CN110928231A

CN110928231A - 一种超导微波生态环境智能监测系统

Info

Publication number: CN110928231A
Application number: CN201911224165.6A
Authority: CN
Inventors: 王鸿鹏; 王帅帅; 陈海华; 何明
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Tianjin LINGJI Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-03-27

Abstract

本发明设计了一种超导微波生态环境智能监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块与供电模块，数据采集模块将采集的生态环境数据通过数据传输模块传输至数据处理模块；供电模块负责保证供电的稳定以及监测系统的整体安全。该系统可以广泛应用于面向智能系统复杂监测任务的实现等方面。

Description

一种超导微波生态环境智能监测系统

技术领域

本发明涉及生态环境监测技术领域，尤其涉及一种超导微波生态环境智能监测系统。

背景技术

生态环境监测是生态环境保护的基础，是生态文明建设的重要支撑。目前，我国生态环境监测存在范围和要素覆盖不全，建设规划、标准规范与信息发布不统一，信息化水平和共享程度不高，监测与监管结合不紧密，监测数据质量有待提高等突出问题，难以满足生态文明建设需要，影响了监测的科学性、权威性和政府公信力，必须加快推进生态环境监测网络建设，因此需要建立天地一体、上下协同、信息共享的生态环境监测系统，统一大气、生态等监测布点、监测和评价技术标准规范，使生态环境监测能力与生态文明建设要求相适应，实现对重要生态功能区、自然保护区等大范围、全天候监测，同时利用监测与评价结果，为考核问责地方政府落实本行政区域环境质量改善、污染防治、主要污染物排放总量控制、生态保护等职责任务提供科学依据和技术支撑。

发明内容

为了解决生态环境监测存在范围和要素覆盖不全，建设规划、标准规范与信息发布不统一，信息化水平和共享程度不高，监测与监管结合不紧密，监测数据质量有待提高等突出问题，本发明旨在提供一种超导微波生态环境智能监测系统，实现大范围、高灵敏、全天候、强穿透、非介入的多信息融合。利用各种环境传感设备搭建了一个基于信息融合的全自主智能环境监测系统，大大提高生态环境监测的效率与效益。

具体方案如下：

一种超导微波生态环境智能监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块与供电模块，所述数据采集模块将采集的生态环境数据通过数据传输模块传输至数据处理模块；所述数据处理模块包括数据采集控制单元、智能数据采集单元、数据监控单元和数据存储单元；所述数据采集控制单元用于控制数据采集模块的各数据采集单元是否进行数据采集；所述智能数据采集单元用于根据接收的生态环境数据判断数据采集是否需要继续进行，当需要时，发出控制指令至数据采集控制单元，数据采集控制单元控制数据采集模块进行数据采集；所述数据监控单元根据接收的生态环境数据进行数据分析，并根据预设的阈值对生态环境各参数中超过阈值的参数进行预警；所述数据存储单元用于存储采集的生态环境数据和数据监控单元的分析结果；所述供电模块负责供电的稳定以及监测系统的整体安全。

进一步的，所述数据采集模块包括微波天线、超导收发系统、PTZ相机、云台相机、微波雷达、气压传感器、温湿度传感器、颗粒物传感器、和风速风向传感器。

进一步的，所述超导收发系统包括制冷机和主机芯片。

进一步的，所述数据处理模块包括 AIU 智能单元和路由器。

进一步的，所述AIU智能单元包括 CPU、存储器、嵌入式操作系统。

进一步的，所述供电模块包括太阳能电池板、220V\12补偿控制器、电压转换

器、空气开关、电压转换器和防雷模块。

本发明采用如上技术方案，并具有有益效果：

1、该系统的数据采集中基于高温超导技术所构建的接收机前端系统具有常规接收机前端不可比拟的巨大优势，其优势主要体现在高覆盖范围和极强的抗干扰能力，提供了良好的通信质量。

2、该系统基于微波成像在景深信息与速度信息提取方面的优势，优先通过微波传感器完成对前方目标运动特征的初步筛选，进而将微波信息与融合中心通过共享数据的方式给出感兴趣区域。其后，基于视觉的跟踪、识别等算法在该区域内完成目标的跟踪与识别，实现监测系统的全自主智能化分析。

3、该系统的数据处理中软件部分采用的是一套开源的技术架构，在降低开发成本的同时，使得软件有着更高的安全性和灵活度。可视化界面采用PyQtGUI开发框架和matplotlib绘图库，极大地缩短了开发周期，同时可以提高界面的美观度。

4、该系统所设计的系统是集成度和自动化程度高的智能系统，对于其他的智能监测系统也具有极大的参考价值。

附图说明

图1是本发明所述一种超导微波生态环境智能监测系统的结构示意图。

图2是本发明所述一种超导微波生态环境智能监测系统的硬件结构示意图。

图3是本发明所述一种超导微波生态环境智能监测系统的软件流程图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参考图1所示，本发明实施例提供了一种超导微波生态环境智能监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块与供电模块，所述数据采集模块将采集的生态环境数据通过数据传输模块传输至数据处理模块；所述数据处理模块包括数据采集控制单元、智能数据采集单元、数据监控单元和数据存储单元；所述数据采集控制单元用于控制数据采集模块的各数据采集单元是否进行数据采集；所述智能数据采集单元用于根据接收的生态环境数据判断数据采集是否需要继续进行，当需要时，发出控制指令至数据采集控制单元，数据采集控制单元控制数据采集模块进行数据采集；所述数据监控单元根据接收的生态环境数据进行数据分析，并根据预设的阈值对生态环境各参数中超过阈值的参数进行预警；所述数据存储单元用于存储采集的生态环境数据和数据监控单元的分析结果；所述供电模块用于系统电力供给。

下面对各个模块进行分别介绍：

如图2所示，数据采集模块包括数据采集模块1、数据采集模块2、数据采集模块3、数据采集模块4组成，所述数据采集模块1包括微波天线和超导收发系统，天线被安装在监测杆的顶端为整个系统提供良好的通信信号。超导收发系统被安装在控制柜中用来接收和发送信号，其核心器件是制冷机和主机芯片。所述数据采集模块2包括微波雷达；所述数据采集模块3包括PTZ相机、云台相机；所述数据采集模块4包括气压传感器、温湿度传感器、颗粒物传感器、和风速风向传感器。摄像机和微波雷达分别用于搜集视觉信息和探测目标信息，将鲁棒性、稳定性好，探测距离较远并能准确获取物体三维信息的雷达技术与传统的技术成熟的视觉检测技术有机结合在一起。风速风向传感器被安装在两个控制柜的上方来采集风速风向信息。气压传感器、温湿度传感器和颗粒物传感器的接收器在控制柜的底部，其芯片放置在控制柜内部，这些传感器帮助我们从多个角度综合的对生态环境进行监测。

如图2所示，数据处理模块包含 AIU 智能单元和路由器，各类传感器收集到的

各类环境数据信息都将由AIU来综合处理，并通过路由器将处理过的数据信息通过上传网络传给系统用户。AIU智能单元由嵌入式系统构成，包括 CPU、存储器、嵌入式操作系统等。

如图2所示，电源模块包含外置的太阳能电池板和多个控制器。220V\12V 补偿控制器、电压转换器、空气开关、电压转换器和防雷模块均被安装在控制箱中，220V\12V 补偿控制器被用来配合太阳能电池板以保证供电的稳定，电压转换器将 220V 电压转化为稳定的12V的工作电压，防雷模块保证了野外雷雨环境下监测系统整体安全。

进一步，如图3所示，本发明所述一种超导微波生态环境智能监测系统中，根据生态环境区域的实时环境，将采集到的各类异类多源信息，通过各种传感设备的开源接口SDK，在嵌入式工程机进行数据预处理及信息融合，进而显示在上位机界面上，并与用户进行交互。

步骤1、将系统各模块连接好数据线，检查系统安全后，接通电源。

步骤2、设备自检。各个模块开始工作，同时各个模块将自己的工作运行状态反馈给主控板，如果某个模块出现了问题，即主控板的等待时间超出了预设的时间，则说明设备出现了问题。则告知控制台是哪个模块出现了问题。等待维护人员来进行维修。

步骤3、数据整理。数据整理包括三个步骤。数据解译：从传感器中得到的原始数据进行解译，即将包含的帧格式的数据进行去帧格式处理，将数据存储在二维数组中；数据清洗/数据滤噪：将超出程序设定的数据的最值范围的数据进行过滤操作；时间差补：如果某时间点上采集的数据漏掉，采用周边数据的平均值进行填充。

步骤4、异类多源的数据整合。通过融合算法将输入的环境因子数据进行输出的标准化，即规范每个传感器的采样率以及最值的范围。将数据进行以时间为横坐标轴，生态环境因子数据为纵坐标轴的二维数据的展示；基于微波成像在景深信息与速度信息提取方面的优势，通过微波传感器完成对前方目标运动特征的初步筛选，进而将微波信息与融合中心通过共享数据的方式给出感兴趣区域。其后，基于摄像机采集的视觉信息，通过视觉的跟踪、识别等算法在该区域内完成目标的跟踪与识别，将融合后的数据显示在上位机界面中。

综上，本发明提供了一套面向智能系统复杂监测任务、用于融合各类环境感知数据的环境监测系统，通过摘要附图中所示的硬件示意图，有效地将将高温超导通信技术、微波雷达成像与探测技术、机器视觉检测与识别技术结合起来，能够面向智能系统完成复杂监测任务，有效提升了生态环境的自动化监测水平。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种超导微波生态环境智能监测系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块与供电模块，所述数据采集模块将采集的生态环境数据通过数据传输模块传输至数据处理模块；所述数据处理模块包括数据采集控制单元、智能数据采集单元、数据监控单元和数据存储单元；所述数据采集控制单元用于控制数据采集模块的各数据采集单元是否进行数据采集；所述智能数据采集单元用于根据接收的生态环境数据判断数据采集是否需要继续进行，当需要时，发出控制指令至数据采集控制单元，数据采集控制单元控制数据采集模块进行数据采集；所述数据监控单元根据接收的生态环境数据进行数据分析，并根据预设的阈值对生态环境各参数中超过阈值的参数进行预警；所述数据存储单元用于存储采集的生态环境数据和数据监控单元的分析结果；所述供电模块负责供电的稳定以及监测系统的整体安全。

2.根据权利要求1所述的一种超导微波生态环境智能监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括微波天线、超导收发系统、PTZ相机、云台相机、微波雷达、气压传感器、温湿度传感器、颗粒物传感器、和风速风向传感器。

3.根据权利要求1所述的一种超导微波生态环境智能监测系统，其特征在于，所述超导收发系统包括制冷机和主机芯片。

4.根据权利要求1所述的一种超导微波生态环境智能监测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括 AIU 智能单元和路由器。

5.根据权利要求1所述的一种超导微波生态环境智能监测系统，其特征在于，所述AIU智能单元包括 CPU、存储器、嵌入式操作系统。

6.根据权利要求1所述的一种超导微波生态环境智能监测系统，其特征在于，所述供电模块包括太阳能电池板、220V\12补偿控制器、电压转换器、空气开关、电压转换器和防雷模块。