CN112583942B - 分布式环境监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了分布式环境监测系统及方法，该系统包括数据处理中心以及至少一个监测网元，每个监测网元与数据处理中心通过无线网络通信连接；每个监测网元包括至少两个监测设备；监测网元由数据处理中心进行配置；主监测设备接收同一监测网元中全部从监测设备的监测数据，与主监测设备的监测数据统一进行同化后将同化数据上传至数据处理中心。本公开建立网格化组网结构，增强对监测设备的工作状态与数据传输的管理，提高监测系统的安全性和可靠性；实现监测网元内部数据同化处理，降低了数据处理中心的数据处理压力，保证了数据的实时性和时序性，更加精准地实现对环境采样点附近环境质量的综合监测和评估。

Description

分布式环境监测系统及方法
技术领域
本公开涉及环境监测技术领域，尤其涉及分布式环境监测系统及方法。
背景技术
目前的环境监测微站采用点到点的组网方式，各监测微站直接通过无线网络连接数据中心或云端，通过监测气体并结合气象扩散模型来实现环境质量的状态显示，扩散预测或者精准定位。这种监测方法实现起来较为简单。但是，由于无法区分各监测微站上传的数据的时序，导致各监测微站的数据与地理位置和气象的拟合达不到实际需要的效果，同时增加云端的数据处理难度，无法对当前环境情况进行准确可靠的分析。
发明内容
本公开的目的是要提供分布式环境监测系统及方法，可以解决上述现有问题中的一个或多个。
第一方面，提供了分布式环境监测系统，包括，数据处理中心以及至少一个监测网元，每个监测网元与数据处理中心通过无线网络通信连接；每个监测网元包括至少两个监测设备，同一监测网元内的监测设备两两相互通信连接；监测网元由数据处理中心进行配置，数据处理中心在每个监测网元内配置任意一个监测设备作为主监测设备，其他监测设备则配置为从监测设备，由主监测设备与数据处理中心进行通信连接；主监测设备接收同一监测网元中全部从监测设备的监测数据，与主监测设备的监测数据统一进行同化后将同化数据上传至数据处理中心；数据处理中心在每个监测网元内配置一个监测设备作为主监测设备包括，数据处理中心依次配置监测网元内的监测设备作为主监测设备，每个被配置的主监测设备在预定的一个周期内接收从监测设备上传的数据，执行数据同化并上传至数据处理中心，直至监测网元内部所有监测设备均作为主监测设备执行过上述步骤，数据处理中心对各监测设备作为主监测设备时的通信状态进行对比分析，并配置通讯状态最佳的监测设备作为主监测设备。
在一些实施方式中，监测网元由数据处理中心配置采用在线配置或离线配置。
在一些实施方式中，当存在两个及以上监测网元时，各监测网元的主监测设备两两相互通信连接，并分别与数据处理中心通信连接。
在一些实施方式中，当从监测设备数量大于一时，监测网元由数据处理中心进行配置还包括配置从监测设备数据上传顺序。
在一些实施方式中，监测设备为温湿度传感器、大气六参数监测微站或VOC气体传感器。
第二方面，提供了分布式环境监测方法，应用于上述任一分布式环境监测系统，包括以下步骤，建立至少一个监测网元，每个监测网元与数据处理中心通过无线网络通信连接，每个监测网元包括至少两个监测设备，同一监测网元内部的监测设备两两相互通信连接；配置监测网元，监测网元由数据处理中心进行配置，在每个监测网元内配置任意一个监测设备作为主监测设备，其他监测设备为从监测设备，由主监测设备与数据处理中心进行通信连接，主监测设备接收同一监测网元中全部从监测设备的监测数据，与主监测设备的监测数据统一进行同化后将同化数据上传至数据处理中心；数据处理中心在每个监测网元内配置一个监测设备作为主监测设备包括，数据处理中心依次配置监测网元内的监测设备作为主监测设备，每个被配置的主监测设备在预定的一个周期内接收从监测设备上传的数据，执行数据同化并上传至数据处理中心，直至监测网元内部所有监测设备均作为主监测设备执行过上述步骤，数据处理中心对各监测设备作为主监测设备时的通信状态进行对比分析，并配置通讯状态最佳的监测设备作为主监测设备。
在一些实施方式中，监测网元由数据处理中心进行配置采用在线配置或离线配置。
在一些实施方式中，当存在两个及以上监测网元时，各监测网元的主监测设备两两相互通信连接，并分别与数据处理中心通信连接。
在一些实施方式中，当从监测设备数量大于一时，监测网元由数据处理中心进行配置还包括配置从监测设备数据上传顺序。
在一些实施方式中，监测设备为温湿度传感器、大气六参数监测微站或VOC气体传感器。
本公开提供的分布式环境监测系统及方法，通过设置监测网元，并将监测网元内部监测设备两两相连，建立网格化组网结构，减少了因某条数据传输链路断开导致监测设备无法传输信息的情况，增强对监测设备的工作状态与数据传输的管理，提高监测系统的安全性和可靠性；在主监测设备配置前，通过将监测设备依次设置为主监测设备，对监测设备进行测试比较，由此选择出数据同化与传输的最优方案，提高数据同化与传输的同步性和可靠性；通过监测网元内部主监测设备和从监测设备的配置，实现监测网元内部数据同化处理，降低了数据处理中心的数据处理压力，同时，对监测网元内监测设备的数据进行同化处理，保证了数据的实时性和同步性，更加精准地实现对环境采样点附近环境质量的综合监测和评估。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开一实施例提供的分布式环境监测系统的结构框图。
图2是本公开一实施例提供的分布式环境监测方法的流程图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例1：
在本实施例中，参考说明书附图1，提供了一种分布式环境监测系统，包括数据处理中心1以及至少一个监测网元2，每个监测网元2与数据处理中心1通过无线网络通信连接；每个监测网元2包括至少两个监测设备，监测设备分布在各环境采样点，同一监测网元2内的监测设备两两相互通信连接；监测网元2由数据处理中心1进行配置，数据处理中心1在每个监测网元2内配置任意一个监测设备作为主监测设备3，其他监测设备则配置为从监测设备4，由主监测设备3与数据处理中心1进行通信连接；主监测设备3接收同一监测网元2中全部从监测设备4的监测数据，与主监测设备的监测数据统一进行同化后将同化数据上传至数据处理中心1。
数据处理中心1在每个监测网元2内配置一个监测设备作为主监测设备3包括，数据处理中心1依次配置监测网元2内的监测设备作为主监测设备3，每个被配置的主监测设备3在预定的一个周期内接收从监测设备4上传的数据，执行数据同化并上传至数据处理中心1，直至监测网元2内部所有监测设备均作为主监测设备3执行过上述步骤，数据处理中心1对各监测设备作为主监测设备3时的通信状态进行对比分析，并配置通讯状态最佳的监测设备作为主监测设备3。
由此，通过设置监测网元，并将监测网元内部监测设备两两相连，建立网格化组网结构，减少了因某条数据传输链路断开导致监测设备无法传输信息的情况，增强对监测设备的工作状态与数据传输的管理，提高监测系统的安全性和可靠性；在主监测设备配置前，通过将监测设备依次设置为主监测设备，对监测设备进行测试比较，由此选择出数据同化与传输的最优方案，提高数据同化与传输的同步性和可靠性；通过监测网元内部主监测设备和从监测设备的配置，实现监测网元内部数据同化处理，降低了数据处理中心的数据处理压力，同时，对监测网元内监测设备的数据进行同化处理，避免了每一个监测设备直接上传数据到数据处理中心时出现各数据时序不同的情况，保证了数据的实时性和同步性，更加精准地实现对环境采样点附近环境质量的综合监测和评估。
在可选的实施例中，若数据处理中心1需要在监测网元2内重新配置主监测设备3时，上一次被配置为主监测设备的监测设备不再参与配置。
在可选的实施例中，数据传输过程中，经过每一个监测设备时，在数据中附加该监测设备的地址。由此，在选定主监测设备时，可以对数据传输路径长度进行对比，作为选定主监测设备的参考值；同时，路径中监测设备地址的变化还可以做为判断监测设备是否能够进行正常通讯的判断依据。
具体的，监测网元2内部包含的各监测设备物理上可以并不相邻或相近。由此，降低了对监测设备在环境采样点部署的限制，降低监测成本，提高监测效率。
在可选的实施例中，每个监测网元与数据处理中心通过无线网络通信连接，其中无线网络可以是4G/5G无线网络、无线mesh网络或全光无线网络中的一种或多种。
在可选的实施例中，监测设备两两相互通信连接可采用有线通信连接或无线通信连接。其中，有线通信连接可以通过光缆或电缆进行连接。
在可选的实施例中，当存在两个及以上监测网元2时，各监测网元的主监测设备3两两相互通信连接，并分别与数据处理中心1通信连接。由此，当某一监测网元与数据处理中心的通信连接断开，该监测网元可通过其他监测网元将数据上传，进一步提高监测系统的安全性和可靠性。
在可选的实施例中，监测网元2由数据处理中心1配置可以采用在线配置或离线配置的方式，其中，在线配置是指数据处理中心1实时下发配置命令到监测网元2；离线配置是指配置命令存储在数据处理中心1，暂时不下发到监测网元2，此时监测网元2可看做离线状态。由此，提高了监测网元配置的灵活性，便于监测网元的管理与控制，便于监测网元进行数据同化处理。
在可选的实施例中，数据处理中心1对监测网元2的配置具体可以包括，指定监测网元2内任意一个监测设备作为主监测设备3；为主监测设备配置数据同化模型。
在可选的实施例中，当一个监测网元2内从监测设备4的数量大于一个时，数据处理中心1对监测网元2的配置还包括配置各个从监测设备4向主监测设备3上传数据的顺序。由此，避免出现网络拥堵造成的数据丢失，提高数据传输的稳定性和可靠性。
在可选的实施例中，监测设备可以是温湿度传感器、大气六参数监测微站、VOC气体传感器或单一气体传感器。
实施例2：
一种分布式环境监测方法，参考说明书附图2，应用于上述产品实施例中任一分布式环境监测系统，包括以下步骤。
步骤S11：建立至少一个监测网元，每个监测网元与数据处理中心通过无线网络通信连接，每个监测网元包括至少两个监测设备，同一监测网元内部的监测设备两两相互通信连接。
步骤S12：配置监测网元，监测网元由数据处理中心进行配置，在每个监测网元内配置任意一个监测设备作为主监测设备，其他监测设备为从监测设备，由主监测设备与数据处理中心进行通信连接，主监测设备接收同一监测网元中全部从监测设备的监测数据，与主监测设备的监测数据统一进行同化后将同化数据上传至数据处理中心，数据处理中心在每个监测网元内配置一个监测设备作为主监测设备包括，数据处理中心依次配置监测网元内的监测设备作为主监测设备，每个被配置的主监测设备在预定的一个周期内接收从监测设备上传的数据，执行数据同化并上传至数据处理中心，直至监测网元内部所有监测设备均作为主监测设备执行过上述步骤，数据处理中心对各监测设备作为主监测设备时的通信状态进行对比分析，并配置通讯状态最佳的监测设备作为主监测设备。
由此，通过设置监测网元，并将监测网元内部监测设备两两相连，建立网格化组网结构，减少了因某条数据传输链路断开导致监测设备无法传输信息的情况，增强对监测设备的工作状态与数据传输的管理，提高监测系统的安全性和可靠性；在主监测设备配置前，通过将监测设备依次设置为主监测设备，对监测设备进行测试比较，由此选择出数据同化与传输的最优方案，提高数据同化与传输的同步性和可靠性；通过监测网元内部主监测设备和从监测设备的配置，实现监测网元内部数据同化处理，降低了数据处理中心的数据处理压力，同时，对监测网元内监测设备的数据进行同化处理，避免了每一个监测设备直接上传数据到数据处理中心时出现各数据时序不同的情况，保证了数据的实时性和同步性，更加精准地实现对环境采样点附近环境质量的综合监测和评估。
具体的，监测网元内部包含的各监测设备物理上可以并不相邻或相近。由此，降低了对监测设备在环境采样点部署的限制，降低监测成本，提高监测效率。
在可选的实施例中，每个监测网元与数据处理中心通过无线网络通信连接，其中无线网络可以是4G/5G无线网络、无线mesh网络或全光无线网络中的一种或多种。
在可选的实施例中，监测设备两两相互通信连接可采用有线通信连接或无线通信连接。其中，有线通信连接可以通过光缆或电缆进行连接。
在可选的实施例中，当存在两个及以上监测网元时，各监测网元的主监测设备两两相互通信连接，并分别与数据处理中心通信连接。由此，当某一监测网元与数据处理中心的通信连接断开，该监测网元可通过其他监测网元将数据上传，进一步提高监测系统的安全性和可靠性。
在可选的实施例中，监测网元由数据处理中心配置可以采用在线配置或离线配置的方式，其中，在线配置是指数据处理中心实时下发配置命令到监测网元；离线配置是指配置命令存储在数据处理中心，暂时不下发到监测网元，此时监测网元可看做离线状态。由此，提高了监测网元配置的灵活性，便于监测网元的管理与控制，便于监测网元进行数据同化处理。
在可选的实施例中，数据处理中心对监测网元的配置具体可以包括，指定监测网元内任意一个监测设备作为主监测设备；为主监测设备配置数据同化模型。
在可选的实施例中，当一个监测网元内从监测设备的数量大于一个时，数据处理中心对监测网元的配置还包括配置各个从监测设备向主监测设备上传数据的顺序。由此，避免出现网络拥堵造成的数据丢失，提高数据传输的稳定性和可靠性。
在可选的实施例中，监测设备可以是温湿度传感器、大气六参数监测微站、VOC气体传感器或单一气体传感器。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其他的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所以集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术作出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本公开各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器、随机存储器、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本公开的可选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本公开的保护范围。

Claims (6)

1.分布式环境监测系统，其特征在于，包括数据处理中心（1）以及至少一个监测网元（2），每个所述监测网元（2）与所述数据处理中心（1）通过无线网络通信连接；
每个所述监测网元（2）包括至少两个监测设备，同一所述监测网元（2）内的所述监测设备两两相互通信连接；
所述监测网元（2）由所述数据处理中心（1）进行配置，所述数据处理中心（1）在每个所述监测网元（2）内配置一个监测设备作为主监测设备（3），其他监测设备则配置为从监测设备（4），由所述主监测设备（3）与所述数据处理中心（1）进行通信连接；
所述主监测设备（3）接收同一所述监测网元（2）中全部所述从监测设备（4）的监测数据，与所述主监测设备的监测数据统一进行同化后将同化数据上传至所述数据处理中心（1），
所述数据处理中心（1）在每个所述监测网元（2）内配置一个监测设备作为主监测设备（3）包括，
所述数据处理中心（1）依次配置所述监测网元（2）内的监测设备作为主监测设备（3），
每个被配置的所述主监测设备（3）在预定的一个周期内接收从监测设备（4）上传的数据，执行数据同化并上传至所述数据处理中心（1），
直至所述监测网元（2）内部所有监测设备均作为主监测设备（3）执行过在预定的一个周期内接收从监测设备（4）上传的数据，执行数据同化并上传至所述数据处理中心（1），
所述数据处理中心（1）对各所述监测设备作为主监测设备（3）时的通信状态进行对比分析，并配置通讯状态最佳的监测设备作为所述主监测设备（3）；
所述监测网元（2）由所述数据处理中心（1）配置采用在线配置或离线配置；
当所述从监测设备（4）数量大于一时，所述监测网元（2）由所述数据处理中心（1）进行配置还包括配置所述从监测设备（4）数据上传顺序；
若数据处理中心（1）需要在监测网元（2）内重新配置主监测设备（3）时，上一次被配置为主监测设备的监测设备不再参与配置；
数据传输过程中，经过每一个监测设备时，在数据中附加所述监测设备的地址。
2.根据权利要求1所述的分布式环境监测系统，其特征在于，
当存在两个及以上所述监测网元（2）时，各所述监测网元的主监测设备（3）两两相互通信连接，并分别与所述数据处理中心（1）通信连接。
3.根据权利要求1所述的分布式环境监测系统，其特征在于，所述监测设备为温湿度传感器、大气六参数监测微站或VOC气体传感器。
4.分布式环境监测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-3任一所述分布式环境监测系统，包括以下步骤：
建立至少一个监测网元，每个所述监测网元与所述数据处理中心通过无线网络通信连接，每个所述监测网元包括至少两个监测设备，同一所述监测网元内部的监测设备两两相互通信连接；
配置所述监测网元，所述监测网元由所述数据处理中心进行配置，在每个所述监测网元内配置一个监测设备作为主监测设备，其他监测设备为从监测设备，由所述主监测设备与所述数据处理中心进行通信连接，所述主监测设备接收同一所述监测网元中全部从监测设备的监测数据，与主监测设备的监测数据统一进行同化后将同化数据上传至数据处理中心；
所述数据处理中心在每个所述监测网元内配置一个监测设备作为主监测设备包括，
所述数据处理中心依次配置所述监测网元内的监测设备作为主监测设备，
每个被配置的所述主监测设备在预定的一个周期内接收从监测设备上传的数据，执行数据同化并上传至所述数据处理中心，
直至所述监测网元内部所有监测设备均作为主监测设备执行过在预定的一个周期内接收从监测设备上传的数据，执行数据同化并上传至所述数据处理中心，
所述数据处理中心对各所述监测设备作为主监测设备时的通信状态进行对比分析，并配置通讯状态最佳的监测设备作为所述主监测设备；
所述监测网元由所述数据处理中心进行配置采用在线配置或离线配置；
当所述从监测设备数量大于一时，所述监测网元由所述数据处理中心进行配置还包括配置所述从监测设备数据上传顺序；
若数据处理中心需要在监测网元内重新配置主监测设备时，上一次被配置为主监测设备的监测设备不再参与配置；
数据传输过程中，经过每一个监测设备时，在数据中附加所述监测设备的地址。
5.根据权利要求4所述的分布式环境监测方法，其特征在于，当存在两个及以上所述监测网元时，各所述监测网元的主监测设备两两相互通信连接，并分别与所述数据处理中心通信连接。
6.根据权利要求4所述的分布式环境监测方法，其特征在于，所述监测设备为温湿度传感器、大气六参数监测微站或VOC气体传感器。
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