CN110954664B - 一种环境监测和治理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环境监测和治理系统及方法，该系统包括：空气监测点、空气治理设备、云端数据库、中控终端、客户端；云端数据库与空气监测点、空气治理设备、中控终端连接，云端数据库接收来自所述空气监测点的检测数据并发送至中控终端，并且接收中控终端发送的工作状态指令，并将工作状态指令发送至空气治理设备；中控终端接收云端数据库发送的检测数据，以及空气治理设备的工作状态信息，并发送至云端数据库；空气治理设备，基于工作状态指令调整工作状态；空气监测点，用于检测预定区域内相应位置处的空气质量数据。本发明将环境的监测与治理高效结合，并提供了更准确、快捷的环境数据监测方法，大大改善了环境监控和治理效果。

Description

一种环境监测和治理系统及方法
技术领域
本发明涉及环境监测以及环境治理领域，具体涉及一种环境监测和治理的系统及方法。
背景技术：
随着国家对环境治理的力度不断得加大，居民对生活环境要求不断地提高，环境质量监测设备层出不穷但随着用户需求的不断提高，现有产品在应用过程中也存在缺陷。目前发现问题还是依靠检测人员和市民发现上报一般性可目测和可拍摄的问题，对以一些非直观可见的、隐性的问题，尚未有效自动采集监管。无论是扬尘监管问题有效改进还是实时智能监控方面，扬尘管理问题发现的方式都有待改进。现有的监测设备包括固定式监测站和移动式监测设备，固定式监测站包括各种固定的监测点，移动式监测设备包括监测车，无人机以及人工监测设备。然而，上述的监测方法和装置目前主要还停留在检测阶段，而空气检测的主要目的是治理，而对于监测以后的空气治理缺少有效的方案。
同时，上述监测设备中的检测装置主要是通过直接取样环境空气，粉尘浓度检测仪测量尘埃粒子经过一个静电电荷传感器的静电荷感应量。尘埃粒子与传感器感应产生静电电荷，通过电荷调理转换器进行信号放大并传送进监测控制系统。信号经线性化处理使得静电荷的大小与尘埃粒子的含量成线性正比。系统的精密电子线路把这部分电荷转换成为控制信号输出，启动粉尘超标排放警报，同时用于连续记录粉尘粒子的总量或浓度。然而，物料在气输过程中由于碰撞与摩擦，其表面会产生电荷，在管道内形成粉粒体电荷流，电荷流的流动特性与粉粒体流动参数之间有着直接关系。假设粉粒体物料和输运气体在管道中形成稳定的气固两相流体，并且粉粒体沿管道径向分布，则粉粒体电荷流可看成是由多个粉粒体电荷微团在静电电极上沿输运方向的运动产生的，而各电荷微团在电极上引起的感应信号的叠加构成了传感器的输出信号，将电荷微团看作点电荷，则单位电量点电荷经过电极时在其上产生的感应信号反映了传感器的特性，因此其非常容易受到环境因素影响，并需要传感器与显示子站及联动子站有线传输。因此，目前的市场上的监测设备与治理设备通常采用有线联动，安装维护及使用均比较麻烦，同时传感器精容易度受环境影响。
因此，我们引入物联网技术、智能监控技术等来提高发现问题的能力和效率。特别是在重点监控区域比如建筑工地等环境空气质量超标时，实时掌握该区域内各监测点的PM2.5、PM10、噪声、环境温度、环境湿度，风速、风向、风压等环境因子，将各测试点的监测数据通过无线通讯直接上传到监测后台，大大节省了监测成本，提高监测效率。同时构建前端智慧感知、系统自动预警、现场数据警示、中心调度一体化体系，依托网络平台的监督协同能力，确保环境问题的有效治理。同时，采用有效的粉尘检测方法和手段，提高监测点的各数据的准确性，确保系统的稳定和可靠。
发明内容
针对现有的空气监测治理存在的问题，本发明提供一种基于物联网技术的智能空气监测和治理系统，一方面对空气进行实时监测，另一方面根据实时监测的空气数据对空气进行治理，从而将空气监测与空气治理有机结合在一起。具体而言，本发明提供了以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种环境监测系统，所述系统包括：一个或多个空气监测点，一个或多个空气治理设备，云端数据库，中控终端；
所述云端数据库与空气监测点、空气治理设备、中控终端连接，所述云端数据库接收来自所述空气监测点的检测数据并发送至中控终端，并且接收中控终端发送的工作状态指令，并将所述工作状态指令发送至所述空气治理设备；
所述中控终端接收所述云端数据库发送的检测数据，以及所述空气治理设备的工作状态信息，并发送至所述云端数据库；
所述空气治理设备，基于所述工作状态指令调整工作状态；
所述空气监测点，用于检测预定区域内相应位置处的空气质量数据。
优选地，所述系统还包括客户端，所述客户端可以接收来自云端数据库的多组数据，还可以将调整后的工作状态指令通过云端数据库发送至中控终端。
优选地，所述工作状态包括所述空气治理设备的工作功率。
优选地，所述空气监测点包括气泵1、气泵2、温控铝盒、PM2.5传感器、控制通信模块，所述气泵1与温控铝盒通过输气管道连接，所述气泵2与PM2.5传感器通过输气管道连接，所述温控铝盒与PM2.5传感器通过输气管道连接，所述控制通信模块与所述温控铝盒、PM2.5传感器电连接，所述控制通信模块与遥测终端主板无线连接，所述遥测终端主板包括云端数据库、中控终端。
优选地，温控铝盒进气口、温控铝盒排出口分别设置有温度传感器。
优选地，所述空气监测点还包括温控部件，所述温控部件设置在气泵1与所述温控铝盒之间的输气管道外侧，所述温控部件与所述控制通信模块电连接。
另一方面，本发明还提供了一种基于如上所述系统的环境监测和治理方法，所述方法包括：
S1、检测空气数据，通过气泵1将采样空气泵入温控铝盒，并调节至设定温度，再通过气泵2将温控铝盒内的采样空气泵入PM2.5传感器，检测空气污染物浓度，检测结束后，关闭气泵1，开启气泵2，排出PM2.5传感器中的采样空气；检测空气湿度数据；检测空气温度数据；检测风力数据；
将空气污染物浓度、空气湿度数据、空气温度数据、风力数据合并为空气数据；
S2、将检测的空气数据发送至控制通信模块，并通过控制通信模块发送至云遥测终端主板；
S3、遥测终端主板中的中控终端根据接收到的空气数据，得到空气治理设备的工作状态指令，并通过遥测终端主板中的云端服务器将工作状态指令发送至空气治理设备。
优选地，所述S3中，中控终端得到空气治理设备的工作状态指令后，还包括S4：遥测终端主板同时将所述工作状态指令发送至用户终端，用户终端对所述工作状态指令进行调整，并将调整指令发送至遥测终端主板，所述遥测终端主板将基于调整指令调整后的工作状态指令发送至空气治理设备。
优选地，所述S1中，将空气污染物浓度、空气湿度数据、空气温度数据、风力数据设置不同等级，并基于不同等级设置对应参数，基于检测中得到的对应的多个参数，采用加权平均方式，获得工作状态指令。
优选地，空气治理设备的工作状态调整包括对工作功率的调整。
优选地，所述S1进一步包括：S110、开启气泵1、气泵2、温控铝盒的排出口，并保持一预设时间长度，排出温控铝盒中的原有空气，并检测温控铝盒中的实际温度；
S111、基于温控铝盒中的实际温度，计算新泵入的空气的温度；
S112、在达到预设时间长度时，关闭气泵2、排出口，并启动温控部件对将要泵入温控铝盒的空气进行温度调节；
S113、当温控铝盒内的空气温度达到预设温度时，关闭气泵1、温控铝盒的进气口；再开启气泵2及排出口，将温控铝盒内的样本空气泵入PM2.5传感器。
优选地，所述S111进一步包括，所述计算新泵入的空气的温度，通过如下方式实现：
Figure BDA0002326351780000041
其中，v为温控铝盒进气管路的空气流速，s为温控铝盒进气管路的横截面积，L为温控铝盒进气管路的空气流量，K为温控铝盒内部体积，T为温控铝盒出气口处的温度，T′为温控铝盒内要达到的目标温度，T″为泵入空气的温度，ρ为T时对应的空气密度，ρ″为T″时对应的空气密度，t为调节时间，δ为常数，取8.631。
优选地，所述S1中，PM2.5传感器检测污染物浓度，通过以下方式进行：
S120、开启气泵2及温控铝盒的排出口，将待检测空气通过过滤网泵入检测盒；
S121、在经过一特定时长后，关闭气泵2及排出口，保持检测盒密封；
S122、保持以沉降时间tchen，测量检测盒内的PM2.5浓度，并将检测结果发送至控制通信模块。
优选地，检测S122中，检测PM2.5浓度通过以下方式实现：
建立单位浓度悬浮微粒数量与微粒直径之间的关系：
Figure BDA0002326351780000042
其中，N为微粒的数量，K′为检测盒的体积，R为微粒的直径，tchen为微粒的沉降时间，α为特定温度下空气介质密度密度，β为特定温度下空气粘度，g为重力加速度；
基于建立的单位浓度悬浮微粒数量与微粒直径之间的关系，计算单位浓度下，PM2.5的微粒数量；
基于实测的经沉降时间tchen后的微粒数量，与单位浓度下PM2.5的微粒数量间的比例关系，计算得到实测的PM2.5的浓度。
相比于现有技术，本申请的技术方案具有以下优点：
1、本发明通过物联网技术，将检测数据发送至对接平台，实现远程管理；通过将各监测点的检测数据传送至中控终端，终端根据模型确定各治理设备的工作状态，并发送指令至各治理设备，实现了环境监测和环境治理的有机结合。
2、本发明提供了PM2.5和/或PM10更精确的检测数据。监测点的数据检测包括PM2.5和/或PM10、温度、湿度、风向，PM2.5和/或PM10数据检测是采用温控铝盒使空气达到理想检测温度并通过基于激光散射原理的数字式通用颗粒物传感器进行检测，提高了数据精度；同时考虑到实际温度、湿度对检测结果的影响，可在进行上述方法检测的数据的基础上，根据预先确定的湿度、温度对检测结果的影响偏差值进行调整，实现了检测精度和效率的结合；
3、本发明的检测方法一定程度了解决了环境因素的影响，因此解决目前市场监测设备与治理设备只能有线联动，安装维护比较麻烦的缺点
4、本发明通过数据模型对区域空气质量进行评估，将各监测点的监测数据输入该模型，根据预先训练的规则算法输出各治理设备的工作状态数据，从而实现了空气治理的智能化。
5、本发明通过将数据发送至云端，云端推送至客户端，客户端可将经过调整的工作状态指令通过云端发送至中控终端，从而实现区域空气治理的运程监控。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的智能空气监测和治理系统结构示意图；
图2为本发明实施例的智能空气监测和治理系统的监测流程图；
图3为本发明实施例的监测温度控制流程图；
图4为本发明实施例的悬浮颗粒物浓度计算流程图；
图5为本发明实施例的悬浮颗粒物直径与数量之间的曲线关系。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
实施例1
在一个具体的实施例中，本发明提出的基于物联网技术的智能空气监测和治理系统，可以通过如图1所示的方式来实现，在具体的实施方式中，该系统包括：
一个或多个空气监测点，用于检测预定区域内相应位置的多个空气质量数据。
一个多个空气治理设备，例如雾炮、喷淋设备等，用于根据工作状态指令调整工作状态，主要是调整工作功率状态等。
云端数据库，用于与空气监测点、空气治理设备、中控终端连接，接收多个空气监测点的检测数据并发送至中控终端，接收中控终端发送的工作状态指令，并发送至多个空气治理设备。
中控终端，接收云端数据库发送的检测数据，以及各空气治理设备的工作状态信息，并发送至云端数据库。
另外，该系统还包括客户端，如LED数据显示屏，云端数据库将多组数据发送至客户端，客户端可将调整后的工作状态指令通过云端发送至中控终端。
上述基于物联网技术的智能空气监测和治理系统的工作原理为：
空气监测点检测相应位置的空气检测实时数据，至少包括PM2.5或/和PM10、温度、湿度、风向。通过监测PM2.5或/和PM10数据，可以判断空气中的扬尘情况，通过监测温度、湿度的数值，确定好空气治理设备中例如洒水、加湿等设备的开启或功率设置。
云端数据库，接收多个空气监测点的检测数据并发送至中控终端；中控终端将各监测点的监测数据汇总，确定该治理区域中空气质量分布，即基于将空气质量与对应的地图区域进行标定，确定空气质量的分布状态，根据空气质量分布调整各空气治理设备的工作状态，例如，基于空气质量分布，调整对应区域内的空气治理设备的工作功率、治理设备的开启或关闭等工作状态。
上述的多个空气治理设备的工作状态通常主要受到两个因素影响，一个是距离该治理区域中空气质量较差的部分的远近；距离空气质量较差的部分的距离越远，其工作状态如工作功率相对较小，距离越近，工作功率应越大；另一个是风向的影响，位于上风向的空气治理设备应采用较大的工作功率，而位于下风向的空气治理设备应采用较小的工作功率。基于多个监测点的检测数据，来获得不同的空气治理设备对应的工作状态指令，该工作状态指令控制上述的空气治理设备的例如工作功率的大小，也可以理解为空气治理设备的工作状态数据。
中控终端将计算得到的各空气治理设备的工作状态数据对应的控制指令发送至云端数据库，云端数据库将相应的控制指令发送至各空气治理设备。
空气治理设备主要采用喷淋、雾炮，根据中控终端发送的控制指令，各喷淋、雾炮调整工作状态，实现对监控区域内空气扬尘的有效治理；各监测点进一步实时监测该区域的空气数据，并发送至中控终端，中控终端进一步调整各喷淋、雾炮的工作状态。从而实现了空气质量的循环检测和治理。
实施例2
以下，结合该系统的具体使用方式，以及图2，对本发明提出的基于物联网技术的智能空气监测和治理系统的具体方法流程进行详细的说明。其主要包括如下工作步骤：
S1：检测空气数据；
通过气泵1匀速吸入采样空气，采样空气先经过密封的温控铝盒内使采样空气达到理想检测温度，然后通过气泵1、气泵2共同将温度调整后的采样空气送达密封环境下的PM2.5传感器，通过PM2.5传感器检测空气中污染物的浓度。
该方法克服了现有数据检测中检测数据易受环境影响的缺点，实现了更精准的数据检测。
其中，该步骤之前还包括控制通信模块与温控铝盒交互数据，确定温控铝盒内达到理想检测温度范围，并且进行温控铝盒内温度的调节控制，而温控铝盒内对样本空气温度的调节，将直接影响空气质量的检测结果精度，因此温度调节的方法也是检测中的一个重要环节。
由于不同环境温度、湿度的空气通过温控铝盒要达到理想检测温度是需要一定的时间的，并且不同条件的检测结果是存在一定偏差的。考虑到实际温度、湿度对检测结果的影响，可在进行上述方法检测的数据的基础上，根据预先确定的湿度、温度对检测结果的影响偏差值进行调整，从而达到一个相对较为准确的检测。当然，该调节步骤可以通过现有的湿度校正方法以及检测的精度要求进行设置，此处不再赘述。
S2：将检测的空气数据发送至控制通信模块；
空气检测模块将检测的空气数据传输至控制通信模块，用于发送数据至遥测终端主板，遥测终端主板包括云端数据库和中控终端。优选的，控制通信模块将数据发送至云端数据库，云端数据库将相应数据发送至中控终端。
在一个优选的实施方式中，数据传输例如可以通过tcp/IP协议进行。
S3：控制通信模块将接收到的数据发送至遥测终端主板
遥测终端主板包括云端数据库和中控终端，中控终端根据接收到的数据得到各空气治理设备的工作状态指令，并将指令通过云端发送至空气治理设备，包括雾炮、喷淋等。
中控终端将计算得到的各空气治理设备的工作状态数据对应的工作状态指令发送至云端数据库，云端数据库将相应的工作状态指令发送至各空气治理设备。空气治理设备的工作状态指令的确定，可以通过例如标准设置型方法实现，在一个优选的实施方式中，例如，当PM2.5浓度达到C1级时(级别可以根据具体的治理需要进行设置)，雾炮的控制指令的第一个参数对应为c1，当湿度为C2级时，雾炮的控制指令的第二个参数对应为c2，风速达到C3级时，雾炮的控制指令的第三个参数对应为c3，上风向时，雾炮的控制指令的第四个参数对应为m，将上述参数c1、c2、c3、m按照一定的方式进行计算，获得功率的初步级别，从而确定雾炮的工作功率的参考基础。参数的计算可以是将上述参数直接相乘，或者进行加权平均等等方式。
各空气治理设备的工作状态通常主要受到两个因素影响，一个是距离该治理区域中空气质量较差的部分的远近；距离空气质量较差的部分的距离越远，其工作状态如工作功率相对较小，距离越近，工作功率应越大；另一个是风向的影响，位于上风向的空气治理设备应采用较大的工作功率，而位于下风向的空气治理设备应采用较小的工作功率。在获得治理设备的工作功率的参考基础后，结合距离远近的比例系数，确定空气治理设备的工作状态指令。
更为优选地，在步骤S3中，还可以通过用户终端调整的方式，对空气治理设备的工作状态指令进行调整，即增加步骤S4:遥测终端主板将数据发送至客户端，客户端将调整指令发送至遥测终端主板执行，即遥测终端主板将调整后的工作状态指令通过云端服务器发送至空气治理设备。这样，便于一线的工作人员基于实地情况需要，对系统生成的工作状态指令进行调整，从而再将调整后的工作状态指令发送至空气治理设备，以达到更好的治理效果，并且便于人工对系统的干预。
在一个优选的实施方式中，客户端包括PC端平台和APP端，客户端接收、展示来自中控终端的数据，并根据用户调整生成调整指令，发送至遥测终端主板执行。
终端上的app通过wifi和终端机的wifi模块通讯，来相互传递数据。
在一个优选的实施方式中，各部分的尺寸规格如下：单位(mm)
1.筛网：60目
2.箱体外壳：450*350*160(防水)
3.温控铝盒：300*300*300(密封)
4.PM2.5传感器外壳：150*100*90
5.气泵1、气泵2：Φ50*100
6.控制通信模块：80*80*1
7.遥测终端主板：130*100*1
更为优选的，在对悬浮颗粒物进行检测时，为了能够达到更为精确、更为客观的检测数据，需要对检测用的样本气体的温度进行精确的控制，即在温控铝盒内，应当实现一个相对稳定的温度环境。在又一个具体的实施方式中，本发明还提供了对应的更为便捷、快速的温度控制方法。
首先，在进行温控铝盒的进气口和出气口，分别设置温度检测传感器，用以检测进气口的空气温度，以及经温控之后的排出空气温度。此外，考虑到检测空气PM2.5时，空气是相对流动的，因此，温控铝盒的进气口设置一段进气管路，该进气管路上设置温控部件，从而在匀速吸入采样空气时，准确调节温控铝盒内的空气温度，在温控铝盒内的空气温度达到预设的范围时，再将空气送入PM2.5检测传感器进行浓度检测。众所周知，如果在温控铝盒上直接进行温控操作，例如进行加热操作，则温控铝盒的盒壁会由于热量吸收而在一定时间内保持一定的温度，而这一温度往往会严重影响设置在温控铝盒上的温度采样传感器的检测精度，因此，本发明采用了在空气泵1泵入温控铝盒前的管路上，设置温控部件，从而使得管路温控部件与温控铝盒之间保持相对的温度隔离，避免其对温控铝盒及其中设置的温度传感器的影响，同时，管路温控的方式，能够更加快速、准确地将温度调节到理想温度，并且使得空气温度相对较为均衡，更便于快速的温度调节，比常规的在储气盒内设置温度调节装置更为理想。设置有温控部件的输气管可以设置一较长的距离，以保证新输入空气温度的快速调节，例如可以设置为1米长度，并且将管路直径设置在一较细的水平，如直径在1至3cm范围等。
在又一个具体的实施方式中，结合图3，为实现精准的温度控制，本发明提出了采用计算泵入空气温度控制的方式，来实现对温控铝盒中的空气温度的调节。在开始检测前，泵入采样空气初期，温控铝盒中存有一定量的空气，因此，在一个优选的实施方式中，泵入空气初期，即开启检测或者系统接收到检测开始信号时，需要先将温控铝盒中原有空气排出，即铝盒在初期是边泵入空气，边排出空气，一般设置约60～100秒左右的排出时间，此后，温控铝盒的排出口封闭，泵入加热后空气，当温控铝盒中的空气量达到预设值时，出气口打开，并将温度调节后的采样空气送入PM2.5传感器进行后续的检测。
在PM2.5检测时，一般需要控制检测气体或者检测环境温度在25℃±5℃范围内，才能使得检测结果具有可比性，本发明优选的实施方式中，对待检测的样本空气的预设温度设置在25℃。并且，考虑到对空气温度的控制，温控铝盒外部设置有一层保温层。此外，考虑到进行环境监测时空气的流动，因此，对于温控铝盒内的快速温度检测就有了更为严格的要求。
在一个具体的实施方式中，本发明还提供了一种快速的待检测环境温度检测的方法，在相对固定的空间内，不同温度的空气混合后的温度，取决于空间的大小、空气密度情况、泵入空气的温度、空气的流量或者流速等，因此，可以通过对泵入空气进行温度控制，实现对固定空间内的混合后的空气的温度控制。
在通过大量的实验和改进后，在一个优选的实施方式中，本发明选用流速、温控铝盒体积、监测需求温度、实际监测温度等作为参数，通过对泵入的空气温度的控制，实现温控铝盒中的混合空气温度混合，具体方式为：
Figure BDA0002326351780000101
其中，v为温控铝盒进气管路的空气流速，s为温控铝盒进气管路的横截面积，L为温控铝盒进气管路的空气流量，K为温控铝盒内部体积，T为温控铝盒出气口处的温度(即由出气口处的温度传感器检测到的温度)，T′为温控铝盒内要达到的目标温度，一般该目标温度设置为理想温度，即25℃，T″为泵入空气的温度，即温控铝盒进气口处设置的温度传感器检测到的温度，ρ为T时对应的空气密度，ρ″为T″时对应的空气密度。
t为调节时间，单位为秒，一般作为初始值进行设置，例如，一般监测中要求t在15s到300s之间，即尽量达到快速实现温度调节，δ为常数，取8.631。
当系统安装之后，温控铝盒的进气管道的横截面积固定时，并且一般在系统安装后，泵入空气的速度是固定的，即v是固定的，因此，结合上述方程组，可以求得在t时间内达到预设的温度时，需要的泵入空气的温度T″，也即温控铝盒进气口温度传感器检测到的温度值是确定的，此时，通过常规的管路温控装置，就可以实现在管路中对空气进行加热，从而保障进气口处的温度达到计算结果值。
在一个具体的实施方式中，进气管路上的温控装置的控制，可以通过常规的PID控制来实现，鉴于管路属于相对长距离、小截面积上的加热方式，加热效率要高于常规的对大体积空气的加热，因此，通过常规的PID控制即可以实现，比如在进气管的进气口及管道中央设置多个传感器，通过反馈控制实现对温控部件的控制，该些内容可以通过本领域的常规控制方法及控制装置实现，这是本领域技术人员利用现有技术及本领域的常规知识可以实现的，且此处不作为本发明的改进点，因此不再赘述。
实施例3
在又一个具体的实施例中，在待检测的样本空气通过温控铝盒进行温度调节之后，会被泵入粉尘检测装置中，即本发明系统中的密封环境下的PM2.5传感器，需要指出的是，PM2.5传感器具体的选型，不会影像系统的运行，本领域技术人员可以选用常规的电离式传感器、光感式传感器等。
在一个优选的实施方式中，结合图4，本发明采用光感式颗粒检测方式进行数值检测，例如采用具体的光散射粒子计数方式等。当待测的温度调节后的样本空气泵入传感器时，首先通过过滤网，滤除空气中的大颗粒物，过滤网的设置，可以依据检测目标颗粒直径来确定，例如可以设置为2.5微米、5微米等直径滤除，此处不再赘述。经过滤后的样本空气送入光感检测盒内，在光感检测盒内，空气在以一定速度泵入检测盒，并充满检测盒后，检测盒封闭，同时设置在检测盒内侧底部的光感传感器开启，本领域技术人员知晓，当颗粒物经过光束时，光传感器可以通过散射光信号转换为电信号的方式，以实现对空气颗粒物沉降过程中的数量进行统计，该部分属于常规的现有技术，不作为本发明的改进点，此处不再赘述，本领域技术人员可以通过市场现有的产品或公知的技术加以实现。
在颗粒物沉降过程中，同等条件下，单位浓度内，不同粒径的微粒在经过固定时间长度的沉降后，其统计获得的沉降微粒数量与微粒直径之间遵循一定的关系(在固定的温度及标准大气压环境下)，单位浓度可以基于研究需要来设定，例如可以设定按照一定直径的微粒(例如直径在某一范围内的微粒)的浓度标准来设置，本发明中，一个优选的实施方式中，以35微克/立方米微粒作为单位浓度，当然，也可以选用例如50微克/立方米微粒作为单位浓度，这依据测量要求和具体使用环境等因素来确定，本领域技术人员可以依据需要进行调整，以上常规的调整均应视为落入本发明的保护范围之内。
申请人团队经过大量数据验证，以及悬浮颗粒物理特性，获得了微粒数量与微粒直径在经过一定的静置时间后的近似计算关系：
Figure BDA0002326351780000111
其中，N为微粒的数量，K′为检测盒的体积，R为微粒的直径，tchen为微粒的沉降时间，该沉降时间可以基于检测精度需求进行调整，例如可以将静置沉降时间设置为10分钟、5分钟、3分钟等，α为特定温度下空气介质密度密度，β为特定温度下空气粘度，g为重力加速度。
本领域技术人员知晓，α、β属于常规大气压下空气的基本性质，是可以通过公知知识进行查询的，例如，在本发明实施例中的优选的25℃下，α、β的值分别为1.184(g·cm3)、1.849(×10-5/pa·s)，此外，在20℃时，该值为1.205(g·cm3)、1.842(×10-5/pa·s)，在30℃时，上述两个值为1.165(g·cm3)、1.873(×10-5/pa·s)等等。
当获得了微粒数量与微粒直径之间的关系后，可以基于其关系进行二者的曲线绘制，在一个具体的实施例中，其关系如图5所示，其中沉降时间设定为3分钟。当获得该曲线关系后，直接基于曲线，对待统计的微粒直径范围进行确定，在曲线基础上进行积分，即可获得微粒数量，例如，统计微粒直径在1至3微米之间的微粒数量时，可以基于曲线在这一范围内进行积分计算即可，至于具体的积分方法，可以采用现有技术中的多种常规方式，这是本领域技术人员所知晓的，此处不再赘述。在得到微粒数量后，由于检测盒提及固定，即检测的空气的体积固定，当获得具体的检测到的微粒数量后，与上述曲线基础上特定微粒范围内的微粒数进行比例计算，再乘以单位密度，就可以快速计算出对应的微粒的实际浓度数据。
该方法摒弃了常规算法中的繁杂计算过程，大大提高了计算速度，并且有效降低了对系统计算资源的消耗，实用性强。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种环境监测和治理系统，其特征在于，所述系统包括：一个或多个空气监测点，一个或多个空气治理设备，云端数据库，中控终端；
所述云端数据库与空气监测点、空气治理设备、中控终端连接，所述云端数据库接收来自所述空气监测点的检测数据并发送至中控终端，并且接收中控终端发送的工作状态指令，并将所述工作状态指令发送至所述空气治理设备；
所述中控终端接收所述云端数据库发送的检测数据，以及所述空气治理设备的工作状态信息，并发送至所述云端数据库；
所述空气治理设备，基于所述工作状态指令调整工作状态；
所述空气监测点，用于检测预定区域内相应位置处的空气质量数据；
所述空气监测点包括气泵1、气泵2、温控铝盒、PM2.5传感器、控制通信模块，所述气泵1与温控铝盒通过输气管道连接，所述气泵2与PM2.5传感器通过输气管道连接，所述温控铝盒与PM2.5传感器通过输气管道连接，所述控制通信模块与所述温控铝盒、PM2.5传感器电连接，所述控制通信模块与遥测终端主板无线连接，所述遥测终端主板包括云端数据库、中控终端；空气监测点还包括温控部件，所述温控部件设置在气泵1与所述温控铝盒之间的输气管道外侧，所述温控部件与所述控制通信模块电连接；所述温控铝盒的进气口、出气口分别设置有温度检测传感器；
所述温控铝盒通过对泵入的空气温度的控制，实现温控铝盒中的混合空气温度控制，基于温控铝盒中的实际温度，计算新泵入的空气的温度；所述计算泵入的空气温度通过以下方式实现：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，v为温控铝盒进气管路的空气流速，s为温控铝盒进气管路的横截面积，L为温控铝盒进气管路的空气流量，K为温控铝盒内部体积，T为温控铝盒出气口处的温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为温控铝盒内要达到的目标温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为泵入空气的温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为T时对应的空气密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
时对应的空气密度，t为调节时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为常数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用户终端，所述用户终端可以接收来自云端数据库的多组数据，还可以将调整后的工作状态指令通过云端数据库发送至中控终端。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工作状态包括所述空气治理设备的工作功率。
4.一种基于权利要求1至3之一所述系统的环境监测和治理方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、检测空气数据，通过气泵1将采样空气泵入温控铝盒，并调节至设定温度，再通过气泵2将温控铝盒内的采样空气泵入PM2.5传感器，检测空气污染物浓度；检测空气湿度数据；检测空气温度数据；检测风力数据；
将空气污染物浓度、空气湿度数据、空气温度数据、风力数据合并为空气数据；
S2、将检测的空气数据发送至控制通信模块，并通过控制通信模块发送至云遥测终端主板；
S3、遥测终端主板中的中控终端根据接收到的空气数据，得到空气治理设备的工作状态指令，并通过遥测终端主板中的云端服务器将工作状态指令发送至空气治理设备；
所述S1进一步包括：S110、开启气泵1、气泵2、温控铝盒的排出口，并保持一预设时间长度，排出温控铝盒中的原有空气，并检测温控铝盒中的实际温度；
S111、基于温控铝盒中的实际温度，计算新泵入的空气的温度；所述计算新泵入的空气的温度，通过如下方式实现：
Figure 241207DEST_PATH_IMAGE001
其中，v为温控铝盒进气管路的空气流速，s为温控铝盒进气管路的横截面积，L为温控铝盒进气管路的空气流量，K为温控铝盒内部体积，T为温控铝盒出气口处的温度，
Figure 627189DEST_PATH_IMAGE002
为温控铝盒内要达到的目标温度，
Figure 875768DEST_PATH_IMAGE003
为泵入空气的温度，
Figure 989086DEST_PATH_IMAGE004
为T时对应的空气密度，
Figure 475563DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 766867DEST_PATH_IMAGE006
时对应的空气密度，t为调节时间，
Figure 253474DEST_PATH_IMAGE007
为常数；
S112、在达到预设时间长度时，关闭气泵2、排出口，并启动温控部件对将要泵入温控铝盒的空气进行温度调节；
S113、当温控铝盒内的空气温度达到预设温度时，关闭气泵1、温控铝盒的进气口；再开启气泵2及排出口，将温控铝盒内的样本空气泵入PM2.5传感器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3中，中控终端得到空气治理设备的工作状态指令后，还包括S4：遥测终端主板同时将所述工作状态指令发送至用户终端，用户终端对所述工作状态指令进行调整，并将调整指令发送至遥测终端主板，所述遥测终端主板将基于调整指令调整后的工作状态指令发送至空气治理设备。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S1中，将空气污染物浓度、空气湿度数据、空气温度数据、风力数据设置不同等级，并基于不同等级设置对应参数，基于检测中得到的对应的多个参数，采用加权平均方式，获得工作状态指令。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，空气治理设备基于工作状态进行调整，所述调整包括工作功率调整。
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Denomination of invention: An environmental monitoring and treatment system and method

Effective date of registration: 20201129

Granted publication date: 20200804

Pledgee: Bank of Taizhou Co., Ltd. Shifu Avenue sub branch

Pledgor: TAIZHOU NAYUAN INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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