CN112857449A - 用于监测管理室内空气质量的监测管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测管理室内空气质量的监测管理系统，该监测管理系统包括：分别用于监测室内空气质量参数的空气质量监测设备和；树莓派，其与监测设备及云端后台分别通信连接，并能够获取监测设备上传的监测数据，并将监测数据传输至云端后台；云端后台，其采用Springboot框架，并具有用于存储及调取监测数据的postgresql及Cassandra数据库。根据本发明的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统，通过采用轻量级物联网协议并对系统的数据传输以及后台架构进行了多方面的优化和改善，提供更加高效稳定的监测管理系统并支持更高频率的数据传输。

Description

用于监测管理室内空气质量的监测管理系统及方法

技术领域

本发明涉及用于室内空气质量的传感器监测技术以及物联网领域，尤其涉及一种用于监测管理室内空气质量的监测管理系统及方法。

背景技术

在室内空气质量的监测或管理中，物联网相关技术的应用具有较好的应用前景。然而，目前相关领域中的这方面尝试尚未取得足够的进展。

目前在相关领域中，物联网平台大多采用基于Http传输协议和诸如ssm、ssh、mvc的后台架构，这存在一些技术短板。http协议是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。但是作为物联网传输协议，http就太过沉重，提高了对硬件和网络的要求，而ssm、ssh、mvc都是较老的后台框架，对数据库交互性能而言远不如最新技术，而且老的后台框架开发难度较大且不利于维护。

并且，现有的类似平台一般由电脑主机或者工作站来实现数据转发上传，这也会增加用户的成本，此外这些平台大多也不会采用网关技术，对设备兼容性较低，在数据库方面也都还是传统的数据库，收到数据量和频繁交互的影响，数据传输频率有较大限制。

上述技术短板进而造成目前的室内空气检测平台很难做到数据的实时性传输，存在检测不准确、数据传输易中断、数据视图化的可观性差等诸多问题。

另一方面，伴随着生活水平的提高，对环境的要求逐年提高，人们有权利有欲望来实时的检测他所处的环境。目前市场上也缺少能够个性化地针对特定地域或区域的空气进行实时监测的完整系统。

因此，亟需设计一种新的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统及方法，以至少缓解或解决现有技术存在的上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有的基于物联网技术的用于监测管理室内空气质量的平台兼容性较低、成本较高、数据传输频率限制较多、对部分硬件和网络带宽的要求较高，以及开发难度较大且不利于维护的缺陷，提出一种新的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统及方法。

本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种用于监测管理室内空气质量的监测管理系统，其特点在于，所述监测管理系统包括：

用于监测室内空气质量参数的空气质量监测设备；

树莓派，所述树莓派与所述空气质量监测设备及云端后台分别通过物联网数据传输协议通信连接，并被配置为能够获取所述空气质量监测设备上传的监测数据，并将所述监测数据传输至云端后台；

云端后台，所述云端后台采用Springboot框架，并且具有用于存储及调取所述监测数据的postgresql数据库以及Cassandra数据库；

其中，所述物联网数据传输协议包括MQTT协议。

根据本发明的一些实施方式，所述监测管理系统还包括：

网关设备，所述网关设备被配置为能够采用多种物联网数据传输协议通信连接所述空气质量监测设备，以及采用MQTT协议通信连接所述树莓派，其中所述多种物联网数据传输协议包括MQTT协议、Modbus协议、OPC-UA协议。

根据本发明的一些实施方式，所述云端后台还采用JPA应用程序接口规范以及spring security框架，并被配置为能够提供多租户云服务模式。

根据本发明的一些实施方式，所述空气质量监测设备包括Kaiterra空气质量检测仪，所述Kaiterra空气质量检测仪用于监测温度、湿度以及空气污染物的浓度，所述空气污染物包括PM10、PM2.5、PM1.0、CO2、CH2O和/或TVOC。

本发明还提供了一种用于监测管理室内空气质量的监测管理方法，其特点在于，所述监测管理方法采用如上所述的监测管理系统，所述监测管理方法包括以下步骤：

基于websocket协议对所述云端后台接收到的所述监测数据进行监听，并将最新数据传送至前台终端设备；

所述前台终端设备对所述最新数据进行渲染，以生成图形化数据视图。

根据本发明的一些实施方式，所述监测管理方法还包括以下步骤：

在用户界面上更新及显示所述图形化数据视图，其中所述图形化数据视图包括和所述监测数据相关的饼图、折线图或柱形图。

根据本发明的一些实施方式，所述监测管理方法还包括以下步骤：

在获得授权的情况下，响应于用户端的请求，向所述用户端发送与所述用户端相关联的所述最新数据和/或所述图形化数据视图。

根据本发明的一些实施方式，所述监测管理方法还包括以下步骤：

在用户端保持对于所述监测管理系统的用户账户的登录状态的情形下，向所述用户端发送与所述用户端相关联的、实时更新的所述最新数据和/或所述图形化数据视图。

根据本发明的一些实施方式，所述用户端包括应用程序、应用程序的子程序或应用程序提供的链接，所述应用程序包括电脑应用程序和手机应用程序。

根据本发明的一些实施方式，所述监测管理方法还包括以下步骤：

基于所述最新数据判断是否存在空气污染物的成分含量超出了预设的警戒值；

在存在空气污染物的成分含量超出警戒值的情况下，向用户端推送报警信息或者生成污染处理工单并向相关联的平台发送工单。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

根据本发明的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统及方法，通过采用轻量级物联网协议并对系统的数据传输以及后台架构进行了多方面的优化和改善，使得系统能够高效支持海量数据的收发，提供更加高效稳定的运行并支持更高频率的数据传输，从而能够实现更为高效、稳定的室内空气质量监测。并且，本发明还能够个性化地针对特定地域或区域的空气进行实时监测并提供可观性较佳的可视化监控的用户界面显示。

附图说明

图1为根据本发明优选实施例的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统的系统架构示意图。

图2为根据本发明优选实施例的用于监测管理室内空气质量的监测管理方法的流程示意图。

图3为根据本发明优选实施例的用于监测管理室内空气质量的监测管理方法中渲染形成的图形化数据视图中的饼图示例。

图4为根据本发明优选实施例的用于监测管理室内空气质量的监测管理方法中渲染形成的图形化数据视图中的折线图示例。

图5为根据本发明优选实施例的用于监测管理室内空气质量的监测管理方法中渲染形成的图形化数据视图中的柱形图示例。

图6为根据本发明优选实施例的用于监测管理室内空气质量的监测管理方法中所生成的污染处理工单的示例图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

图1示意性地示出了根据本发明优选实施方式的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统的整体系统架构。

如图1所示，该监测管理系统包括：

用于监测室内空气质量参数的空气质量监测设备，即图1中左侧示出的多个设备端；

树莓派，树莓派与空气质量监测设备及云端后台分别通过物联网数据传输协议通信连接，并被配置为能够获取空气质量监测设备上传的监测数据，并将监测数据传输至云端后台，即图1中的中间部分示出的数据传输部分；

云端后台，云端后台采用Springboot框架，并且具有用于存储及调取监测数据的postgresql数据库(即图1中所示的pgsql数据库)以及Cassandra数据库；

其中，物联网数据传输协议包括MQTT协议。

如图1所示，根据本发明的一些优选实施方式，该监测管理系统还包括：

网关设备，网关设备被配置为能够采用多种物联网数据传输协议通信连接空气质量监测设备，以及采用MQTT协议通信连接树莓派，其中多种物联网数据传输协议包括MQTT协议、Modbus协议、OPC-UA协议。

由此，通过采用这种物联网网关架构，当有非常多不同协议的硬件设备同时接入系统时，为了避免协议之间的不兼容问题，采用网关统一接收数据后再统一通过MQTT协议上传。以此达到统一管理，高效运行的目的。

根据本发明的一些优选实施方式，云端后台还采用JPA应用程序接口规范以及spring security框架，并被配置为能够提供多租户云服务模式。

根据本发明的一些优选实施方式，空气质量监测设备包括Kaiterra空气质量检测仪(也可称为Kaiterra智能空气采集设备，由Kaiterra公司设计或生产)，Kaiterra空气质量检测仪用于监测温度、湿度以及空气污染物的浓度，空气污染物包括PM10、PM2.5、PM1.0、CO2、CH2O和/或TVOC。

举例来说，基于本发明的上述优选实施方式，该室内空气质量管理系统可以是结合Springboot+JPA，物联网传输MQTT协议，Modbus协议，树莓派系统应用，物联网网关而形成的综合物联网平台，采用Postgresql和大数据库Cassandra的双数据库来确保数据的及时性和准确性。Springboot+JPA是目前最主流的后台运行语言架构，基于JAVA开发，来确保设备数据的接收和最终页面的实时展示，MQTT轻量级物联网协议可以保证以相对较低的传输量传输，降低对硬件带宽和网络的要求，Modbus协议是硬件传感器最主流的通信协议，采用Modbus协议以便最大化适配各种型号的传感器。物联网平台的数据敏感性决定了其对数据库的高要求，本系统采用的双数据库，用Postgressql存储基本数据，用大数据库Cassandra来专门存储海量遥测数据，采用这些核心技术来确保系统的稳定、高效、健壮运行。

系统的实施包括树莓派的安装配置，现场传感器设备接入局域网后，现场会部署树莓派(类linux系统的微型电脑)，负责将设备的数据上传到我们云平台的物联网后台，树莓派可以远程控制，这样确保树莓派的及时运维。其中树莓派可以是一台基于类Linux系统的微型电脑，树莓派连接设备交换机和外网，使它内置程序接收来自设备的数据，再通过MQTT协议传输数据到云端。树莓派可以理解为上述系统架构中起到数据传输作用的关键实施实体或桥梁。

根据本发明的一些优选实施方式，云端后台还被配置为能够提供用户界面，用户界面用于显示监测数据以及执行和监测数据相关的操作。

根据本发明的一些优选实施方式，云端后台设置有规则引擎以及通过规则引擎接入云端后台的外部接口，外部接口用于接入外部系统或外部设备。

根据本发明的上述优选实施方式的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统，通过采用轻量级物联网协议MQTT来降低对硬件和网络带宽的要求，使得系统接收设备数据更加高效和快捷。本系统采用Springboot+JSP框架作为后台程序框架使得后台程序更加稳定，并且可以高效支持海量数据的接收和转发到UI，开发难度相比之前的框架更加容易。采用Postgresql和Cassandra数据库使得系统可以支持更高频率的数据传输，目前已经达到三秒。

由此，可进一步实现为室内空气监测提供更加高效稳定的后台和数据库的目的，并通过最新技术的加持使得室内空气质量监测更加高效稳定。

总体来说，根据本发明的上述优选实施方式的用于监测管理室内空气质量的监测管理系统相比前文所介绍的现有技术的解决方案而言具有如下技术优势。

采用Springboot+JPA+Spring security模式，程序更加高效稳定。采用MQTT协议，传感器数据上传更加轻量快捷，采用树莓派上传数据，便于现场安装维护，降低硬件要求。采用postgresql和大数据库Cassandras双数据库结合的方式，使得数据管理更加高效，采用大数据库使得数据采集频率更加高效。系统部署在云平台并采用多租户的模式，用户可以随时随地通过互联网访问。多租户模式下可以支持更多的用户，让资源利用最大化。

根据本发明的一些优选实施方式，提供了一种采用如上的监测管理系统实施的监测管理方法。

如图2所示，该用于监测管理室内空气质量的监测管理方法包括以下步骤：

基于websocket协议对云端后台接收到的监测数据进行监听，并将最新数据传送至前台终端设备；

前台终端设备对最新数据进行渲染，以生成图形化数据视图；

在获得授权的情况下，响应于用户端的请求，向用户端发送与用户端相关联的最新数据和/或图形化数据视图。

其中，优选地，可在用户界面上更新及显示图形化数据视图，其中图形化数据视图包括和监测数据相关的饼图、折线图或柱形图。其中，在图3、图4、图5中分别示意性地示出了一些应用实例中的饼图、折线图或柱形图的示意图。这些图形化数据视图可例如通过在前台中进行针对数据的渲染而形成。

根据一些进一步优选的实施方式，该监测管理方法还可包括以下步骤：

基于最新数据判断是否存在空气污染物的成分含量超出了预设的警戒值；

在存在空气污染物的成分含量超出警戒值的情况下，向用户端推送报警信息或者生成污染处理工单并向相关联的平台发送工单，其中在图6中示出了一工单的示例。

在上述方案中，可选地，可在在存在空气污染物的成分含量超出警戒值的情况下给相关机构的负责人发送邮件以要求其妥善处置或者及时采取措施。

进一步优选地，该监测管理方法还可包括以下步骤：

在用户端保持对于监测管理系统的用户账户的登录状态的情形下，向用户端发送与用户端相关联的、实时更新的最新数据和/或图形化数据视图。

进一步优选地，用户端包括应用程序、应用程序的子程序或应用程序提供的链接，应用程序包括电脑应用程序和手机应用程序。

在上述实施方式中，用户端可例如采用微信小程序的形式。微信小程序的这种形式，可使得上述解决方案提供用户一种极为便利的方式，使得用户能够实时的查看其想要了解或者监控的区域的空气质量的变化。当然用户端也可基于PC端，但相比之下，基于PC端的方案所提供的数据可能更为详细全面，但用户不便做到实时查看，而手机微信端则可提供可能最佳的便利性。举例来说，用户通过微信小程序实时的查看空气质量数据的变化，微信小程序可例如取名为室内空气管理助手，需要由系统端授权才可以登录。

并且，根据本发明的上述优选实施方式的用于监测管理室内空气质量的监测管理方法，还能够个性化地针对特定地域或区域的空气进行实时监测并提供可观性较佳的可视化监控的用户界面显示。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于监测管理室内空气质量的监测管理系统，其特征在于，所述监测管理系统包括：

用于监测室内空气质量参数的空气质量监测设备；

树莓派，所述树莓派与所述空气质量监测设备及云端后台分别通过物联网数据传输协议通信连接，并被配置为能够获取所述空气质量监测设备上传的监测数据，并将所述监测数据传输至云端后台；

云端后台，所述云端后台采用Springboot框架，并且具有用于存储及调取所述监测数据的postgresql数据库以及Cassandra数据库；

其中，所述物联网数据传输协议包括MQTT协议。

2.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述监测管理系统还包括：

网关设备，所述网关设备被配置为能够采用多种物联网数据传输协议通信连接所述空气质量监测设备，以及采用MQTT协议通信连接所述树莓派，其中所述多种物联网数据传输协议包括MQTT协议、Modbus协议、OPC-UA协议。

3.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述云端后台还采用JPA应用程序接口规范以及spring security框架，并被配置为能够提供多租户云服务模式。

4.如权利要求1所述的监测管理系统，其特征在于，所述空气质量监测设备包括Kaiterra空气质量检测仪，所述Kaiterra空气质量检测仪用于监测温度、湿度以及空气污染物的浓度，所述空气污染物包括PM10、PM2.5、PM1.0、CO2、CH2O和/或TVOC。

5.一种用于监测管理室内空气质量的监测管理方法，其特征在于，所述监测管理方法采用如权利要求1-4中任意一项所述的监测管理系统，所述监测管理方法包括以下步骤：

基于websocket协议对所述云端后台接收到的所述监测数据进行监听，并将最新数据传送至前台终端设备；

所述前台终端设备对所述最新数据进行渲染，以生成图形化数据视图。

6.如权利要求5所述的监测管理方法，其特征在于，所述监测管理方法还包括以下步骤：

在用户界面上更新及显示所述图形化数据视图，其中所述图形化数据视图包括和所述监测数据相关的饼图、折线图或柱形图。

7.如权利要求5所述的监测管理方法，其特征在于，所述监测管理方法还包括以下步骤：

在获得授权的情况下，响应于用户端的请求，向所述用户端发送与所述用户端相关联的所述最新数据和/或所述图形化数据视图。

8.如权利要求7所述的监测管理方法，其特征在于，所述监测管理方法还包括以下步骤：

在用户端保持对于所述监测管理系统的用户账户的登录状态的情形下，向所述用户端发送与所述用户端相关联的、实时更新的所述最新数据和/或所述图形化数据视图。

9.如权利要求8所述的监测管理方法，其特征在于，所述用户端包括应用程序、应用程序的子程序或应用程序提供的链接，所述应用程序包括电脑应用程序和手机应用程序。

10.如权利要求5所述的监测管理方法，其特征在于，所述监测管理方法还包括以下步骤：

基于所述最新数据判断是否存在空气污染物的成分含量超出了预设的警戒值；

在存在空气污染物的成分含量超出警戒值的情况下，向用户端推送报警信息或者生成污染处理工单并向相关联的平台发送工单。

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