CN110207748A - 一种物联网环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物联网环境监测系统,包括无人机模块、环境参数感知节点布置图输出模块、环境参数感知节点位置标记模块和环境参数感知节点,环境参数感知节点基于环境参数感知节点布置图布置在待检测区域内,单个环境感知节点可实现多种环境参数的感知,环境参数感知节点内部通过ZigBee芯片形成自组织网络,可以实现多参数的动态感知和数据融合,环境参数感知节点通过动态路由和多跳传输的方式将数据传输到汇聚节点,汇聚节点通过GPRS与Internet网络实现无缝联接,将环境感知参数发送到云服务器。本发明可以更加全面的实现对目标区域环境质量情况的了解,同时实现了数据的云共享。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测系统,具体涉及一种物联网环境监测系统。
背景技术
传统的基于环境自动监测站的系统结构,监测节点采用人为踩点布置的方式进行,分布稀疏孤立,布置不合理,在影响整个传感器网络运行效用的同时,不能实现数据的云传输和云共享,无法建立全局的环境评价模型。同时,传统环境监测系统检测的环境参数种类单一,参数孤立不相关,无法反应环境的真实动态情况。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种物联网环境监测系统。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种物联网环境监测系统,包括:
无人机模块,用于定时进行待检测区域图片数据的采集并实现待检测区域尺寸数据的采集;
环境参数感知节点布置图输出模块,用于根据无人机模块采集到的尺寸数据基于预设的传感器布设算法实现环境参数感知节点布置图的输出;
环境参数感知节点位置标记模块,用于采用攀爬机器人根据环境参数感知节点布置图实现各环境参数感知节点位置的标记;
环境参数感知节点,基于所述环境参数感知节点布置图布置在待检测区域内,单个环境感知节点可实现多种环境参数的感知,环境参数感知节点内部通过ZigBee芯片形成自组织网络,可以实现多参数的动态感知和数据融合;环境参数感知节点通过动态路由和多跳传输的方式将数据传输到汇聚节点,汇聚节点通过GPRS 与Internet网络实现无缝联接,将环境感知参数发送到云服务器,云服务器通过其内建立的环境评价模型输出对应的评估结果和管理决策至远程用户终端,并通过数据整理模块完成图片数据与对应的环境感知参数、评估结果数据的整理,储存在对应的数据库内,远程用户终端通过访问云服务器可实现权限内数据的共享。
进一步地,所述环境参数感知节点中包括传感器本体以及传感器安装件,传感器本体包括传感器外壳、安装在外壳下底面的3M胶层,安装在传感器外壳内的传感单元、处理单元、通信单元和电源单元,引线连接传感单元并从传感器外壳前端的开口引出;传感器安装件包括尼龙扎带,以及固接在尼龙扎带上的光滑塑料片。
进一步地,所述传感单元负责感知环境参数信息,将感知到的数据送到处理单元加以处理,处理器单元含存储组件和嵌入式处理组件两个部分,存储组件负责存储收集到的数据信息,执行设计存储好的程序代码,以协调融合不同传感器之间的信息;处理组件根据原先所存储的程序或监控中心发出的指令,启动感知单元收集环境的信息,并将所收集的数据融合处理后送到通信单元;通信单元负责数据信息在传感器节点之间传递;电源单元作为整个无线传感器节点的基础模块,保证节点正常顺利工作。
进一步地,所述电源单元外接一太阳能充电电路,实现了电源的续航再生能力。
进一步地,所述攀爬机器人根据环境参数感知节点布置图采用以近到远的原则进行环境参数节点位置的标记,标记时,采用到点蹲点的模式进行(也就是说,到达目标位置后攀爬机器人停止前进),在工作人员完成当前环境参数感知节点布置后,攀爬机器人引导工作人员前往下一个点。
进一步地,所述云服务器内设有:
环境质量识别评价模块,采用基于支持向量机的环境质量状况识别与评价模型实现当前环境质量状况的识别与评价,输出环境质量识别评价结果;
图像处理模块,采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理;采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理,基于连通分量的形态学区域特征去除小面积杂点噪声,完成地面植被、河流、垃圾所在位置的识别;并基于连通分量外接矩形的长宽比进行地面植被、河流和垃圾尺寸的测量,并输出测量结果;
数据整理模块,用于将测量结果、环境感知参数以及对应的环境质量识别评价结果转换成超链接的模式,标记在对应的图片上;
数据定位储存模块,用于根据数据源的地理定位信息在数据库中为完成数据整理后的数据找到合适的位置,并为其找到相似数据点,建立其与相似数据点之间的关系。
进一步地,所述图像处理模块输出的测量结果包括河流/地面植被/垃圾所在位置及其对应的尺寸测量结果。
进一步地,所述远程用户终端基于手机app实现登录,该手机app内设有:
注册登录模块,用于实现用户的注册、登录;
数据查询模块,用于输入需要查询的关键字,数据挖掘模块接收关键字通过访问服务器进行权限内数据的查询,并将查询结构反馈到对应的账户进行显示;
预警模块,用于接收服务器输出的环境质量识别评价结果和测量结果,当该环境质量识别评价结果、测量结果中任何一项超过预设的阀值模型的安全值时发出预警信号。
进一步地,所述无人机模块采用定时巡检工作模式,每次的巡检工作的行走轨迹均相同,从而可以根据图片数据实现检测区地面植被、河流和垃圾变化情况数据的获取。
本发明具有以下有益效果:
1)通过无人机进行待检测区域传感器节点布置位置的确定,再通过攀爬机器人实现传感器节点位置的标记,提高了传感器节点布置的合理性,
2)通过传感器参数协同无人机图像采集的模式可以更加全面的实现对目标区域环境质量情况的了解,同时实现了数据的云共享。
3)通过优化传感器结构,方便了传感器的安装使用。
附图说明
图1为本发明实施例一种物联网环境监测系统的系统框图。
图2为本发明实施例中单个环境感知节点的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明实施例提供了一种物联网环境监测系统,包括:
无人机模块,用于定时进行待检测区域图片数据的采集并实现待检测区域尺寸数据的采集;
环境参数感知节点布置图输出模块,该模块内载于无人机内,用于根据无人机模块采集到的尺寸数据基于预设的传感器布设算法实现环境参数感知节点布置图的输出;输出的布置图通过无线传输的方式传送至攀爬机器人;
环境参数感知节点位置标记模块,用于采用攀爬机器人根据环境参数感知节点布置图实现各环境参数感知节点位置的标记;
环境参数感知节点,基于所述环境参数感知节点布置图布置在待检测区域内,单个环境感知节点可实现多种环境参数的感知,环境参数感知节点内部通过ZigBee芯片形成自组织网络,可以实现多参数的动态感知和数据融合;环境参数感知节点通过动态路由和多跳传输的方式将数据传输到汇聚节点,汇聚节点通过GPRS 与Internet网络实现无缝联接,将环境感知参数发送到云服务器,云服务器通过其内建立的环境评价模型输出对应的评估结果和管理决策至远程用户终端,并通过数据整理模块完成图片数据与对应的环境感知参数、评估结果数据的整理,储存在对应的数据库内,远程用户终端通过访问云服务器可实现权限内数据的共享。
本实施例中,所述环境参数感知节点中包括传感器本体以及传感器安装件,传感器本体包括传感器外壳、安装在外壳下底面的3M胶层,安装在传感器外壳内的传感单元、处理单元、通信单元和电源单元,引线连接传感单元并从传感器外壳前端的开口引出;传感器安装件包括尼龙扎带,以及固接在尼龙扎带上的光滑塑料片。安装时,如果是光滑的表面,可以直接撕去3M胶层上的保护层,将传感器本体粘附在目标位置,如果遇到是树木等,首先将尼龙扎带固定在目标位置的树脂上,然后再撕去3M胶层上的保护层,将传感器本体粘附在光滑塑料片上。如果是没有附着物的地方,则需要假设支杆或支架,建议采用光滑的支杆支架,从而可以实现传感器本体的直接粘附。所述传感单元负责感知环境参数信息,将感知到的数据送到处理单元加以处理,处理器单元含存储组件和嵌入式处理组件两个部分,存储组件负责存储收集到的数据信息,执行设计存储好的程序代码,以协调融合不同传感器之间的信息;处理组件根据原先所存储的程序或监控中心发出的指令,启动感知单元收集环境的信息,并将所收集的数据融合处理后送到通信单元;通信单元负责数据信息在传感器节点之间传递;电源单元作为整个无线传感器节点的基础模块,保证节点正常顺利工作。所述电源单元外接一太阳能充电电路,实现了电源的续航再生能力。
本实施例中,所述攀爬机器人根据环境参数感知节点布置图采用以近到远的原则进行环境参数节点位置的标记,标记时,采用到点蹲点的模式进行(也就是说,到达目标位置后攀爬机器人停止前进),在工作人员完成当前环境参数感知节点布置后,攀爬机器人引导工作人员前往下一个点。
本实施例中,所述云服务器内设有:
环境质量识别评价模块,采用基于支持向量机的环境质量状况识别与评价模型实现当前环境质量状况的识别与评价,输出环境质量识别评价结果;
图像处理模块,采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理;采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理,基于连通分量的形态学区域特征去除小面积杂点噪声,完成地面植被、河流、垃圾所在位置的识别;并基于连通分量外接矩形的长宽比进行地面植被、河流和垃圾尺寸的测量,并输出测量结果;所述测量结果包括河流/地面植被/垃圾所在位置及其对应的尺寸测量结果;
数据整理模块,用于将测量结果、环境感知参数以及对应的环境质量识别评价结果转换成超链接的模式,标记在对应的图片上;
数据定位储存模块,用于根据数据源的地理定位信息在数据库中为完成数据整理后的数据找到合适的位置,并为其找到相似数据点,建立其与相似数据点之间的关系。所述数据定位储存模块基于刻面技术来实现数据定位,通过计算不同数据术语间的刻面距离来准确定位数据;在定位数据时,在已知刻面的约束下选择相应的术语,以此来完成对所需数据的描述,如果选择成功,则返回相应的数据;如果选择不成功,则系统将根据同义词词典和概念距离图计算术语的相似性,形成新的定位信息。
本实施例中,所述远程用户终端基于手机app实现登录,该手机app内设有:
注册登录模块,用于实现用户的注册、登录;
数据查询模块,用于输入需要查询的关键字,数据挖掘模块接收关键字通过访问服务器进行权限内数据的查询,并将查询结构反馈到对应的账户进行显示;
预警模块,用于接收服务器输出的环境质量识别评价结果和测量结果,当该环境质量识别评价结果、测量结果中任何一项超过预设的阀值模型的安全值时发出预警信号。该预警信号采用语音播报的模式进行。
本实施例中,所述无人机模块采用定时巡检工作模式,每次的巡检工作的行走轨迹均相同,从而可以根据图片数据实现检测区地面植被、河流和垃圾变化情况数据的获取。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种物联网环境监测系统,其特征在于,包括:
无人机模块,用于定时进行待检测区域图片数据的采集并实现待检测区域尺寸数据的采集;
环境参数感知节点布置图输出模块,用于根据无人机模块采集到的尺寸数据基于预设的传感器布设算法实现环境参数感知节点布置图的输出;
环境参数感知节点位置标记模块,用于采用攀爬机器人根据环境参数感知节点布置图实现各环境参数感知节点位置的标记;
环境参数感知节点,基于所述环境参数感知节点布置图布置在待检测区域内,单个环境感知节点可实现多种环境参数的感知,环境参数感知节点内部通过ZigBee芯片形成自组织网络,可以实现多参数的动态感知和数据融合;环境参数感知节点通过动态路由和多跳传输的方式将数据传输到汇聚节点,汇聚节点通过GPRS 与Internet网络实现无缝联接,将环境感知参数发送到云服务器,云服务器通过其内建立的环境评价模型输出对应的评估结果和管理决策至远程用户终端,并通过数据整理模块完成图片数据与对应的环境感知参数、评估结果数据的整理,储存在对应的数据库内,远程用户终端通过访问云服务器可实现权限内数据的共享。
2.如权利要求1所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述环境参数感知节点中包括传感器本体以及传感器安装件,传感器本体包括传感器外壳、安装在外壳下底面的3M胶层,安装在传感器外壳内的传感单元、处理单元、通信单元和电源单元,引线连接传感单元并从传感器外壳前端的开口引出;传感器安装件包括尼龙扎带,以及固接在尼龙扎带上的光滑塑料片。
3.如权利要求2所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述传感单元负责感知环境参数信息,将感知到的数据送到处理单元加以处理,处理器单元含存储组件和嵌入式处理组件两个部分,存储组件负责存储收集到的数据信息,执行设计存储好的程序代码,以协调融合不同传感器之间的信息;处理组件根据原先所存储的程序或监控中心发出的指令,启动感知单元收集环境的信息,并将所收集的数据融合处理后送到通信单元;通信单元负责数据信息在传感器节点之间传递;电源单元作为整个无线传感器节点的基础模块,保证节点正常顺利工作。
4.如权利要求2所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述电源单元外接一太阳能充电电路,实现了电源的续航再生能力。
5.如权利要求1所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述攀爬机器人根据环境参数感知节点布置图采用以近到远的原则进行环境参数节点位置的标记,标记时,采用到点蹲点的模式进行,在工作人员完成当前环境参数感知节点布置后,攀爬机器人引导工作人员前往下一个点。
6.如权利要求1所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述云服务器内设有:
环境质量识别评价模块,采用基于支持向量机的环境质量状况识别与评价模型实现当前环境质量状况的识别与评价,输出环境质量识别评价结果;
图像处理模块,采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理;采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理,基于连通分量的形态学区域特征去除小面积杂点噪声,完成地面植被、河流、垃圾所在位置的识别;并基于连通分量外接矩形的长宽比进行地面植被、河流和垃圾尺寸的测量,并输出测量结果;
数据整理模块,用于将测量结果、环境感知参数以及对应的环境质量识别评价结果转换成超链接的模式,标记在对应的图片上;
数据定位储存模块,用于根据数据源的地理定位信息在数据库中为完成数据整理后的数据找到合适的位置,并为其找到相似数据点,建立其与相似数据点之间的关系。
7.如权利要求6所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述图像处理模块输出的测量结果包括河流/地面植被/垃圾所在位置及其对应的尺寸测量结果。
8.如权利要求1所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述远程用户终端基于手机app实现登录,该手机app内设有:
注册登录模块,用于实现用户的注册、登录;
数据查询模块,用于输入需要查询的关键字,数据挖掘模块接收关键字通过访问服务器进行权限内数据的查询,并将查询结构反馈到对应的账户进行显示;
预警模块,用于接收服务器输出的环境质量识别评价结果和测量结果,当该环境质量识别评价结果、测量结果中任何一项超过预设的阀值模型的安全值时发出预警信号。
9.如权利要求1所述的一种物联网环境监测系统,其特征在于,所述无人机模块采用定时巡检工作模式,每次的巡检工作的行走轨迹均相同,从而可以根据图片数据实现检测区地面植被、河流和垃圾变化情况数据的获取。
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