CN109345778A - 空气污染信息自动获取与实时发布系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了空气污染信息自动获取与实时发布系统，该系统包括信息获取模块和预警终端，信息获取模块被配置为采集待监测区域的空气污染信息；预警终端被配置为对空气污染信息进行分析，在空气污染信息超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；还包括与所述信息获取模块连接的信息实时发布模块，所述信息实时发布模块被配置为在设定的显示设备上发布所接收的空气污染信息。
Description
技术领域
本发明涉及空气污染监测技术领域，具体涉及空气污染信息自动获取与实时发布系统。
背景技术
发布空气污染物信息时需要获取空气污染的实时数据。现有技术中，空气污染物信息获取的方法主要为：
(1)传统方法，即人工取样实验室分析的方法。这种方法只能得到空气污染监测区域内某段时间内的监测值，无法进行实时监测，监测结果受人为的影响很大，同时，当空气污染监测区域有害气体浓度很高时会严重伤害监测人员的身体健康；
(2)目前比较流行的在线监测，多采用国外进口的自动化空气环境监测设备进行监测，这种监测方法，尽管能够实现实时监测，但所用设备结构复杂、价格昂贵、难以维护、运营成本高且其工作环境苛刻。
发明内容
针对上述问题，本发明提供空气污染信息自动获取与实时发布系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了空气污染信息自动获取与实时发布系统，该系统包括信息获取模块和预警终端，信息获取模块被配置为采集待监测区域的空气污染信息；预警终端被配置为对空气污染信息进行分析，在空气污染信息超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号。
进一步地，所述空气污染信息自动获取与实时发布系统还包括与所述信息获取模块连接的信息实时发布模块，所述信息实时发布模块被配置为在设定的显示设备上发布所接收的空气污染信息。
优选地，所述信息获取模块包括汇聚节点和传感器节点；传感器节点采集空气污染信息并将采集的空气污染信息发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各传感器节点发送的空气污染信息汇总发送至预警终端。
优选地，所述传感器节点包括被配置为监测待监测区域的空气污染物浓度的传感器和被配置为将传感器信号转换为对应的空气污染信息的信号转换单元，所述信号转换单元与传感器连接；还包括被配置为控制采集频率的控制单元，所述控制单元与传感器连接。
优选地，所述预警终端包括分析单元和预警单元，所述分析单元被配置为将空气污染信息与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警单元在所述比较结果为空气污染信息超出设定阈值时发出预警信号。
本发明的有益效果为：基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测区域内的空气污染物信息的自动获取，以及空气污染物浓度超标的预警和数据发布，无需布线，节省人力物力，可扩展性好，方便快捷。
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空气污染信息自动获取与实时发布系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的预警终端的结构示意框图。
附图标记：
信息获取模块1、预警终端2、信息实时发布模块3、分析单元10、预警单元20。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明一个示例性实施例的空气污染信息自动获取与实时发布系统的结构示意框图。如图1所示，本发明实施例提供了空气污染信息自动获取与实时发布系统，该系统包括信息获取模块1和预警终端2，信息获取模块1被配置为采集待监测区域的空气污染信息；预警终端2被配置为对空气污染信息进行分析，在空气污染信息超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号。所述空气污染信息自动获取与实时发布系统还包括与所述信息获取模块1连接的信息实时发布模块3，所述信息实时发布模块3被配置为在设定的显示设备上发布所接收的空气污染信息。
其中，所述的用户终端可以是平板电脑或者手机。
其中，所述信息获取模块1包括汇聚节点和传感器节点；所述信息获取模块包括汇聚节点和传感器节点；传感器节点采集空气污染信息并将采集的空气污染信息发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各传感器节点发送的空气污染信息汇总发送至预警终端2。在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括被配置为监测待监测区域的空气污染物浓度的传感器和被配置为将传感器信号转换为对应的空气污染信息的信号转换单元，所述信号转换单元与传感器连接；还包括被配置为控制采集频率的控制单元，所述控制单元与传感器连接。
在一种能够实现的方式中，所述的传感器包括一氧化碳浓度传感器、二氧化硫浓度传感器、一氧化氮浓度传感器、颗粒物浓度传感器中的一种或多种。
图2是本发明一个示例性实施例的预警终端的结构示意框图。在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述预警终端2包括分析单元10和预警单元20，所述分析单元10被配置为将空气污染信息与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警单元20在所述比较结果为空气污染信息超出设定阈值时发出预警信号。
本发明上述实施例基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测区域内的空气污染物信息的自动获取，以及空气污染物浓度超标的预警和数据发布，无需布线，节省人力物力，可扩展性好，方便快捷。
现有技术中，汇聚节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的空气污染信息，还要中继转发其他传感器节点的空气污染信息，因此在汇聚节点附近的传感器节点相比远离汇聚节点的传感器节点要发送更多的空气污染信息，所以无线传感器网络在汇聚节点附近容易产生能量空洞。
基于现有技术所存在的问题，在一种能够实现的方式中，本实施例设置汇聚节点可移动，设与汇聚节点的距离小于设定的距离阈值的传感器节点集合为Z，汇聚节点定期对集合Z中的传感器节点进行能量监测，按照下列公式计算传感器节点的能量权值，若集合Z中存在能量权值大于0的传感器节点，汇聚节点在能量权值大于0的传感器节点中，选择最大能量权值的传感器节点作为目标节点，向目标节点方向移动设定的距离：
式中，Xq为集合Z中的传感器节点q的能量权值，Vq为传感器节点q的当前剩余能量，Vqc为传感器节点q通信范围内的第c个传感器节点的当前剩余能量，mq为传感器节点q通信范围内的传感器节点数量，pq为传感器节点q的通信半径，Vu为集合Z中的第u个传感器节点的当前剩余能量，po为汇聚节点的通信半径。
本实施例设置汇聚节点可移动，并创新性地定义了能量权值的计算公式，本实施例在汇聚节点的附近传感器节点的能量权值大于0时，使传感器节点向最大能量权值的传感器节点的方向移动设定的距离，从而促使汇聚节点离开能量较低的附近传感器节点，有益于平衡无线传感器网络中的能量，减少能量空洞现象，进而有效延长网络生存时间，提高空气污染信息收集的稳定性。
在一种能够实现的方式中，按照实际需要在所述待监测区域内部署传感器节点，部署的传感器节点满足：任意传感器节点的感知半径在[Fmin,Fmax]范围内，Fmax和Fmin分为传感器节点感知半径的上下限；设置任意相邻两个传感器节点之间的距离在[Fmax-Fmin,Fmax+Fmin]范围内；确定已部署的传感器节点数量r，计算传感器节点的理论数量r0，若r<r0，在监测区域内继续部署至少r0-r个传感器节点。
其中，计算传感器节点的理论数量r0，包括：设传感器节点的理论数量为r0，按照下列公式计算传感器节点的最大可能理论覆盖率H：
为满足网络覆盖要求，设定H＝1，则
式中，L为待监测区域面积。
本实施例基于实际需要部署传感器节点后，按照网络覆盖率的需求计算传感器节点的理论数量，并将实际部署的传感器节点数量与传感器节点的理论数量进行比较，根据比较结果确定是否增加部署传感器节点。
本实施例相对于随机抛洒传感器节点的方式，约束了传感器节点的数量，以节省空气污染信息的采集成本，且有利于提高网络覆盖率，提高获取空气污染信息的全面性。
在一个实施例中，在监测区域内继续部署至少r0-r个传感器节点，具体为：
(1)将设定的监测区域平均划分为n0个子区域，n0∈[6,8]，计算每个子区域的最大可能实际覆盖率：
式中，H5为第s个子区域的最大可能实际覆盖率，为所述第s个子区域中传感器节点的最小感知半径，为所述第s个子区域中传感器节点的最大感知半径；
(2)设最大可能实际覆盖率小于1的子区域数目为n，n≤n0，若n＝0，按照最大可能实际覆盖率由小到大的顺序对各子区域进行排序，选取前3个子区域作为部署区域，在每个部署区域中增加int[(r0-r)/3]个传感器节点；
若n＝1，在最大可能实际覆盖率小于1的子区域中增加部署r0-r个传感器节点；
若n>1，在第w个最大可能实际覆盖率小于1的子区域中增加部署rw个传感器节点：
式中，Hw为所述第w个最大可能实际覆盖率小于1的子区域的最大可能实际覆盖率，Hj为第j个最大可能实际覆盖率小于1的子区域的最大可能实际覆盖率；int为取整函数。
本实施例在监测区域内继续部署传感器节点时，将设定的监测区域平均划分为多个子区域，并根据每个子区域的最大可能实际覆盖率情况，确定在某个子区域中增加合适数量的传感器节点。本实施例能够提高网络的实际覆盖率，并进一步均衡各子区域的网络覆盖程度，提升无线传感器网络的监测性能，提高空气污染信息收集的全面性。
本发明上述实施例基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测区域内的空气污染物信息的自动获取，以及空气污染物浓度超标的预警和数据发布，无需布线，节省人力物力，可扩展性好，方便快捷。
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.空气污染信息自动获取与实时发布系统，其特征是，包括信息获取模块和预警终端，信息获取模块被配置为采集待监测区域的空气污染信息；预警终端被配置为对空气污染信息进行分析，在空气污染信息超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；还包括与所述信息获取模块连接的信息实时发布模块，所述信息实时发布模块被配置为在设定的显示设备上发布所接收的空气污染信息。
2.根据权利要求1所述的空气污染信息自动获取与实时发布系统，其特征是，所述预警终端包括分析单元和预警单元，所述分析单元被配置为将空气污染信息与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警单元在所述比较结果为空气污染信息超出设定阈值时发出预警信号。
3.根据权利要求1所述的空气污染信息自动获取与实时发布系统，其特征是，所述信息获取模块包括汇聚节点和传感器节点；传感器节点采集空气污染信息并将采集的空气污染信息发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各传感器节点发送的空气污染信息汇总发送至预警终端。
4.根据权利要求3所述的空气污染信息自动获取与实时发布系统，其特征是，所述传感器节点包括被配置为监测待监测区域的空气污染物浓度的传感器和被配置为将传感器信号转换为对应的空气污染信息的信号转换单元，所述信号转换单元与传感器连接；还包括被配置为控制采集频率的控制单元，所述控制单元与传感器连接。
5.根据权利要求3所述的空气污染信息自动获取与实时发布系统，其特征是，设置汇聚节点可移动，设与汇聚节点的距离小于设定的距离阈值的传感器节点集合为Z，汇聚节点定期对集合Z中的传感器节点进行能量监测，按照下列公式计算传感器节点的能量权值，若集合Z中存在能量权值大于0的传感器节点，汇聚节点在能量权值大于0的传感器节点中，选择最大能量权值的传感器节点作为目标节点，向目标节点方向移动设定的距离：
式中，Xq为集合Z中的传感器节点q的能量权值，Vq为传感器节点q的当前剩余能量，Vqc为传感器节点q通信范围内的第c个传感器节点的当前剩余能量，mq为传感器节点q通信范围内的传感器节点数量，pq为传感器节点q的通信半径，Vu为集合Z中的第u个传感器节点的当前剩余能量，po为汇聚节点的通信半径。
6.根据权利要求3所述的空气污染信息自动获取与实时发布系统，其特征是，按照实际需要在所述待监测区域内部署传感器节点，部署的传感器节点满足：任意传感器节点的感知半径在[Fmin，Fmax]范围内，Fmax和Fmin分为传感器节点感知半径的上下限；设置任意相邻两个传感器节点之间的距离在[Fmax-Fmin，Fmax+Fmin]范围内；确定已部署的传感器节点数量r，计算传感器节点的理论数量r0，若r＜r0，在监测区域内继续部署至少r0-r个传感器节点。
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