CN111665329A - 一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统 - Google Patents

一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，该系统包括空气污染物浓度监测模块和服务器，空气污染物浓度监测模块被配置为采集待监测区域的空气污染物浓度数据；服务器被配置为对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述空气污染物浓度监测模块包括汇聚节点和传感器节点，传感器节点用于采集空气污染物浓度数据，汇聚节点被配置为将接收的空气污染物浓度数据汇总发送至服务器。本发明基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测区域空气污染物浓度的自动实时监测，以及空气污染物浓度超标的预警和数据显示。

Description

一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统
技术领域
本发明涉及空气污染监测技术领域，具体涉及一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统。
背景技术
现有技术中，空气污染物浓度观测的方法主要为：
(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，本发明提供一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，该系统包括空气污染物浓度监测模块和服务器，空气污染物浓度监测模块被配置为采集待监测区域的空气污染物浓度数据；服务器被配置为对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述空气污染物浓度监测模块包括汇聚节点和传感器节点，传感器节点用于采集空气污染物浓度数据，汇聚节点被配置为将接收的空气污染物浓度数据汇总发送至服务器。
在一种能够实现的方式中，所述服务器包括数据分析单元和浓度超标预警单元，所述数据分析单元被配置为将空气污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述浓度超标预警单元在所述比较结果为空气污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。
进一步地，所述服务器还包括图形显示单元，所述图形显示单元被配置为根据接收的空气污染物浓度数据生成并显示区域空气污染物污染图。
进一步地，所述服务器还包括数据查询单元，所述数据查询单元基于预设的用户终端的数据查询指令调取相应的空气污染物浓度数据，并将调取的空气污染物浓度数据发送至所述用户终端。
进一步地，所述服务器还包括数据存储单元，用于基于所接收的空气污染物浓度数据对应的日期分区存储数据。
在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括以下传感器的一种或者多种：
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。
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空气污染物浓度的自动实时监测，以及空气污染物浓度超标的预警和数据显示，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一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的服务器的结构示意框图。
附图标记：
空气污染物浓度监测模块1、服务器2、数据分析单元10、浓度超标预警单元20、图形显示单元30、数据查询单元40、数据存储单元50。
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一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统的结构示意框图。如图1所示，本发明实施例提供一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，该系统包括空气污染物浓度监测模块1和服务器2，空气污染物浓度监测模块1被配置为采集待监测区域的空气污染物浓度数据；服务器2被配置为对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号。
所述空气污染物浓度监测模块1包括汇聚节点和传感器节点，传感器节点用于采集空气污染物浓度数据，汇聚节点被配置为将接收的空气污染物浓度数据汇总发送至服务器2。
图2是本发明一个示例性实施例的服务器的结构示意框图。在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述服务器2包括数据分析单元10和浓度超标预警单元20，所述数据分析单元10被配置为将空气污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述浓度超标预警单元20在所述比较结果为空气污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。
进一步地，所述服务器2还包括图形显示单元30，所述图形显示单元30被配置为根据接收的空气污染物浓度数据生成并显示区域空气污染物污染图。
进一步地，所述服务器2还包括数据查询单元40，所述数据查询单元40基于预设的用户终端的数据查询指令调取相应的空气污染物浓度数据，并将调取的空气污染物浓度数据发送至所述用户终端。
进一步地，所述服务器2还包括数据存储单元50，数据存储单元50用于基于所接收的空气污染物浓度数据对应的日期分区存储数据。
其中，所述传感器节点包括以下传感器的一种或者多种：
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。
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空气污染物浓度的自动实时监测，以及空气污染物浓度超标的预警和数据显示，无需布线，节省人力物力，可扩展性好，方便快捷。
在一种能够实现的方式中，传感器节点接收汇聚节点的广播信息，通过广播信息进行网络泛洪，传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，其中定义邻居表中的邻居节点数量为传感器节点的节点度；
初始时，传感器节点与其邻居表中的各邻居节点进行信息交互，获取各邻居节点的节点度和位置信息，传感器节点根据交互到的信息确定是否满足下列簇头当选条件，若满足，传感器节点自动当选为簇头节点，并向各邻居节点广播当选信息，未当选的传感器节点选择距离最近的簇头节点加入簇：
Figure BDA0002542240470000031
式中，Pi为传感器节点i的节点度，Pij为传感器节点i的第j个邻居节点的节点度，mi为传感器节点i的邻居表中的邻居节点数量，Dimax为传感器节点i可调节的最大通信距离，Dimin为传感器节点i可调节的最小通信距离，Dij为传感器节点i与所述第j个邻居节点之间的距离，
Figure BDA0002542240470000032
为第一判断取值函数，当Pi大于
Figure BDA0002542240470000033
时，
Figure BDA0002542240470000034
当Pi不大于
Figure BDA0002542240470000035
时，
Figure BDA0002542240470000041
为第二判断取值函数，当
Figure BDA0002542240470000042
大于
Figure BDA0002542240470000043
时，
Figure BDA0002542240470000044
当
Figure BDA0002542240470000045
不大于
Figure BDA0002542240470000046
时，
Figure BDA0002542240470000047
本实施例设定了簇头节点的选举策略，相应地提出了簇头当选条件。该簇头当选条件使得选出的簇头节点能够相对于邻居节点具备较大的节点度，且能够满足与最远邻居节点的距离在其平均通信距离范围内，有利于控制当选簇头节点的数量，且保障簇头节点收集簇内传感器节点的数据的可靠性，最终在整体上有益于延长无线传感器网络的生命周期，为实现可靠的空气污染物浓度数据采集奠定良好的基础。
在一种能够实现的方式中，汇聚节点向网络内各簇头节点广播请求消息，并在预设信息接收时限内接收簇头节点针对该请求消息的反馈信息，其中所述反馈信息包括簇头节点的位置信息，所述汇聚节点根据所接收的反馈信息计算相应簇头节点到汇聚节点的距离，并根据该距离计算发送距离，进而向网络内各簇头节点广播路由建立信息，所述路由建立信息包括所述发送距离，所述发送距离的计算公式为：
Figure BDA0002542240470000048
式中，S表示发送距离，S(a,sink)为汇聚节点在预设信息接收时限内接收的第a个反馈信息所对应的簇头节点到汇聚节点的距离，C为汇聚节点在预设信息接收时限内接收的反馈信息所对应的簇头节点的数量；
簇头节点根据所述发送距离确定与汇聚节点的通信方式，具体为：若簇头节点到汇聚节点的距离未超过发送距离，簇头节点直接将采集的空气污染物浓度数据发送至汇聚节点，否则，簇头节点将采集的空气污染物浓度数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将空气污染物浓度数据发送至汇聚节点。
本实施例根据汇聚节点在预设信息接收时限内接收的反馈信息所对应的簇头节点到汇聚节点的距离信息确定发送距离，从而簇头节点根据发送距离确定与汇聚节点的通信方式，使得发送距离的确定更能适应当前的无线传感器网络的簇头节点部署情况，提高簇头节点与汇聚节点之间路由的灵活性，且能够保障与汇聚节点直接通信的簇头节点的通信时间在一定范围内，有利于降低与与汇聚节点直接通信的簇头节点的丢包率。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
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)

1.一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，其特征是，包括空气污染物浓度监测模块和服务器，空气污染物浓度监测模块被配置为采集待监测区域的空气污染物浓度数据；服务器被配置为对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述空气污染物浓度监测模块包括汇聚节点和传感器节点，传感器节点用于采集空气污染物浓度数据，汇聚节点被配置为将接收的空气污染物浓度数据汇总发送至服务器。
2.根据权利要求1所述的一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，其特征是，所述服务器包括数据分析单元和浓度超标预警单元，所述数据分析单元被配置为将空气污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述浓度超标预警单元在所述比较结果为空气污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。
3.根据权利要求2所述的一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，其特征是，所述服务器还包括图形显示单元，所述图形显示单元被配置为根据接收的空气污染物浓度数据生成并显示区域空气污染物污染图。
4.根据权利要求2所述的一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，其特征是，所述服务器还包括数据查询单元，所述数据查询单元基于预设的用户终端的数据查询指令调取相应的空气污染物浓度数据，并将调取的空气污染物浓度数据发送至所述用户终端。
5.根据权利要求2所述的一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，其特征是，所述服务器还包括数据存储单元，用于基于所接收的空气污染物浓度数据对应的日期分区存储数据。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种区域空气污染物浓度超标智能预警系统，其特征是，所述传感器节点包括以下传感器的一种或者多种：
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。
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