CN113092666A - 一种车载大气污染源监测的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种车载大气污染源监测的装置，包括仪表箱、吸盘、风速风向组件、天线、便携式电脑；仪表箱内包括电池模块、传感器模块、GPS模块、无线通信模块、结构主板、MCU器件、采样气路、电子罗盘；方法包括以下步骤：便携式电脑与MCU器件通信，采集风速风向组件、电子罗盘的测量数据，用二者计算出车辆行进中的相对风速风向；采集GPS模块测量数据并计算出车辆航向航速；用相对风速风向和航向航速计算出环境中真实风速风向；便携式电脑实时采集传感器模块数据，如超出预设报警值，会调用其内置电子地图，根据真实风速风向与车辆位置查找可疑的污染源单位，根据可疑污染源单位的数量、风速风向及传感器数据，直接判断或通过进一步走航判断污染源单位。
Description
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，特别是涉及一种车载大气污染源监测的装置。
背景技术
大气环境的质量在人类生存中具有重大的意义和作用，世界卫生组织报告称每年都有800万人的死亡是由空气污染直接造成的，由于温室效应带来的影响也日益凸显，全球的平均温度在逐年上升，环境质量的提高迫在眉睫，大气环境监测具有十分重要的意义。在大气环境监测领域日益扩大、大气环境监测任务快速增加和环境管理要求不断提高的情况下，推进环境监测服务已迫在眉睫，为了实现整个城市、区域的环境大气监测，大气环境走航监测装置的研发是非常有意义的，同时它还可以用来进行环境应急监测，有效地获取污染源位置和动态变化。
目前的常见环境监测系统是固定设置一定区域或道路两旁，对于环境监测有一定的局限性，专用的可移动走航的大气环境监测车，需要使用专门改装的大中型车辆，配备专用大型仪器设备，不仅费用高昂，而且对使用者要求很高，很难大量推广应用，因此，需要有一种不用改装车辆就可以使用的车载大气污染源监测的装置来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种车载大气污染源监测的装置，不需要对现有车辆进行改装的前提下，方便快速的实现移动式大气走航监测，在不停车的情况下，通过风速风向组件、电子罗盘、GPS模块的测量数据计算出环境中真实的风速风向数据，并结合传感器数据，在车辆行进走航中动态的判断污染源单位，具有轻型化，低成本，易普及的特点。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种车载大气污染源监测的装置，其特征在于包括仪表箱、吸盘、风速风向组件、天线、便携式电脑；所述的仪表箱与吸盘固定连接在一起，所述的风速风向组件、天线与仪表箱固定连接在一起，所述的便携式电脑与仪表箱无线连接。
所述的仪表箱的侧面具有通风百叶结构，其底面有安装孔。
所述的吸盘位于仪表箱下部。
所述风速风向组件和天线位于仪表箱上部。
所述的仪表箱是四面体结构，所述的通风百叶结构位于其四个侧面、所述的安装孔位于四面体结构的底面。
所述仪表箱内包括电池模块、传感器模块、GPS模块、无线通信模块、结构主板、MCU器件、采样气路、电子罗盘；所述的风速风向组件和上述的MCU器件相连，所述的天线与上述的无线通信模块相连，所述的便携式电脑与上述的MCU器件无线连接。
所述的采样气路通过管路连接传感器模块。
作为优选的，使用方法包括以下步骤：便携式电脑与MCU器件通信，采集到风速风向组件测量数据和电子罗盘的测量数据，二者修正计算得到车辆行进中的相对风速风向；便携式电脑与MCU器件通信，得到GPS模块测量数据并计算出航向航速，结合相对风速风向数据，计算得到环境中的真实风速风向；便携式电脑同时会实时采集传感器模块数据，如果超出预设的报警值，即发生空气污染，会调用其内置的电子地图信息，根据真实风速风向与车辆位置查找可疑的污染源单位，并根据可疑污染源单位的数量、风向风速以及传感器数据，直接判断或通过进一步走航判断出污染源单位。
与现有技术相比，本发明的创新之处和有益效果在于：解决了现有技术只能定点监测的缺陷和不足，使大气监测范围和监测方式得到极大改善；不需对运载平台例如车辆进行任何改装，即可实现方便快速的大气环境走航监测，车辆行进走航的过程中，在不停车的情况下，通过风速风向组件、电子罗盘、GPS模块的测量数据计算出环境中真实的风速风向数据，并结合传感器数据，在车辆行进走航中动态的判断污染源单位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因为不应该被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作原理结构示意图；
图3是本发明的仪表箱结构示意图；
图4是本发明的方法说明示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和本发明的附图，对本发明作进一步的说明，所描述的实施例仅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作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。
如图1所示，本发明提出的一种车载大气污染源监测的装置，其特征在于包括仪表箱1、吸盘2、风速风向组件3、天线4、便携式电脑6；仪表箱1与吸盘2固定连接在一起，风速风向组件3、天线4与仪表箱1固定连接在一起；所述的便携式电脑6与仪表箱1无线连接，仪表箱1的侧面具有通风百叶结构14，所述的吸盘2位于仪表箱1下部、吸盘2吸附在车体5的表面将仪表箱1固定在汽车车体的顶部5，所述的风速风向组件3和天线4位于仪表箱1上部、固定在仪表箱1上；所述的便携式电脑6可位于车内16，其自带电池，同时也配有车载充电线，便携式电脑6与车外安装的仪表箱1之间，没有物理硬件联接，以此方便用户不用进行车辆改装，就能方便的使用本装置进行移动式的大气走航监测；通过便携式电脑6实时显示、记录、报警、提示污染源方位；所述的便携式电脑6，在Windows10环境下运行，具有触控输入功能，不需要键盘和鼠标。
如图2所示，所述仪表箱1内包括电池模块7、传感器模块8、GPS模块9、无线通信模块10、结构主板11、MCU器件12、采样气路13、电子罗盘16：所述的便携式电脑6与仪表箱1内MCU器件12以无线方式实时通信；所述的风速风向组件3和上述的MCU器件12相连，所述的天线4与上述的无线通信模块10相连，所述的便携式电脑6与上述的MCU器件12无线连接；所述的采样气路13通过管路连接传感器模块8；所述传感器模块8，典型配置包括pm2.5，pm10，一氧化碳，二氧化硫，二氧化氮，臭氧，另两个典型配置是只安装检测VOCs气体或者臭氧气体的传感器模块8，传感器模块8的选择由用户的需要来确定，其中，pm2.5和pm10采用激光粉尘传感器，一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧采用电化学传感器，VOCs气体采用pid光离子化传感器，这些传感器的共同特点是精度高、小型化和低功耗，能满足大气检测要求，同时可以用电池供电；例如所述传感器模块8的数量和检测参数，可以按需要配置，包括PM2.5，pm10，一氧化碳，二氧化硫，二氧化氮，臭氧，VOCs气体，硫化氢；所述的便携式电脑6与仪表箱1内MCU器件12以无线方式实时通信；所述便携式电脑6，可以显示GPS位置和地图信息、传感器模块8的实时检测数据、气象信息，并同时记录上述信息，按照预设的规则实时判断，提示浓度超标，提示停车检测，根据风向信息和地图信息，列出可能的污染源位置和污染源单位的名称列表。
所述的风速风向组件3与所述的MCU器件12相连，测量风速、风向、温度、湿度、大气压力。
所述的天线4与所述的无线通信模块10相连。
所述的便携式电脑6自动通过无线方式与MCU器件12联接，显示GPS位置和地图信息、传感器模块8的实时检测数据、气象信息，并同时记录上述信息，按照预设的规则实时判断，提示浓度超标，提示停车检测，根据风向信息和地图信息，列出可能的污染源位置和污染源单位的名称，具有查询、统计、数据转存功能，具有设置功能，可以预设各种提示规则和报警规则，在检测数据触发这些规则时做出提示或报警。
所述电池模块7为仪表箱1内的传感器模块8、GPS模块9、无线通信模块10、结构主板11上器件、MCU器件12供电，装置无需外部供电，能正常持续工作8小时以上。
所述GPS模块9与MCU器件12相连，测量经度、纬度、海拔，通过上述数据计算航速航向。
所述无线通信模块10与天线4和MCU器件12连接。
所述结构主板11，连接和固定MCU器件12、天线4、无线通信模块10、传感器模块8、电池模块7、GPS模块9、采样气路13、电子软盘16，并且具有防雷电路装置。
所述MCU器件12内烧录专用程序，采集传感器模块8、GPS模块9、风速风向组件3、电子罗盘16的数据，并与便携式电脑6通信。
所述采样气路13是泵吸式的，通过聚四氟乙烯管连接所有传感器模块8，聚四氟乙烯管具有不吸附的特点，可以提高检测精度，吸气泵安装在气路最后侧，有利于减少对气路的干扰。
如图3所示，所述的仪表箱1的侧面具有通风百叶结构14，其底面有安装孔15；所述的仪表箱1是四面体结构，所述的通风百叶结构14位于其四个侧面、所述的安装孔15位于四面体的底面。
如图4所示，车辆行进开始检测时，便携式电脑与MCU器件建立无线通信，按计划和提示路线走航，采集风速风向组件和电子罗盘的测量数据，通过二者修正计算得到车辆行进中的相对风速风向；便携式电脑采集GPS模块测量数据计算出车辆的航向航速，并结合相对风速风向数据计算得到环境中真实风速风向；便携式电脑同时实时采集传感器数据，如果传感器数据超出预设的报警值即发生空气污染，会调用其内置电子地图信息，根据真实风速风向与车辆位置查找可疑的污染源单位，并根据可疑污染源单位的数量、风向风速以及传感器数据，直接判断或通过进一步走航判断出污染源单位。
如图4所示，如果传感器数据超过报警值，便携式电脑会对环境真实风速的数值进行判断，共有两种情况，即风速大于0或风速等于0，风速等于0即环境中无风，根据两种情况做不同的处理。
如图4所示，如果风速大于0，污染物会随风扩散，便携式电脑按设定距离调用其内置的电子地图信息，查找当前真实风向上风口方向的单位名称和数量，并对可疑污染源单位的数量进行判断，共有三种情况，如果数量等于1，直接判断该单位是污染源单位；如果数量等于0，提示去设定距离以外的上风方向走航；如果数量大于1，提示车辆转绕每个单位并采集传感器数据，以传感器数据上风方向低下风高为条件做判断，如果这一条件成立，则判断该单位是污染源单位，直到最后一个单位。
如图4所示，如果风速大于0不成立，即无风，污染物会向四周自然扩散，便携式电脑按设定距离调用当前位置周围的单位名称数量，并对可疑污染源单位的数量进行判断，共有三种情况，如果数量等于1，直接判断该单位是污染源单位；如果数量等于0，提示去设定距离以外周围地区走航；如果数量大于1，提示车辆接近每个单位并采集传感器数据，以传感器数据远离则小靠近则大为条件做判断，如果这一条件成立，则判断该单位是污染源单位，直到最后一个单位，判断出污染源单位，一次监测走航任务结束。
本发明所提出的车载大气污染源监测的装置，适用于安装在小型、中型客车和大型客车，对汽车的车型没有要求，不需要对车辆进行改装，在车辆行进走航中动态的判断污染源单位。
以上所述仅为本发明的典型实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种车载大气污染源监测的装置，其特征在于：包括仪表箱、吸盘、风速风向组件、天线、便携式电脑；所述的仪表箱与吸盘固定连接在一起，所述的风速风向组件、天线与仪表箱固定连接在一起，所述的便携式电脑与仪表箱无线连接。
2.根据权利要求1所述的车载大气污染源监测的装置，其特征在于：所述的仪表箱的侧面具有通风百叶结构，其底面有安装孔。
3.根据权利要求1所述的车载大气污染源监测的装置，其特征在于：所述的吸盘位于仪表箱下部。
4.根据权利要求1所述的车载大气污染源监测的装置，其特征在于：所述风速风向组件和天线位于仪表箱上部。
5.根据权利要求2所述的车载大气污染源监测的装置，其特征在于：所述的仪表箱是四面体结构，所述的通风百叶结构位于其四个侧面、所述的安装孔位于四面体结构的底面。
6.根据权利要求1所述的车载大气污染源监测的装置，其特征在于：所述仪表箱内包括电池模块、传感器模块、GPS模块、无线通信模块、结构主板、MCU器件、采样气路、电子罗盘；所述的风速风向组件和上述的MCU器件相连，所述的天线与上述的无线通信模块相连，所述的便携式电脑与上述的MCU器件无线连接。
7.根据权利要求6所述的车载大气污染源监测的装置，其特征在于：所述的采样气路通过管路连接传感器模块。
8.一种车载大气污染源监测的方法，其特征在于：便携式电脑与MCU器件通信，采集风速风向组件和电子罗盘的测量数据，通过二者修正计算得到车辆行进中的相对风速风向；便携式电脑与MCU器件通信，采集GPS模块测量数据计算出航向航速，并结合相对风速风向数据计算得到环境中真实风速风向；便携式电脑同时实时采集传感器数据，如果超出预设的报警值即发生空气污染，会调用其内置电子地图信息，根据真实风速风向与车辆位置查找可疑的污染源单位，并根据可疑污染源单位的数量、风向风速以及传感器数据，直接判断或通过进一步走航判断出污染源单位。
9.根据权利要求8所述的一种车载大气污染源监测的方法，其特征在于：车辆行进走航的过程中，在不停车的情况下，通过风速风向组件、电子罗盘、GPS模块的测量数据计算出环境中真实的风速风向数据，并结合传感器数据，在车辆行进走航中动态的判断污染源单位。
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