CN113068144A - 一种环境监控物联网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环境监控物联网系统，包括采集子系统、无线网关、执行子系统、终端处理器以及用户终端，采集子系统和执行子系统内均设置有ZigBee单元，采集子系统和执行子系统分别通过ZigBee单元与无线网关相连接，无线网关与终端处理器通过网络连接，终端处理器与用户终端通过网络连接，采集子系统包括空气质量检测仪以及预警检测单元，执行子系统包括排风扇、警报器以及备用空气过滤器，本发明能够提高对排放环境分析判断的全面性，以解决现有的监测系统功能单一、对于排放造成的影响的判断存在不足的问题。

Description

一种环境监控物联网系统
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种环境监控物联网系统。
背景技术
环境监测,是指环境监测机构对环境质量状况进行监视和测定的活动。环境监测是通过对反映环境质量的指标进行监视和测定，以确定环境污染状况和环境质量的高低。环境监测的内容主要包括物理指标的监测、化学指标的监测和生态系统的监测。
现有的监测系统中，通常都是对于排放管路内排放的气体进行污染物含量的检测，然后对排放气体是否是污染超标进行判断，但是在排放已经超标的情况下，仅仅做出超标判断已经不能满足现有的需求，在排放超标后，人们需要知道排放量是否会对人们的生活造成影响，现有的监测系统在这一方面上存在不足，提醒的全面性较差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种环境监控物联网系统，能够提高对排放环境分析判断的全面性，以解决现有的监测系统功能单一、对于排放造成的影响的判断存在不足的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种环境监控物联网系统，包括采集子系统、无线网关、执行子系统、终端处理器以及用户终端，所述采集子系统和执行子系统内均设置有ZigBee单元，所述采集子系统和执行子系统分别通过ZigBee单元与无线网关相连接，所述无线网关与终端处理器通过网络连接，所述终端处理器与用户终端通过网络连接；
所述采集子系统包括空气质量检测仪以及预警检测单元，所述空气质量检测仪用于获取排放管路内的废气浓度以及污染物含量，所述预警检测单元包括风速传感器、温度传感器、湿度传感器以及流量传感器，所述风向风速传感器用于获取监测环境中的风速，所述温度传感器用于获取监测环境中的温度，所述湿度传感器用于获取监测环境中的湿度，所述流量传感器用于获取排放管路内的气体流量；
所述执行子系统包括排风扇、警报器以及备用空气过滤器，所述备用空气过滤器与排气管路相连接，所述排风扇设置在排气管路的排放口处；
所述终端处理器包括处理模块、控制模块以及提醒模块；
所述处理模块包括分析单元，所述分析单元配置有第一算法以及第一分析策略，所述第一算法配置为：
Figure BDA0002999153390000021
其中，RC为扩散风险值，ppm为废气浓度，psi为污染物含量，v为风速，t为温度，rh为湿度，cfm为气体流量，α为预设浓度系数，β为预设含量系数，A1为第一转换值，A2为第二转换值，A3为第三转换值，A4为第四转换值，K1为第一权重值，K2为第二权重值；
所述第一分析策略包括将扩散风险值与预设的第一阈值进行比对，当扩散风险值大于等于第一阈值时，输出排气扩散缓慢指令；当扩散风险值小于第一阈值时，输出排气扩散正常指令；
所述控制模块接收到排气扩散缓慢指令后控制排风扇、备用空气过滤器以及警报器运作；
所述提醒模块接收到排气扩散缓慢指令后发送第一提醒信息到用户终端。
进一步地，所述处理模块还包括比对单元，所述比对单元配置有第一比对策略和第二比对策略；
所述第一比对策略包括将废气浓度与预设的第二阈值进行比对，当废气浓度大于第二阈值时，输出排气浓度超标指令；当废气浓度小于第二阈值时，输出排气浓度正常指令；
所述第二比对策略包括将污染物含量与预设的第三阈值进行比对，当污染物含量大于第三阈值时，输出排气污染物超标指令；当污染物含量小于第三阈值时，输出排气污染物正常指令；
所述控制模块接收到排气浓度超标指令或排气污染物超标指令后控制排风扇、备用空气过滤器以及警报器进行运作；
所述提醒模块接收到排气浓度超标指令后发送第二提醒信息到用户终端；所述提醒模块接收到排气污染物超标指令后发送第三提醒信息到用户终端。
进一步地，所述预警检测单元还包括风向传感器，所述风向传感器用于获取监测环境中的风向；
所述终端处理器还包括存储模块，所述存储模块存储有监测环境周围的人群密集区的方位和距离；
所述处理模块还包括预警单元，所述预警单元配置有第一关系式、第一筛选策略以及第一预警策略，所述第一关系式表示废气扩散指数与人群密集区的距离、废气浓度、污染物含量、风速以及气体流量之间的关系；
所述第一筛选策略包括根据风向和第一预设角度筛选出第一范围，再筛选出第一范围内的若干人群密集区，然后分别获取若干人群密集区的距离；
所述第一预警策略包括将若干人群密集区的距离分别输入第一关系式中并对应得出废气扩散指数，当废气扩散指数大于第五阈值时，输出扩散存在风险指令；当废气扩散指数小于第五阈值时，输出扩散无风险指令；
所述控制模块接收到扩散存在风险指令后控制警报器进行运作；
所述提醒模块接收到扩散存在风险指令后发送第四提醒信息到用户终端。
进一步地，所述第一关系式配置为：
Figure BDA0002999153390000041
其中，RI为废气扩散指数，s为人群密集区的距离，A5为第五转换值，A6为第六转换值，A7为第七转换值，K3为第三权重值，K4为第四权重值。
进一步地，所述执行子系统还包括摄像头，所述摄像头用于获取监测环境中的图片信息。
进一步地，所述控制模块接收到排气扩散缓慢指令、排气浓度超标指令、排气污染物超标指令或扩散存在风险指令后控制摄像头进行运作。
进一步地，所述存储模块存储有若干排气超标图像信息；
所述处理模块还包括图像分析单元，所述图像分析单元包括将接收到的图片信息与若干排气超标图像信息进行比对并输出比对结果；
所述提醒模块将比对结果发送至用户终端。
本发明的有益效果：本发明通过对废气浓度、污染物含量、风速、温度、湿度以及气体流量计算得到扩散风险值，通过对这些参数的计算分析，能够判断在排放出现超标的情况下，是否能够通过自然环境的力量进行自行分散消除，在自然环境不能进行分散消除时，判断这一情况下会对排放周边的人员造成损害，此时会及时发送第一提醒信息，并通过控制模块控制排风扇、备用空气过滤器以及警报器进行运作，能够及时进行补救和提醒。
本发明通过获取排放气体扩散方位上的若干人群密集区的距离，并通过第一关系式得到废气扩散指数，第一关系式表示废气扩散指数与人群密集区的距离、废气浓度、污染物含量、风速以及气体流量之间的关系，该设计能够得出废气扩散指数随距离变化的关系，通过判断排放气体在扩散到一定距离后对人身是否还存在损害，能够进一步提高检测判断的全面性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的实施例一的原理图；
图2为本发明的实施例一中的处理模块的原理框图；
图3为本发明的实施例二的原理图；
图4为本发明的实施例二中的处理模块的原理框图。
图中：1、终端处理器；11、处理模块；111、分析单元；112、比对单元；113、预警单元；12、控制模块；13、提醒模块；14、存储模块；2、采集子系统；21、空气质量检测仪；22、预警检测单元；221、风速传感器；222、温度传感器；223、湿度传感器；224、流量传感器；225、风向传感器；3、执行子系统；31、备用空气过滤器；32、排风扇；33、警报器；34、摄像头；4、无线网关；5、用户终端；6、ZigBee单元。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例一，请参阅图1，一种环境监控物联网系统，包括采集子系统2、无线网关4、执行子系统3、终端处理器1以及用户终端5，采集子系统2和执行子系统3内均设置有ZigBee单元6，采集子系统2和执行子系统3分别通过ZigBee单元6与无线网关4相连接，无线网关4与终端处理器1通过网络连接，终端处理器1与用户终端5通过网络连接。
采集子系统2用于对待监测环境中的环境参数进行获取，获取的数据通过ZigBee单元6与无线网关4连接，通过无线网关4传输至终端处理器1，终端处理器1在对数据进行处理分析后能够得到监测环境是否存在排放超标的现象，并将分析的结果传输至用户终端5，用于对工作人员进行提醒，并且可以通过控制执行子系统3运作，能够及时对排放环境进行应急处理。
采集子系统2包括空气质量检测仪21以及预警检测单元22，空气质量检测仪21用于获取排放管路内的废气浓度以及污染物含量，预警检测单元22包括风速传感器221、温度传感器222、湿度传感器223以及流量传感器224，风向风速传感器221用于获取监测环境中的风速，温度传感器222用于获取监测环境中的温度，湿度传感器223用于获取监测环境中的湿度，流量传感器224用于获取排放管路内的气体流量。
执行子系统3包括排风扇32、警报器33以及备用空气过滤器31，备用空气过滤器31与排气管路相连接，排风扇32设置在排气管路的排放口处，备用空气过滤器31能够在排放超标时进行应急过滤处理，排风扇32能够进行紧急的扩散处理，避免排放口处的排放浓度过高出现对人身造成损害的问题。
请参阅图2，终端处理器1包括处理模块11、控制模块12以及提醒模块13。
处理模块11包括分析单元111，分析单元111配置有第一算法以及第一分析策略，第一算法配置为：
Figure BDA0002999153390000061
其中，RC为扩散风险值，ppm为废气浓度，psi为污染物含量，v为风速，t为温度，rh为湿度，cfm为气体流量，α为预设浓度系数，β为预设含量系数，A1为第一转换值，A2为第二转换值，A3为第三转换值，A4为第四转换值，K1为第一权重值，K2为第二权重值。
第一算法中，扩散风险值与温度和风速成反比例，当温度和风速越大时，扩散的速度也会越快，从而也能够利用自然环境对污染物进行充分的吸收扩散，有利于减小局部的污染状况，在对温度和风速进行计算处理时，分别匹配对应的第三转换值以及第四转换值进行转换；扩散风险值与废气浓度、污染物含量以及气体流量成正比例，在对废气浓度和污染物含量计算时，先通过预设浓度系数和预设含量系数对废气浓度和污染物含量进行转换，使废气浓度与污染物含量得出能够相匹配的数值进行相加，与气体流量进行相乘后匹配第二转换值和第一权重值进行计算；扩散风险值与湿度成正比例，当湿度越大时，对于污染物的扩散越不利，对湿度进行计算时，匹配第一转换值进行转换。
通过第一算法计算出扩散风险值能够反映出废气扩散的快慢，当废气扩散较慢时会对废气排放区域内的人群造成危害，同样在第一算法中能够反应出废气排放受到环境因素的影响，环境因素中通过增加对风速、温度以及湿度的计算，能够准确的得出废气排放受到环境因素影响的结果，即使在废气浓度、污染物含量以及气体流量较高的情况下，如果环境因素能够将废气快速扩散，最终废气对于人群的影响也会较小，因此能够提高废气排放对人群影响程度的综合判断。
第一分析策略包括将扩散风险值与预设的第一阈值进行比对，当扩散风险值大于等于第一阈值时，输出排气扩散缓慢指令；当扩散风险值小于第一阈值时，输出排气扩散正常指令。扩散风险值越大时，表明排放口的污染情况越严重，且扩散情况越不利。
控制模块12接收到排气扩散缓慢指令后控制排风扇32、备用空气过滤器31以及警报器33运作，排风扇32能够及时对污染物进行加速的扩散，备用空气过滤器31及时启动，能够对排放气体进一步进行过滤。
提醒模块13接收到排气扩散缓慢指令后发送第一提醒信息到用户终端5。
处理模块11还包括比对单元112，比对单元112配置有第一比对策略和第二比对策略。
第一比对策略包括将废气浓度与预设的第二阈值进行比对，当废气浓度大于第二阈值时，输出排气浓度超标指令；当废气浓度小于第二阈值时，输出排气浓度正常指令。废气浓度超过第二阈值时，说明排放气体中的浓度超标。
第二比对策略包括将污染物含量与预设的第三阈值进行比对，当污染物含量大于第三阈值时，输出排气污染物超标指令；当污染物含量小于第三阈值时，输出排气污染物正常指令。污染物含量大于第三阈值时，说明排放气体中的污染物含量超标。
控制模块12接收到排气浓度超标指令或排气污染物超标指令后控制排风扇32、备用空气过滤器31以及警报器33进行运作，排气浓度超标或排气污染物超标后，需要启动排风扇32和备用空气过滤器31进行应急处理，警报器33运作能够及时提醒到工作人员。
提醒模块13接收到排气浓度超标指令后发送第二提醒信息到用户终端5；提醒模块13接收到排气污染物超标指令后发送第三提醒信息到用户终端5。
实施例二，请参阅图3和图4，预警检测单元22还包括风向传感器225，风向传感器225用于获取监测环境中的风向。
终端处理器1还包括存储模块14，存储模块14存储有监测环境周围的人群密集区的方位和距离。
通过对于风向的获取，能够分析处污染物扩散的路径，将污染物扩散的路径与人群密集区的方位和距离进行比对后，能够得出污染物的扩散对于人群的影响。
处理模块11还包括预警单元113，预警单元113配置有第一关系式、第一筛选策略以及第一预警策略，第一关系式表示废气扩散指数与人群密集区的距离、废气浓度、污染物含量、风速以及气体流量之间的关系。
第一筛选策略包括根据风向和第一预设角度筛选出第一范围，再筛选出第一范围内的若干人群密集区，然后分别获取若干人群密集区的距离；
第一预警策略包括将若干人群密集区的距离分别输入第一关系式中并对应得出废气扩散指数，当废气扩散指数大于第五阈值时，输出扩散存在风险指令；当废气扩散指数小于第五阈值时，输出扩散无风险指令；
所述控制模块12接收到扩散存在风险指令后控制警报器33进行运作；
所述提醒模块13接收到扩散存在风险指令后发送第四提醒信息到用户终端5。
第一关系式配置为：
Figure BDA0002999153390000091
其中，RI为废气扩散指数，s为人群密集区的距离，A5为第五转换值，A6为第六转换值，A7为第七转换值，K3为第三权重值，K4为第四权重值。
第一关系式中，废气浓度、污染物含量、气体流量以及风速越大，废气扩散指数越高，人群密集区受到污染物的影响也越大，但是当人群密集区的距离越大时，废气扩散指数越小，由于距离增加，污染物扩散到人群密集区后也会被稀释分散，影响也相应降低。
通过第一关系式能够得出废气在扩散到一定范围之后的废气浓度和污染物含量是否还会对扩散地区内的人群造成危害，从而在废气刚排出时通过计算分析，就可以对该地区下风向内的人群密集区进行预警，以保证即将受到污染影响内的人群能够提前做好防护，以提高预警防护的效果。
执行子系统3还包括摄像头34，摄像头34用于获取监测环境中的图片信息。
控制模块12接收到排气扩散缓慢指令、排气浓度超标指令、排气污染物超标指令或扩散存在风险指令后控制摄像头34进行运作，通过摄像头34获取图片，能够使工作人员更好的获知监测环境中的实际情况。
存储模块14存储有若干排气超标图像信息。处理模块11还包括图像分析单元111，图像分析单元111包括将接收到的图片信息与若干排气超标图像信息进行比对并输出比对结果，通过将获取监测环境现场的图片信息与存储的图片信息进行比对，能够自动分析出是否超标的结果。
提醒模块13将比对结果发送至用户终端5，用户终端5能够及时获知图片的比对结果。
工作原理：本系统中，通过采集子系统2能够及时获取监测环境中的环境信息，并通过ZigBee单元6与无线网关4连接，通过无线网关4将获取到的数据信息传输给终端处理器1，终端处理器1通过对数据的处理分析能够得出分析结果，当排放气体不符合预设的标准时，可以及时启动执行子系统3进行应急处理，并且终端处理器1能够发送提醒信息到用户终端5，使工作人员第一时间获取监测环境的排放情况。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种环境监控物联网系统，其特征在于，包括采集子系统(2)、无线网关(4)、执行子系统(3)、终端处理器(1)以及用户终端(5)，所述采集子系统(2)和执行子系统(3)内均设置有ZigBee单元(6)，所述采集子系统(2)和执行子系统(3)分别通过ZigBee单元(6)与无线网关(4)相连接，所述无线网关(4)与终端处理器(1)通过网络连接，所述终端处理器(1)与用户终端(5)通过网络连接；
所述采集子系统(2)包括空气质量检测仪(21)以及预警检测单元(22)，所述空气质量检测仪(21)用于获取排放管路内的废气浓度以及污染物含量，所述预警检测单元(22)包括风速传感器(221)、温度传感器(222)、湿度传感器(223)以及流量传感器(224)，所述风向风速传感器(221)用于获取监测环境中的风速，所述温度传感器(222)用于获取监测环境中的温度，所述湿度传感器(223)用于获取监测环境中的湿度，所述流量传感器(224)用于获取排放管路内的气体流量；
所述执行子系统(3)包括排风扇(32)、警报器(33)以及备用空气过滤器(31)，所述备用空气过滤器(31)与排气管路相连接，所述排风扇(32)设置在排气管路的排放口处；
所述终端处理器(1)包括处理模块(11)、控制模块(12)以及提醒模块(13)；
所述处理模块(11)包括分析单元(111)，所述分析单元(111)配置有第一算法以及第一分析策略，所述第一算法配置为：
Figure FDA0002999153380000011
其中，RC为扩散风险值，ppm为废气浓度，psi为污染物含量，v为风速，t为温度，rh为湿度，cfm为气体流量，α为预设浓度系数，β为预设含量系数，A1为第一转换值，A2为第二转换值，A3为第三转换值，A4为第四转换值，K1为第一权重值，K2为第二权重值；
所述第一分析策略包括将扩散风险值与预设的第一阈值进行比对，当扩散风险值大于等于第一阈值时，输出排气扩散缓慢指令；当扩散风险值小于第一阈值时，输出排气扩散正常指令；
所述控制模块(12)接收到排气扩散缓慢指令后控制排风扇(32)、备用空气过滤器(31)以及警报器(33)运作；
所述提醒模块(13)接收到排气扩散缓慢指令后发送第一提醒信息到用户终端(5)。
2.根据权利要求1所述的一种环境监控物联网系统，其特征在于，所述处理模块(11)还包括比对单元(112)，所述比对单元(112)配置有第一比对策略和第二比对策略；
所述第一比对策略包括将废气浓度与预设的第二阈值进行比对，当废气浓度大于第二阈值时，输出排气浓度超标指令；当废气浓度小于第二阈值时，输出排气浓度正常指令；
所述第二比对策略包括将污染物含量与预设的第三阈值进行比对，当污染物含量大于第三阈值时，输出排气污染物超标指令；当污染物含量小于第三阈值时，输出排气污染物正常指令；
所述控制模块(12)接收到排气浓度超标指令或排气污染物超标指令后控制排风扇(32)、备用空气过滤器(31)以及警报器(33)进行运作；
所述提醒模块(13)接收到排气浓度超标指令后发送第二提醒信息到用户终端(5)；所述提醒模块(13)接收到排气污染物超标指令后发送第三提醒信息到用户终端(5)。
3.根据权利要求2所述的一种环境监控物联网系统，其特征在于，所述预警检测单元(22)还包括风向传感器(225)，所述风向传感器(225)用于获取监测环境中的风向；
所述终端处理器(1)还包括存储模块(14)，所述存储模块(14)存储有监测环境周围的人群密集区的方位和距离；
所述处理模块(11)还包括预警单元(113)，所述预警单元(113)配置有第一关系式、第一筛选策略以及第一预警策略，所述第一关系式表示废气扩散指数与人群密集区的距离、废气浓度、污染物含量、风速以及气体流量之间的关系；
所述第一筛选策略包括根据风向和第一预设角度筛选出第一范围，再筛选出第一范围内的若干人群密集区，然后分别获取若干人群密集区的距离；
所述第一预警策略包括将若干人群密集区的距离分别输入第一关系式中并对应得出废气扩散指数，当废气扩散指数大于第五阈值时，输出扩散存在风险指令；当废气扩散指数小于第五阈值时，输出扩散无风险指令；
所述控制模块(12)接收到扩散存在风险指令后控制警报器(33)进行运作；
所述提醒模块(13)接收到扩散存在风险指令后发送第四提醒信息到用户终端(5)。
4.根据权利要求3所述的一种环境监控物联网系统，其特征在于，所述第一关系式配置为：
Figure FDA0002999153380000031
其中，RI为废气扩散指数，s为人群密集区的距离，A5为第五转换值，A6为第六转换值，A7为第七转换值，K3为第三权重值，K4为第四权重值。
5.根据权利要求4所述的一种环境监控物联网系统，其特征在于，所述执行子系统(3)还包括摄像头(34)，所述摄像头(34)用于获取监测环境中的图片信息。
6.根据权利要求5所述的一种环境监控物联网系统，其特征在于，所述控制模块(12)接收到排气扩散缓慢指令、排气浓度超标指令、排气污染物超标指令或扩散存在风险指令后控制摄像头(34)进行运作。
7.根据权利要求6所述的一种环境监控物联网系统，其特征在于，所述存储模块(14)存储有若干排气超标图像信息；
所述处理模块(11)还包括图像分析单元(111)，所述图像分析单元(111)包括将接收到的图片信息与若干排气超标图像信息进行比对并输出比对结果；
所述提醒模块(13)将比对结果发送至用户终端(5)。
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