CN109191793A - 一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，该系统包括无线传感器网络监测子系统、数据分析子系统和显示子系统，所述无线传感器网络监测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；所述分析模块用于对无线传感器网络监测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；所述显示子系统用于显示所述分析结果。

Description

一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置

技术领域

本发明涉及污染监控技术领域，具体涉及一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置。

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，本发明提供一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，该系统包括无线传感器网络监测子系统、数据分析子系统和显示子系统，所述无线传感器网络监测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；所述分析模块用于对无线传感器网络监测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；所述显示子系统用于显示所述分析结果。

优选地，所述无线传感器网络监测子系统包括交通污染物排放数据采集模块和交通外部数据采集模块，其中交通污染物排放数据采集模块用于通过无线传感器网络采集交通道路上的交通污染物排放数据，并对交通污染物排放数据进行处理后发送至数据分析子系统；所述的交通外部数据采集模块设置于传感器周围，用于动态采集所述传感器周围的交通流，道路线形及天气信息，并反馈至所述分析模块。

优选地，所述分析模块包括数据库及分类决策挖掘分析模块，其中所述基础数据库用于存储影响交通污染物排放的内外部环境数据；所述分类决策挖掘分析模块基于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无线传感器网络监测子系统的结构示意框图。

附图标记：

无线传感器网络监测子系统1、数据分析子系统2、显示子系统3、交通污染物排放数据采集模块10、交通外部数据采集模块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一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，该系统包括无线传感器网络监测子系统1、数据分析子系统2和显示子系统3，所述无线传感器网络监测子系统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；所述分析模块用于对无线传感器网络监测子系统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；所述显示子系统3用于显示所述分析结果。

其中，如图2所示，所述无线传感器网络监测子系统1包括交通污染物排放数据采集模块10和交通外部数据采集模块20，其中交通污染物排放数据采集模块10用于通过无线传感器网络采集交通道路上的交通污染物排放数据，并对交通污染物排放数据进行处理后发送至数据分析子系统2；所述的交通外部数据采集模块20设置于传感器周围，用于动态采集所述传感器周围的交通流，道路线形及天气信息，并反馈至所述分析模块。

其中，所述分析模块包括数据库及分类决策挖掘分析模块，其中所述基础数据库用于存储影响交通污染物排放的内外部环境数据；所述分类决策挖掘分析模块基于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。

在一个实施例中，交通污染物排放数据采集模块10包括汇聚节点和多个用于采集交通污染物排放数据的传感器节点，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的交通污染物排放数据并发送至数据分析子系统2。

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。

在一个实施例中，网络初始化时，传感器节点接收汇聚节点的广播信息，通过广播信息进行网络泛洪，传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表，并确定自身到汇聚节点的路由方式，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；所述确定自身到汇聚节点的路由方式，包括：传感器节点满足直接转发条件时，直接将采集的交通污染物排放数据发送至汇聚节点，若不满足直接转发条件，则从其邻居表中选择一个邻居节点作为下一跳节点，将采集的交通污染物排放数据发送至下一跳节点；

其中所述直接转发条件为：

式中，P_i为传感器节点i的当前剩余能量，P_iq0为传感器节点i的第q个邻居节点的当前剩余能量，n_i为传感器节点i的邻居节点数量，P_min为预设的能量下限值；K(i，sink)为传感器节点i到汇聚节点的距离，K_min为传感器节点可调的最小通信距离，K_max为传感器节点可调的最大通信距离，为取值函数，当时，当时，

本实施例基于能量和距离两个因素创造性地设定了直接转发条件，传感器节点根据自身是否符合直接转发条件来确定到汇聚节点的路由方式，具体为：传感器节点满足直接转发条件时，直接将采集的交通污染物排放数据发送至汇聚节点，若不满足直接转发条件，则从其邻居表中选择一个邻居节点作为下一跳节点，将采集的交通污染物排放数据发送至下一跳节点。

本实施例中传感器节点根据该直接转发条件确定路由方式，保障了路由的灵活性，且有利于提高交通污染物排放数据发送至汇聚节点的可靠性，降低丢包率。

在一个实施例中，传感器节点从其邻居表中选择一个邻居节点作为下一跳节点，包括：

(1)传感器节点向其邻居表中各邻居节点发送竞选消息，任意邻居节点在接收到所述竞选消息后计算等待时间：

式中，L_ij表示传感器节点i的第j个邻居节点计算的等待时间，P_ij为所述第j个邻居节点的当前剩余能量，P_ijo为所述第j个邻居节点的初始能量，K(j，sink)为所述第j个邻居节点到汇聚节点的距离，K(i，sink)为传感器节点i到汇聚节点的距离，L₁为预设的基于能量的等待时间，L₂为预设的基于距离的等待时间；

(2)任意邻居节点j等待L_ij后，向传感器节点i发送反馈消息；

(3)传感器节点i将接收到的第一个反馈消息所对应的邻居节点作为下一跳节点。

本实施例提出了下一跳节点的选择机制，基于该机制，传感器节点从其邻居表中选择一个邻居节点作为下一跳节点时，向各邻居节点发送竞选消息，并以收到邻居节点的反馈消息的时间顺序确定下一跳节点。

其中通过等待时间的设计，能够将邻居节点的等待时间控制在一个合理的范围内，并且能够使得剩余能量较多且距离汇聚节点较近的邻居节点具有较短的等待时间，从而使得该邻居节点具有更大的概率充当传感器节点的下一跳节点，以提高交通污染物排放数据多跳转发的可靠性。

本实施例通过由邻居节点自行计算等待时间，无需传感器节点自行收集各邻居节点的信息，节省了传感器节点的能量消耗，且有益于提高确定下一跳节点的效率。

在一个实施例中，传感器节点定期根据当前剩余能量计算其通信距离阈值，当计算的通信距离阈值小于其与下一跳节点的距离时，传感器节点重新在与其距离小于该通信距离阈值的邻居节点中选择下一跳节点；其中，设定通信距离阈值的计算公式为：

式中，K_q(t)为传感器节点q在第t个周期计算的通信距离阈值，K_min为传感器节点可调的最小通信距离，K_max为传感器节点可调的最大通信距离，P_q为传感器节点q的当前剩余能量，P_i0为传感器节点i的初始能量，g为预设的距离调节因子，g的取值范围为[0.85，0.95]。

本实施例中传感器节点定期根据当前剩余能量计算其通信距离阈值，当其与下一跳节点的距离大于该通信距离阈值时，重新选择更近的邻居节点作为下一跳节点。其中，重新选择更近的邻居节点作为下一跳节点的方式，基于上述实施例的下一跳节点的选择机制进行。

本实施例能够使得传感器节点在能量较低时，及时选择距离较近的下一跳节点承担中继转发的任务，有利于减少传感器节点将交通污染物排放数据发送至下一跳节点的能耗，从而降低传感器节点消耗能量的速率。

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)

1.一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，其特征是，包括无线传感器网络监测子系统、数据分析子系统和显示子系统，所述无线传感器网络监测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；所述分析模块用于对无线传感器网络监测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；所述显示子系统用于显示所述分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，其特征是，所述无线传感器网络监测子系统包括交通污染物排放数据采集模块和交通外部数据采集模块，其中交通污染物排放数据采集模块用于通过无线传感器网络采集交通道路上的交通污染物排放数据，并对交通污染物排放数据进行处理后发送至数据分析子系统；所述的交通外部数据采集模块设置于传感器周围，用于动态采集所述传感器周围的交通流，道路线形及天气信息，并反馈至所述分析模块。

3.根据权利要求1所述的一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，其特征是，所述分析模块包括数据库及分类决策挖掘分析模块，其中所述基础数据库用于存储影响交通污染物排放的内外部环境数据；所述分类决策挖掘分析模块基于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所述的一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，其特征是，所述的交通污染物排放数据采集模块包括汇聚节点和多个用于采集交通污染物排放数据的传感器节点，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的交通污染物排放数据并发送至数据分析子系统。

5.根据权利要求4所述的一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，其特征是，网络初始化时，传感器节点接收汇聚节点的广播信息，通过广播信息进行网络泛洪，传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表，并确定自身到汇聚节点的路由方式，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；所述确定自身到汇聚节点的路由方式，包括：传感器节点满足直接转发条件时，直接将采集的交通污染物排放数据发送至汇聚节点，若不满足直接转发条件，则从其邻居表中选择一个邻居节点作为下一跳节点，将采集的交通污染物排放数据发送至下一跳节点。

6.根据权利要求5所述的一种城市道路交通污染物排放区域监控预警装置，其特征是，所述直接转发条件为：

式中，P_i为传感器节点i的当前剩余能量，P_iq0为传感器节点i的第q个邻居节点的当前剩余能量，n_i为传感器节点i的邻居节点数量，P_min为预设的能量下限值；K(i，sink)为传感器节点i到汇聚节点的距离，K_min为传感器节点可调的最小通信距离，K_max为传感器节点可调的最大通信距离，为取值函数，当时，当时，