连接，能够更加快速的将数据传输至汇聚节点，并由所述相邻的采集节点进行转发，从而提高了网络数据传输效率，解决由于数据传输中断而导致空气质量监测精度低的问题。

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为本发明所提供的空气质量监测装置结构图；

图2为本发明所提供的采集节点结构图；

图3为本发明所提供的汇聚节点结构图；

图4为本发明所提供的空气质量监测方法流程图。

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空气质量监测装置及方法，能够实现复杂地形条件下通信网络的全覆盖，提高网络数据传输速度以及空气质量监控准确度。

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为本发明所提供的空气质量监测装置结构图，如图1所示，一种空气质量监测装置，包括：采集节点1，所述采集节点1具体为图中的①-⑧、汇聚节点2、物联网云平台3以及客户端4。所述采集节点1，用于将采集的待监测区域内不同地点的空气质量信息发送至所述汇聚节点2。所述空气质量信息包括细颗粒物含量、可吸入颗粒物含量、一氧化碳浓度、二氧化氮浓度、臭氧浓度以及二氧化硫浓度。所述汇聚节点2，用于接收所述空气质量信息，并将所述空气质量信息发送至所述物联网云平台3。所述物联网云平台3，用于接收所述空气质量信息。所述客户端4，用于通过所述物联网云平台3查看所述待监测区域的空气质量信息。

图2为本发明所提供的采集节点结构图，如图2所示，所述采集节点1具体包括：采集模块1-1、采集微处理器1-2、路径选择模块1-3、数据传输模块1-4以及定位模块1-5。采集模块1-1，用于采集布设节点周围空气的颗粒物及气体成分含量，由PM_2.5、PM₁₀、O₃、CO、SO₂、NO₂六种参数传感器构成；采集微处理器1-2，为采集节点1的控制部分，用于协调采集模块1-1、路径选择模块1-3、数据传输模块1-4、定位模块1-5等模块工作，并读取各传感器采集的空气质量信息及GPS位置信息；路径选择模块1-3，用于根据汇聚节点2的指令选择采集节点1到汇聚节点2数据传输的路径；数据传输模块1-4，用于将采集微处理1-2接收到的数据包通过路径选择模块选择的路径传输给汇聚节点2；定位模块1-5，用于提供采集节点1的地理位置信息以及时间信息。

图3为本发明所提供的汇聚节点结构图，如图3所示，所述汇聚节点2具体包括：汇聚微处理器2-1、判断模块2-2、路径生成模块2-3以及无线收发模块2-4；汇聚微处理器2-1，用于协调判断模块2-2、路径生成模块2-3、无线发送模块2-4等模块工作及收集各采集节点1发送的数据；判断模块2-2，用于判断规定时间内是否收到采集节点1的数据；路径生成模块2-3，用于判断、生成各采集节点1到汇聚节点2数据传输的最佳路径；无线发送模块2-4，采用4G通信模块，用于将汇聚到的各采集节点1的数据传输至物联网云平台3。

本发明还提供了一种空气质量监测方法，利用上述所提供的空气质量监测装置，如图4所示：

(1)分别采用太阳能和外部电源对采集节点1和汇聚节点2进行供电，整套系统开始工作，首先对汇集节点完成初始化，汇聚节点2对各采集节点1发送广播信息，各采集节点1将自身的位置地理发送至汇聚节点2，汇聚节点2遍历各采集节点1的信息，根据计算出的各采集节点1的通信距离为每个节点分配唯一固定的MAC地址，同时将各采集节点1与邻近节点的通信距离发送至各节点；

(2)各采集节点1开始工作，与汇聚节点2建立通信链路连接同时采集附近空气中PM_2.5、PM₁₀、O3、CO、SO₂、NO₂等6种空气质量参数，以五分钟为一个周期将采集到的数据及每个节点的MAC地址封装成数据包，通过图2中的路径选择模块3接收到的汇聚节点2发送的传输路径信息确定数据的传输路径，再通过数据传输模块4进行数据包的发送；

(3)图3中的判断模块2判断是否收到各节点的数据包，若在规定时间内未接收到采集节点1的数据，则判断该采集节点1与汇聚节点2的通信链路故障，同时故障采集节点存储采集的空气质量参数，此时汇聚节点2通过路径生成模块3寻找与故障采集节点通信距离最近的采集节点，并向该节点发送信息，由该节点与故障节点建立连接并转发采集的空气质量参数，若仍未能接收到信息，则重复步骤三再次根据通信距离寻找邻近节点，直到汇聚节点2接收到监测区域内所有采集节点1的数据；

(4)汇聚节点2接收到监测区域内所有采集节点1的监测数据后通过图3中无线发送模块4将数据通过4G模块发送至云平台；云平台整合汇聚节点2的数据，在地图上标示各采集节点1的位置信息及采集的空气质量信息，并绘制监测区域的污染物浓度图。

其中，所有采集节点1的布设覆盖整个监测区域，当采集节点1与汇聚节点2之间传输链路发生断裂，则重构节点间的通信关系，采集节点1与通信距离最短的邻近节点建立连接，形成新的网络拓扑结构，保障网络结构的可靠性。本发明改进了现有的组网协议和数据传输机制，提出了通信链路断裂情况下汇聚节点2不能接收数据的解决方案，该技术方案便于拓展和维护，为气体监测提出了一种传输可靠性高的网络拓扑结构。

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。

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 (8)

1.一种空气质量监测装置，其特征在于，包括：采集节点、汇聚节点、物联网云平台以及客户端；

所述采集节点，用于将采集的待监测区域内不同地点的空气质量信息发送至所述汇聚节点；所述空气质量信息包括细颗粒物含量、可吸入颗粒物含量、一氧化碳浓度、二氧化氮浓度、臭氧浓度以及二氧化硫浓度；

所述汇聚节点，用于接收所述空气质量信息，并将所述空气质量信息发送至所述物联网云平台；

所述物联网云平台，用于接收所述空气质量信息；

所述客户端，用于通过所述物联网云平台查看所述待监测区域的空气质量信息。

2.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于，一个所述汇聚节点接收多个所述采集节点所采集的空气质量信息。

3.根据权利要求2所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述采集节点具体包括：采集微处理器、采集模块、路径选择模块、数据传输模块以及定位模块；

所述采集微处理器分别与所述采集模块、路径选择模块、数据传输模块以及定位模块进行信息交互；

所述采集微处理器，用于协调所述采集模块、路径选择模块、数据传输模块以及定位模块的工作以及读取所述采集模块所采集的空气质量信息以及所述定位模块所定位的所述采集节点的地理位置以及时间；

所述采集模块，用于采集布设在所述采集节点周围的空气质量信息；

所述路径选择模块，用于根据所述汇聚节点内的路径生成模块所生成的路径，选择所述采集节点到所述汇聚节点的传输路径；

所述定位模块用于定位所述采集节点的地理位置以及时间。

4.根据权利要求3所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述汇聚节点具体包括：汇聚微处理器、判断模块、路径生成模块以及无线收发模块；

所述汇聚微处理器分别与判断模块、路径生成模块以及无线收发模块进行信息交互；

所述汇聚微处理器，用于协调所述判断模块、路径生成模块以及无线收发模块的工作以及存储所述采集节点采集的空气质量信息；

所述判断模块，用于判断在规定时间内是否收到所述空气质量信息；

所述路径生成模块，用于生成各个所述采集节点到所述汇聚节点进行数据传输时的传输路径；

所述无线收发模块，用于将汇聚到的各个所述采集节点采集到的空气质量信息传输至所述物联网云平台。

5.一种空气质量监测方法，其特征在于，所述监测方法应用于一种空气质量监测装置，所述监测装置包括采集节点、汇聚节点、物联网云平台以及客户端；所述采集节点，用于将采集的待监测区域内不同地点的空气质量信息发送至所述汇聚节点；所述空气质量信息包括细颗粒物含量、可吸入颗粒物含量、一氧化碳浓度、二氧化氮浓度、臭氧浓度以及二氧化硫浓度；所述汇聚节点，用于接收所述空气质量信息，并将所述空气质量信息发送至所述物联网云平台；所述物联网云平台，用于接收所述空气质量信息；所述客户端，用于通过所述物联网云平台查看所述待监测区域的空气质量信息；

所述监测方法包括：

所述采集节点发送所述待监测区域内的信息参数；所述信息参数包括所述空气质量信息以及所述采集节点的地理位置；

判断所述汇聚节点在预设的时间范围内是否接收到所述信息参数，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述汇聚节点在预设的时间范围内接收到所述信息参数，依据当前的通信链路继续发送所述信息参数；所述通信链路为所述采集节点以及所述汇聚节点通信传输的通信链路；

若所述第一判断结果表示为所述汇聚节点在预设的时间范围内未接收到所述信息参数，确定所述当前的通信链路为故障通信链路；

通过所述路径选择模块确定离所述故障通信链路所在的采集节点相邻的采集节点，并由所述相邻的采集节点转发所述信息参数至所述汇聚节点；

所述汇聚节点接收所述信息参数；

所述物联网云平台根据所述信息参数在地图上标示所述地理位置以及空气质量信息，并绘制所述待监测区域的污染物浓度图；

根据所述污染物浓度图监测所述待监测区域的空气质量。

6.根据权利要求5所述的空气质量监测方法，其特征在于，所述依据当前的通信链路继续发送所述信息参数，具体包括：

以五分钟为一个周期将所述信息参数以数据包的形式通过所述采集节点内的数据传输模块，依据该通信链路继续发送所述信息参数。

7.根据权利要求5所述的空气质量监测方法，其特征在于，所述判断所述汇聚节点在预设的时间范围内是否接收到所述信息参数，得到第一判断结果之前，还包括：

获取所述采集节点与所述汇聚节点之间的通讯距离；

根据所述通讯距离选取最短的通信链路传输所述信息参数。

8.根据权利要求7所述的空气质量监测方法，其特征在于，在所述获取所述采集节点与所述汇聚节点之间的通讯距离之后，还包括：

根据所述通讯距离对每个所述采集节点分配物理地址；所述物理地址与所述采集节点一一对应。