CN109839153A - 一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，属于环境监测技术领域，包括客户端服务器、数据中心和无人机，无人机通过移动网络与中心服务器通信，解决了传统测量方式不能适用于高楼众多的城市环境监测的技术问题，本发明通过接入第三方地图软件获取城市地理环境数据，然后生成城市地理环境模型，通过环境分层单元将城市环境进行高低分层，在高楼多的地方设立较高的监测点，在高楼较少的监测点设立较低的监测点，然后通过无人机进行监测点环境监测，用户可以通过计算机随时进行城市环境数据查询，具有功能齐全、适用性高、抗干扰性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统。
背景技术
几年来，随着我国经济的高速发展、城市建设规模的不断扩大、城市功能区和产业结构布局的不断优化、调整，许多城市在城市环境、城市建成区规模和人口数量、分布等方面都有了很大变化，原有的城市环境空气监测点位都呈现出数量上的不足或者空间分布上的不科学，不能继续满足城市环境空气监测的技术要求，从而面临着不断增设或调整等优化的需要。当前中国经济在快速发展，城镇化速度不断加快，人们对生活质量的要求也在不断提高，在生活不仅更加重视物资生活，也更加重视对周围环境的的提升。随着城镇化的加快，很多和以往不同的环境问题出现了，城市化建设不可避免的会对环境产生影响。
空气监测指对存在于空气中的污染物质进行定点、连续或定时的采样和测量。为了对空气进行监测，一般在一个城市设立若干个空气监测点，安装自动监测的仪器作连续自动监测，将监测结果派人定期取回，加以分析并得到相关的数据。空气监测的项目主要包括二氧化硫、一氧化氮、碳氢化合物、浮尘等。空气监测是大气质量控制和对大气质量进行合理评价的基础。
但是，由于我国城市地理环境复杂，高楼众多，其环境监测也较难监测，普通的固定设点监测方式不能完全适用，而且，不同高度的空气质量也是完全不同，在一个水平面设立监测点已经满足不了城市环境监测的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，解决了传统测量方式不能适用于高楼众多的城市环境监测的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，包括客户端服务器、数据中心和无人机，无人机通过移动网络与中心服务器通信；
数据中心包括城市环境监测模块、城市环境模拟模块、城市地图获取模块、监测数据处理模块和无人机控制模块；
城市环境监测模块用于存储环境数据，环境数据包括温度数据、湿度数据、颗粒物数据、污染物数据、风速风向数据和噪声数据；
城市地图获取模块包括第三方软件接入单元、比对单元、环境分层单元、监测点设定单元和地图更新单元，所述第三方软件接入单元用于连接5个第三方地图软件从而获取数个城市地理数据，所述比对单元用于对5个第三方地图软件中的城市地理数据的不同之处进行比对选择，所述环境分层单元用于根据城市层理化环境将城市环境进行分层，所述监测点设定单元用于根据城市环境分层情况设定相应的监测点，所述地图更新单元用于通过获取第三方地图软件更新数据对城市地理数据进行更新；
城市环境模拟模块包括城市模型模拟单元、监测点分布单元、监测数据分布单元、环境变化趋势模拟单元和异常预警单元，所述城市模型模拟单元用于根据城市地图获取模块获取到的城市地理数据模拟出城市的立体模型，所述监测点分布单元用于将监测点设定单元设定的监测点显示在城市模拟模型中，所述监测数据分布单元用于将监测数据对应监测点显示在城市模拟模型中，所述环境变化趋势模拟单元用于将趋势分析单元分析的环境变化趋势数据显示在城市模拟模型中，所述异常预警单元用于在城市模拟模型突出显示环境存在异常的监测点；
监测数据处理模块包括数据接收单元、有效数据筛选单元、数据分类单元、数据处理单元和趋势分析单元，所述数据接收单元用于接收无人机发送的监测数据，所述有效数据筛选单元用于将监测数据中的无效数据剔除，保留有效数据，所述数据分类单元用于将筛选后的有效数据进行分类，所述数据处理单元对环境监测数据进行分析处理，所述趋势分析单元用于根据数据处理单元分析处理结果进行环境变化趋势分析；
无人机控制模块包括监测任务分配单元、飞行路径规划单元、监测接力控制单元、监测数据发送单元和故障检测单元，所述监测任务分配单元用于向无人机发送监测任务，所述飞行路径规划单元用于根据监测任务地点智能规划无人机的最优飞行路径，所述监测接力控制单元用于控制新的无人机接替电量即将耗尽的无人机的监测任务，所述监测数据发送单元用于将无人机监测到的数据发送至计算机，所述故障检测单元用于对无人机的异常故障进行检测；
所述客户端服务器通过网线与数据中心通信，所述客户端服务器包括存储单元、查询单元、维护单元、控制单元和权限单元，所述存储单元用于存储系统运行产生的各种数据，所述查询单元用于用户在计算机上对城市环境监测数据进行随时查询，所述维护单元用于对存储单元存储的数据进行增加、修改和删除操作，所述控制单元用于对城市地图获取模块、无人机控制模块、城市环境监测模块、监测数据处理模块和城市环境模拟模块的运行进行控制，所述权限单元包括用户权限和无人机权限。
优选的，所述无人机包括机身、旋转翼、电源、温度传感器、湿度传感器、颗粒物浓度监测器、污染物浓度监测器、风向风力监测器和噪音监测器，所述旋转翼共有四个，分别安装在所述机身的上方，所述电源设置在机身内部，所述温度传感器、湿度传感器、颗粒物浓度监测器和污染物浓度监测器分别安装在电源上方，所述风向风力监测器与噪音监测器分别安装在机身底面。
优选的，所述温度传感器用于测量温度数据，湿度传感器用于测量湿度数据，颗粒物浓度监测器用于测量用于测量颗粒物数据，污染物浓度监测器用于测量用于测量污染物数据，风向风力监测器用于测量用于测量风力和风向数据，噪音监测器用于测量噪声数据。
优选的，所述风向风力监测器与机身表面的距离为0.5m。
优选的，所述噪音监测器与机身连接处设有吸音棉。
优选的，所述颗粒物数据包括TSP、PM10和PM2.5，所述污染物数据包括二氧化氮浓度、二氧化硫浓度、一氧化碳浓度、臭氧浓度、挥发性有机化合物浓度和重金属浓度。
本发明所述的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，解决了传统测量方式不能适用于高楼众多的城市环境监测的技术问题，本发明通过接入第三方地图软件获取城市地理环境数据，然后生成城市地理环境模型，通过环境分层单元将城市环境进行高低分层，在高楼多的地方设立较高的监测点，在高楼较少的监测点设立较低的监测点，然后通过无人机进行监测点环境监测，无人机底部设置较远距离的风力风向监测器，避免无人机的旋转翼产生的气流对风向风力监测器产生影响，噪音监测器与机身连接处设有吸音棉，可以吸收无人机本身发出的声音，避免对噪音监测器造成干扰，监测到的数据信息发送至计算机进行处理，并将环境数据显示在城市环境模型上，用户可以通过计算机随时进行城市环境数据查询，本发明具有功能齐全、适用性高、抗干扰性强等优点。
附图说明
图1是本发明的系统构架图；
图2是本发明的无人机示意图。
具体实施方式
如图1-图2所示的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，包括客户端服务器、数据中心和无人机10，无人机10通过移动网络与中心服务器通信；
数据中心包括城市环境监测模块、城市环境模拟模块、城市地图获取模块、监测数据处理模块和无人机10控制模块；
城市环境监测模块用于存储环境数据，环境数据包括温度数据、湿度数据、颗粒物数据、污染物数据、风速风向数据和噪声数据；
城市地图获取模块包括第三方软件接入单元、比对单元、环境分层单元、监测点设定单元和地图更新单元，所述第三方软件接入单元用于连接5个第三方地图软件从而获取数个城市地理数据，所述比对单元用于对5个第三方地图软件中的城市地理数据的不同之处进行比对选择，所述环境分层单元用于根据城市层理化环境将城市环境进行分层，所述监测点设定单元用于根据城市环境分层情况设定相应的监测点，所述地图更新单元用于通过获取第三方地图软件更新数据对城市地理数据进行更新；
城市环境模拟模块包括城市模型模拟单元、监测点分布单元、监测数据分布单元、环境变化趋势模拟单元和异常预警单元，所述城市模型模拟单元用于根据城市地图获取模块获取到的城市地理数据模拟出城市的立体模型，所述监测点分布单元用于将监测点设定单元设定的监测点显示在城市模拟模型中，所述监测数据分布单元用于将监测数据对应监测点显示在城市模拟模型中，所述环境变化趋势模拟单元用于将趋势分析单元分析的环境变化趋势数据显示在城市模拟模型中，所述异常预警单元用于在城市模拟模型突出显示环境存在异常的监测点；
监测数据处理模块包括数据接收单元、有效数据筛选单元、数据分类单元、数据处理单元和趋势分析单元，所述数据接收单元用于接收无人机10发送的监测数据，所述有效数据筛选单元用于将监测数据中的无效数据剔除，保留有效数据，所述数据分类单元用于将筛选后的有效数据进行分类，所述数据处理单元对环境监测数据进行分析处理，所述趋势分析单元用于根据数据处理单元分析处理结果进行环境变化趋势分析；
无人机10控制模块包括监测任务分配单元、飞行路径规划单元、监测接力控制单元、监测数据发送单元和故障检测单元，所述监测任务分配单元用于向无人机10发送监测任务，所述飞行路径规划单元用于根据监测任务地点智能规划无人机10的最优飞行路径，所述监测接力控制单元用于控制新的无人机10接替电量即将耗尽的无人机10的监测任务，所述监测数据发送单元用于将无人机10监测到的数据发送至计算机，所述故障检测单元用于对无人机10的异常故障进行检测；
所述客户端服务器通过网线与数据中心通信，所述客户端服务器包括存储单元、查询单元、维护单元、控制单元和权限单元，所述存储单元用于存储系统运行产生的各种数据，所述查询单元用于用户在计算机上对城市环境监测数据进行随时查询，所述维护单元用于对存储单元存储的数据进行增加、修改和删除操作，所述控制单元用于对城市地图获取模块、无人机10控制模块、城市环境监测模块、监测数据处理模块和城市环境模拟模块的运行进行控制，所述权限单元包括用户权限和无人机10权限。
所述客户端服务器为计算机。
优选的，所述无人机10包括机身1、旋转翼2、电源3、温度传感器4、湿度传感器5、颗粒物浓度监测器6、污染物浓度监测器7、风向风力监测器8和噪音监测器9，所述旋转翼2共有四个，分别安装在所述机身1的上方，所述电源3设置在机身1内部，所述温度传感器4、湿度传感器5、颗粒物浓度监测器6和污染物浓度监测器7分别安装在电源3上方，所述风向风力监测器8与噪音监测器9分别安装在机身1底面。
优选的，所述温度传感器4用于测量温度数据，湿度传感器5用于测量湿度数据，颗粒物浓度监测器6用于测量用于测量颗粒物数据，污染物浓度监测器7用于测量用于测量污染物数据，风向风力监测器8用于测量用于测量风力和风向数据，噪音监测器9用于测量噪声数据。
优选的，所述风向风力监测器8与机身1表面的距离为0.5m。
优选的，所述噪音监测器9与机身1连接处设有吸音棉。
优选的，所述颗粒物数据包括TSP、PM10和PM2.5，所述污染物数据包括二氧化氮浓度、二氧化硫浓度、一氧化碳浓度、臭氧浓度、挥发性有机化合物浓度和重金属浓度。
上述无人机10的型号为Mavic 2pro无人机，温度传感器4、湿度传感器5、颗粒物浓度监测器6、污染物浓度监测器7、风向风力监测器8、噪音监测器9均为现有技术，故不详细叙述。
首先，通过城市地图获取模块获取城市地理信息数据，建立城市环境模型，并根据地理信息将城市环境进行分层，设立监测点，监测任务分配单元将监测任务具体分配至无人机10，利用飞行路径规划单元规划无人机10最优飞行路线，权限单元向飞行管制部门申请飞行权限，无人机10飞至监测点后，城市环境监测模块的各个监测单元开始工作，监测到的数据通过监测数据发送单元发送至监测数据处理模块进行筛选、分类、处理和预测，通过城市环境模拟模块将城市环境数据显示在城市环境模型上，如遇无人机电量不足时，由监测接力控制单元派出电量充足无人机10接力监测。
本发明所述的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，解决了传统测量方式不能适用于高楼众多的城市环境监测的技术问题，本发明通过接入第三方地图软件获取城市地理环境数据，然后生成城市地理环境模型，通过环境分层单元将城市环境进行高低分层，在高楼多的地方设立较高的监测点，在高楼较少的监测点设立较低的监测点，然后通过无人机10进行监测点环境监测，无人机10底部设置较远距离的风力风向监测器，避免无人机10的旋转翼2产生的气流对风向风力监测器8产生影响，噪音监测器9与机身1连接处设有吸音棉，可以吸收无人机10本身发出的声音，避免对噪音监测器9造成干扰，监测到的数据信息发送至计算机进行处理，并将环境数据显示在城市环境模型上，用户可以通过计算机随时进行城市环境数据查询。总之，本发明具有功能齐全、适用性高、抗干扰性强等优点。
Claims (6)
1.一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，其特征在于：包括客户端服务器、数据中心和无人机(10)，无人机(10)通过移动网络与中心服务器通信；
数据中心包括城市环境监测模块、城市环境模拟模块、城市地图获取模块、监测数据处理模块和无人机(10)控制模块；
城市环境监测模块用于存储环境数据，环境数据包括温度数据、湿度数据、颗粒物数据、污染物数据、风速风向数据和噪声数据；
城市地图获取模块包括第三方软件接入单元、比对单元、环境分层单元、监测点设定单元和地图更新单元，所述第三方软件接入单元用于连接5个第三方地图软件从而获取数个城市地理数据，所述比对单元用于对5个第三方地图软件中的城市地理数据的不同之处进行比对选择，所述环境分层单元用于根据城市层理化环境将城市环境进行分层，所述监测点设定单元用于根据城市环境分层情况设定相应的监测点，所述地图更新单元用于通过获取第三方地图软件更新数据对城市地理数据进行更新；
城市环境模拟模块包括城市模型模拟单元、监测点分布单元、监测数据分布单元、环境变化趋势模拟单元和异常预警单元，所述城市模型模拟单元用于根据城市地图获取模块获取到的城市地理数据模拟出城市的立体模型，所述监测点分布单元用于将监测点设定单元设定的监测点显示在城市模拟模型中，所述监测数据分布单元用于将监测数据对应监测点显示在城市模拟模型中，所述环境变化趋势模拟单元用于将趋势分析单元分析的环境变化趋势数据显示在城市模拟模型中，所述异常预警单元用于在城市模拟模型突出显示环境存在异常的监测点；
监测数据处理模块包括数据接收单元、有效数据筛选单元、数据分类单元、数据处理单元和趋势分析单元，所述数据接收单元用于接收无人机(10)发送的监测数据，所述有效数据筛选单元用于将监测数据中的无效数据剔除，保留有效数据，所述数据分类单元用于将筛选后的有效数据进行分类，所述数据处理单元对环境监测数据进行分析处理，所述趋势分析单元用于根据数据处理单元分析处理结果进行环境变化趋势分析；
无人机(10)控制模块包括监测任务分配单元、飞行路径规划单元、监测接力控制单元、监测数据发送单元和故障检测单元，所述监测任务分配单元用于向无人机(10)发送监测任务，所述飞行路径规划单元用于根据监测任务地点智能规划无人机(10)的最优飞行路径，所述监测接力控制单元用于控制新的无人机(10)接替电量即将耗尽的无人机(10)的监测任务，所述监测数据发送单元用于将无人机(10)监测到的数据发送至计算机，所述故障检测单元用于对无人机(10)的异常故障进行检测；
所述客户端服务器通过网线与数据中心通信，所述客户端服务器包括存储单元、查询单元、维护单元、控制单元和权限单元，所述存储单元用于存储系统运行产生的各种数据，所述查询单元用于用户在计算机上对城市环境监测数据进行随时查询，所述维护单元用于对存储单元存储的数据进行增加、修改和删除操作，所述控制单元用于对城市地图获取模块、无人机(10)控制模块、城市环境监测模块、监测数据处理模块和城市环境模拟模块的运行进行控制，所述权限单元包括用户权限和无人机(10)权限。
2.如权利要求1所述的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，其特征在于：所述无人机(10)包括机身(1)、旋转翼(2)、电源(3)、温度传感器(4)、湿度传感器(5)、颗粒物浓度监测器(6)、污染物浓度监测器(7)、风向风力监测器(8)和噪音监测器(9)，所述旋转翼(2)共有四个，分别安装在所述机身(1)的上方，所述电源(3)设置在机身(1)内部，所述温度传感器(4)、湿度传感器(5)、颗粒物浓度监测器(6)和污染物浓度监测器(7)分别安装在电源(3)上方，所述风向风力监测器(8)与噪音监测器(9)分别安装在机身(1)底面。
3.如权利要求2所述的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，其特征在于：所述温度传感器(4)用于测量温度数据，湿度传感器(5)用于测量湿度数据，颗粒物浓度监测器(6)用于测量用于测量颗粒物数据，污染物浓度监测器(7)用于测量用于测量污染物数据，风向风力监测器(8)用于测量用于测量风力和风向数据，噪音监测器(9)用于测量噪声数据。
4.如权利要求2所述的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，其特征在于：所述风向风力监测器(8)与机身(1)表面的距离为0.5m。
5.如权利要求2所述的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，其特征在于：所述噪音监测器(9)与机身(1)连接处设有吸音棉(11)。
6.如权利要求2所述的一种应用于城市层理化环境监测和模拟的计算机系统，其特征在于：所述颗粒物数据包括TSP、PM10和PM2.5，所述污染物数据包括二氧化氮浓度、二氧化硫浓度、一氧化碳浓度、臭氧浓度、挥发性有机化合物浓度和重金属浓度。
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- 2019-01-30 CN CN201910093349.7A patent/CN109839153A/zh active Pending
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