CN113138865A - 环境监测方法、系统、平台以及存储介质 - Google Patents

环境监测方法、系统、平台以及存储介质 Download PDF

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CN113138865A CN202010796618.9A CN202010796618A CN113138865A CN 113138865 A CN113138865 A CN 113138865A CN 202010796618 A CN202010796618 A CN 202010796618A CN 113138865 A CN113138865 A CN 113138865A
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Abstract

本申请适用于环境监测技术领域，提供了一种环境监测方法、系统、平台以及存储介质，方法包括：获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内对应的环境数据；将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息；若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端。通过上述环境监测方法，在传感器系统采集该监测区域内对应的环境数据，得到的报警信息满足预警条件时，将报警信息发送至传感器系统所在监测区域对应的客户端，以便在该监测区域污染程度重时，工作人员可以及时做出相应的应对措施。

Description

环境监测方法、系统、平台以及存储介质
技术领域
本申请属于环境监测技术领域，尤其涉及一种环境监测方法、系统、平台以及存储介质。
背景技术
目前，在科技不断发展进步的同时，也不可避免的产生了大量的环境污染。例如，水资源污染、大气污染以及土壤污染。但对于传统的环境污染监测通常是采集环境样品进行实验室分析进行监测，然而，这种监测方式无法快速、全面、准确地进行环境污染监测。且这种监测方式对区域环境污染发生的影响因素无法实时监测，工作人员不能实时监测该区域的环境污染变化情况，以至于无法对该区域及时做出相应的应对措施。
发明内容
本申请实施例提供了一种环境监测方法、系统、平台及存储介质，可以解决工作人员不能实时监测区域的环境污染变化情况，以至于无法对该区域及时做出相应应对措施的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种环境监测方法，应用于环境监测平台，方法包括：
获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据；
将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息；
若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端。
在一实施例中，在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括：
获取所述监测区域在第一时刻之前的第一预设时间段内的历史环境数据，所述第一时刻为所述获取所述环境数据的时刻；
将所述历史环境数据与所述环境数据输入至已训练的预测模型中，得到所述第一时刻之后第二预设时间段内的预测环境数据。
在一实施例中，所述预测模型的训练过程如下：
获取训练数据，所述训练数据包括多个监测区域的环境数据样本；
对所述环境数据样本进行校验，判断所述环境数据样本是否符合建立初始预测模型的数据要求；
若判定所述环境数据样本符合建立初始预测模型的数据要求，则对所述环境数据样本进行目标分析，确定所述初始预测模型的模型参数；
在对所述模型参数校验通过后，根据校验通过的模型参数，建立预测模型。
在一实施例中，所述传感器系统设置有唯一标识信息；
在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括：
获取地图，所述地图是根据包含所述监测区域在内的多个监测区域的地理位置生成；
根据所述传感器系统的唯一标识信息，确定所述地图上与所述监测区域对应的地图位置；
在所述地图位置上显示所述环境数据。
在一实施例中，在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括：
采用即时通讯协议将所述环境数据传输至消息中间件进行临时存储，以使得所述消息中间件将所述环境数据上传至数据库。
在一实施例中，所述若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端，包括：
根据所述报警信息，在预设的多个报警等级中确定目标报警等级；
在所述目标报警等级超过预设等级时，判定所述报警信息满足预警条件，将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端。
在一实施例中，在所述目标报警等级超过预设等级时，将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端之后，还包括：
根据所述目标报警等级，在数据库中查询所述目标报警等级对应的第一解决方案，并发送给所述监测区域对应的客户端；
接收所述客户端上传的反馈信息，所述反馈信息包括所述传感器系统的唯一标识信息、所述监测区域对应的目标报警等级以及与所述目标报警等级对应的第二解决方案；
将所述反馈信息更新至所述数据库。
第二方面，本申请实施例提供了一种环境监测系统，应用于环境监测平台，装置包括：多个传感器系统，环境监测平台、客户端设备；
所述多个传感器系统分别位于各个监测区域内，用于采集的各个监测区域内对应的环境数据，并将所述环境数据上传至所述环境监测平台；
所述环境监测平台用于获取各个传感器系统采集的各个监测区域内对应的环境数据，并将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息，以及在所述报警信息满足预警条件时，将所述报警信息发送给所述传感器系统所在监测区域对应的客户端设备；
所述客户端设备用于接收所述环境监测平台发送的报警信息。
第三方面，本申请实施例提供了一种环境监测平台，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面任一项所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面任一项所述的方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在环境监测平台上运行时，使得环境监测平台执行上述第一方面中任一项所述的方法。
本申请实施例提供的一种环境监测方法，通过获取传感器系统采集的监测区域内对应的环境数据，将环境数据输入训练好的报警模型中，以便可以快速且准确的得到该监测区域内的报警信息，在报警信息满足预警条件时，将报警信息发送至传感器系统所在监测区域对应的客户端。以便工作人员可以监控该监测区域的环境污染变化情况，进而可在该监测区域污染程度重时，及时做出相应的应对措施。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请一实施例提供的环境监测平台中大气污染监测系统的系统示意图；
图2是本申请一实施例提供的一种环境监测方法的实现流程图；
图3是本申请另一实施例提供的一种环境监测方法的实现流程图；
图4是本申请另一实施例提供的一种环境监测方法的S302的一种实现方式示意图；
图5是本申请又一实施例提供的一种环境监测方法的的实现流程图；
图6是本申请再一实施例提供的一种环境监测方法的的实现流程图；
图7是本申请实施例提供的一种环境监测装置的结构框图；
图8是本申请实施例提供的一种环境监测平台的结构框图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施例提供的环境监测方法可以应用于平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本等终端设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。为便于解释说明，本申请实施例以安装有环境监测系统的终端设备对环境监测方法进行说。
环境监测系统包括多个传感器系统、环境监测平台、客户端设备；所述多个传感器系统分别位于各个监测区域内，用于采集的各个监测区域内对应的环境数据，并将所述环境数据上传至所述环境监测平台；所述环境监测平台用于获取各个传感器系统采集的各个监测区域内对应的环境数据，并将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息，以及在所述报警信息满足预警条件时，将所述报警信息发送给所述传感器系统所在监测区域对应的客户端设备；所述客户端设备用于接收所述环境监测平台发送的报警信息。
在应用中，环境监测系统可以为大气污染监测系统、水污染监测系统、土污染壤监测系统的一种，对应的，每个环境监测平台均采用相应的传感器采集环境数据。本实施例以大气污染监测系统对其进行说明。参照图1，对于大气污染监测系统1，其对应的传感器系统11使用的传感器包括但不限于空气传感器、光电传感器、气象传感器的一种或多种。具体的，以空气传感器和光电传感器为例，其主要对大气环境中的扬尘以及悬浮颗粒等进行实时有效的监测和采集。可借助于空气传感器和光电传感器监测重点区域(施工区域)内大气环境中的扬尘和悬浮颗粒值，实时掌握各重点区域由于扬尘所引起的大气污染情况。然而，对于大气污染还包括由多个地区出现的工业气体排放、露天烧烤、秸秆燃烧以及垃圾焚烧等现象产生。该现象均会产生大量的有害气体，造成大气环境的污染。传感器系统11可利用空气传感器对大气环境中的PM2.5、PM5、PM10以及其它有害气体进行实时的监测，监测各个空气传感器所在当前地理位置产生的不同类型的大气数据值。其中，PM2.5表示环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米，PM5以及PM10的解释具体可参照PM2.5，对此不再进行详细说明。其中，对于大气污染进行监测，其环境数据还可包括气象数据，例如，风速、风向、能见度、云层高度、温度、露点等数据，其均会对大气环境产生影响。
在应用中，上述环境监测平台12用于接收多个传感器系统11采集的环境数据。环境监测平台12具体包括联合处置模块、数据中心模块、智能算法模块、基础平台模块、数据传输模块。
具体的，联合处置模块包括业务受理功能，用于描述环境监测平台监测的对象(大气污染、水污染、土污染等)；处置措施功能，用于对不同程度环境污染提供处置措施的功能；运维管理功能，用于对环境监测平台进行维护；处置反馈功能，用于根据处置措施对环境进行处理后反馈的结果进行处理。
数据中心模块，具体包括报警显示功能，利用采集的环境数据输入智能算法模块中进行分析后得到报警信息，并将报警信息通过数据传输模块输入至客户端设备实现自动化报警功能；地图显示功能，获取各个传感器系统11的地理位置分布，根据各个传感器系统11的编号以及地理位置，使用地图显示功能将各个传感器系统采集的环境数据在地图上的相应区域进行实时显示，同时可将不同级别的报警信息在地图上的相应区域进行显示。其中，报警信息包括但不限于报警的区域、时间、大气污染等级等。
智能算法模块，具体包括机器学习功能，用于利用机器学习算法来设计不同的算法模型。其中，机器学习可作为一种监管学习，可以通过给定的样本数据，使每个样本数据均有一组特征属性和一个预先确定的类别，进而通过模型训练得到一个分类器，之后可通过分类器实现对新出现的样本进行正确分类。示例性的，对于设计报警模型，输入的样本数据在经过神经网络模型处理后，将会提取样本数据的特征(特征属性)，并根据特征预测该样本数据对应的预测类别(预测报警程度)，结合预先确定的类别(真实报警程度)得到训练损失，根据训练损失迭代更新神经网络模型得到报警模型；深度学习功能，通过对模型不断的进行学习得到报警模型；智能报警功能，用于将获取的环境数据输入至报警模型中，智能化的识别出各个监测区域扬尘和烟雾所产生的大气污染程度；以及模型训练功能，用于对现有的神经网络模型进行训练得到预测模型，训练数据为包含扬尘、悬浮颗粒值、PM2.5、PM5、PM10和其它有害气体值的数据。其中，预测模型在处理过程中采用分类树(决策树)进行处理。
基础平台模块，其包括软件平台和硬件平台。其中，软件平台包括操作系统，用于管理环境监测平台的硬件、软件及数据资源，控制程序运行；地理信息系统，用于获取到各个传感器系统11的位置信息后，确定其所处的地理环境，从而为环境监测平台提供地理信息支持与服务功能；中间件是用于连接两个独立应用程序或独立系统的软件。即使两个软件各自具有不同接口且相连接的系统，也能通过中间件进行信息交换。在本实施例中，中间件连接操作系统与地理信息系统，用于实现操作系统和地理信息系统之间的信息交换；数据库，用于存储环境数据，以及其数据资源。其中，硬件平台包括服务器，用于响应服务请求，并进行处理；云存储，用于将数据存放在通常由第三方托管的多台虚拟服务器中。
数据传输模块，包括光纤专网传输功能和无线信号传输功能，用于获取多个传感器系统11在当前地理位置产生的不同类型的大气数据值，并可将环境监测平台12产生的报警信息传输至客户端设备。其中，数据传输可通过光纤专网进行传输，或者通过无线信号进行传输，对此不作限定。
在应用中，上述客户端设备13可以为工作人员所持有的终端设备，例如，智能手机、智能电脑等设备。该客户端设备13内部安装有可与环境监测平台12进行数据传输的客户端。该客户端集成了显示、报警、信息发送等功能。工作人员安装客户端后，可以自动接收环境监测平台发送的不同级别的报警信息，并可在客户端界面上及时了解各个监测区域的大气污染程度的变化情况。工作人员可根据接收到的报警信息快速定位发生报警的准确位置，并根据报警信息对该监测区域进行相应的处置措施。同时工作人员可对报警区域的所有传感器采集的环境数据进行实时的调用以及历史数据的查看和分析，并将分析的结果反馈给环境监测平台。
在应用中，上述水污染监测系统与土污染壤监测系统，其相比于大气污染监测系统的差别在于采集环境数据的传感器系统并不一致。环境监测平台具体包括的联合处置模块、数据采集及传输模块、智能算法模块、数据中心模块、基础平台模块，在水污染监测系统与土污染壤监测系统均可适用。
在具体示例中，环境监测实施部门可通过环境监测平台、多个传感器系统以及客户端设备对某个城市的多个区域进行监测。可将多个传感器系统分别设置在多个监测区域内，每个监测区域内的传感器系统均有唯一标识信息，用于区分传感器系统采集的环境数据，且可对每个监测区域进行标识。环境监测平台根据环境数据对以及各个传感器系统的地理位置分布，对各个区域内的环境数据进行实时显示，并根据污染等级进行分析后发出报警信息。之后，将报警信息下发至各个区域内的工作人员的客户端设备，以及时通知相应工作人员采取措施。基于此，请参阅图2，图2示出了本申请实施例提供的一种环境监测方法的实现流程图，应用于环境监测平台，该方法包括如下步骤：
S201、获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内对应的环境数据。
在应用中，上述环境监测系统可以为大气污染监测系统、水污染监测系统、土污染壤监测系统的一种。对应的，环境监测平台可以为大气污染监测平台、水污染监测平台、土壤污染监测平台的一种。以大气污染监测系统以及大气污染监测平台为例，上述传感器系统可以为空气传感器、光电传感器的一种或多种。其中，传感器系统可以为一个或多个，且监测区域也可以为一个或多个。环境监测平台获取所有传感器系统采集的环境数据。对于多个监测区域，每个监测区域可以放置一个或多个传感器系统进行环境数据采集，此时一个监测区域内的多个传感器系统均可使用的相同的标识号，用于标识监测区域。上述各个传感器系统可以为实时采集各个监测区域内对应的环境数据，也可以为每隔预设时间段采集各个区域内对应的环境数据，具体可视情况而定。然而，在实际应用中，环境变化通常为连续性的变化，且环境数据上传至环境监测平台、环境监测平台进行数据处理以及环境监测平台发送报警信息至客户端均需要时间。因此，可以每隔预设时间段进行数据采集，例如每隔十分钟进行一次采集。在可达到监测区域环境污染变化的目的，同时起到减少传感器系统工作量的作用。
在具体应用中，每个监测区域的大小、环境不一致，因此，每个监测区域设置的传感器系统的数量也可以一致或不一致。例如，对于监测区域内存在多个重点区域(施工区域)，可认为该监测区域的污染程度重。因此，可着重设置多个传感器系统进行有效检测，或者，对于监测区域的范围大小，对范围大的监测区域可设置多个传感器系统进行有效监测，即也可认为该监测区域设置的传感器系统的密度大，对此不作限定。
在应用中，对于采集的环境数据，需对采集的环境数据进行数据处理。例如，对环境数据进行数据验证、数据替换以及数据剔除等操作。具体的，数据验证是采用多重数据计算模型，对数据缺失、数据错误等情况的环境数据进行验证，并对采集有误的环境数据进行实时提示告警，数据替换以及数据剔除为视情况对环境数据进行数据的替换、剔除等处理，保持数据的准确性。其中，数据验证为格式协议验证。若验证环境数据的传输格式不符合接口标准，则不对该环境数据进行存储，也不上传至环境监测平台进行处理。数据替换可以为是用拉格朗日插值法将空值替换为实际的值进行处理，数据剔除则是将环境数据中的噪点去除，使得剩余的环境数据更能保证其准确性。
在应用中，对应于大气污染监测系统，传感器系统采集的环境数据包括大气环境中的扬尘和悬浮颗粒值等。对应于水污染监测系统，传感器系统采集的环境数据包括污水中的酸、碱、氧化剂，以及铜、镉、汞、砷等化合物，对此不作限定。对应于土污染监测系统，传感器系统采集的环境数据可以为土壤水分、盐度、温度、酸碱度和重金属等数据。其中，采集的环境数据具体视监测对象而定。
在其他应用中，对于大气污染监测系统、水污染监测系统以及土污染监测系统，其监测的对象大气、水流以及土壤。对于土污染监测系统，因土壤不可流动，可在监测的土壤区域中设置摄像设备进行监测，当需要了解某一传感器系统监测区域内的视频动态时，可以调用该摄像设备，对该监测区域的土壤变化动态进行实时的查看。即环境数据还可包括视频图像，可根据一段时间内的连续视频图像，检测某一区域出现乱扔垃圾、乱排乱放等污染土壤的行为。对于连续拍摄的视频图像，该行为将严重改变已有拍摄的视频图像。可通过比对连续视频图像的相似度进行确定，是否出现上述污染土壤的行为。对于大气污染监测系统以及水污染监测系统，因大气与水流具有流动性，可通过卫星设备拍摄大气变化图像或水流图像，作为该监测区域内对应的环境数据。或者，通过上述传感器系统中光电传感器的视频拍摄功能，仅由光电传感器实现对环境数据的图像拍摄，减少还需在各个监测区域内设置的大量摄像设备，以及通过卫星设备对监测区域进行图像拍摄的措施。
S202、将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息。
在应用中，上述报警模型即为根据已有的环境数据进行模型训练得到的报警模型。预先设定不同污染等级对应的污染阈值，基于已有的环境数据和环境数据对应的实际污染等级，将环境数据和实际污染等级输入至初始模型，迭代更新初始模型的模型参数。在初始模型进行收敛后，将迭代更新后的初始模型作为已训练的报警模型。而后，将当前采集的各个监测区域内对应的环境数据输入报警模型中，报警模型可对应输出的各个环境数据对应的污染等级。
在具体示例中，污染等级包括轻度污染、中度污染和重度污染。报警模型输出的结果为模型预测该环境数据为轻度污染、中度污染和重度污染的概率值。例如，其输出的结果分别对应为“轻度污染”的概率值(A)、“中度污染”的概率值(B)和“重度污染”的概率(C)。若A＝0.9，B＝0.05和C＝0.05，则选取三个数值中的最大值对应的污染等级作为的该环境数据的预测污染等级类别，即判定当前环境数据的污染等级为“轻度污染”。
S203、若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端。
在应用中，上述报警信息满足满足预警条件，可以为报警模型根据环境数据输出的结果对应为轻度污染及以上污染程度，即可认为报警信息满足预警条件。
在一实施例中，S203若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端，还包括如下步骤，详述如下：
根据所述报警信息，在预设的多个报警等级中确定目标报警等级。
在应用中，上述报警等级具体可以为无污染、轻度污染、中度污染、重度污染。其中，报警信息具体可参照上述S202中的报警模型输出的结果，对此不再详细说明。
在所述目标报警等级超过预设等级时，判定所述报警信息满足预警条件，将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端。
在应用中，上述预设等级可以为无污染等级，即可认为监测区域内没有产生环境污染。因此，当目标报警等级超过预设等级时，该目标报警等级则为轻度污染、中度污染、重度污染中的任意一种，之后可将报警信息发送至传感器系统所在监测区域对应的客户端。在其他报警模型中，输出的结果对应为“轻度污染”、“中度污染”和“重度污染”，其还可包含“无污染”的输出结果。当输出结果为“无污染”时，即认为报警信息不满足预警条件。其中，报警信息包括但不限于环境数据、传感器系统所在的监测区域、该污染程度对应的处理措施、时间以及危害性等，对此不作限定。在应用中，每个监测区域均可设置客户端，对接收到的报警信息进行处理，以便可以及时通知工作人员对该监测区域进行处理。
在其他应用中，上述报警信息还可包括报警程度值。具体的，在将污染等级分为轻度污染、中度污染和重度污染后，可认为报警程度值处于第一范围值内为轻度污染，报警程度值处于第二范围值内为中度污染，报警程度值处于第三范围值内为重度污染。其中，各个范围值的具体数值可根据实际情况进行设定。例如，0.2≤报警程度值≤0.4为轻度污染，0.4<报警程度值≤0.7为中度污染，0.7<报警程度值≤1为重度污染。其中，低于0.2可认为是无污染。根据各个监测区域的历史环境数据，可预先标记各个监测区域的污染等级，并将污染等级与传感器系统的唯一标识信息进行关联。之后，根据接收到的环境数据以及唯一标识信息，确定环境数据来源的监测区域，并确定监测区域的历史污染等级。最后，根据历史污染等级，预先将报警信息中的报警程度值优先与历史污染等级对应的范围值进行比较。例如，环境数据来源的监测区域的历史污染等级为重度污染，则可优先将报警程度值与重度污染对应的第三范围值进行处理。若处于第三范围值内，则确定污染等级为重度污染；否则，再将报警程度值依次与第二范围值、第一范围值进行比较，确定污染等级。通过根据环境数据的来源区域(监测区域)的历史污染等级，预先将报警程度值与历史污染等级对应的范围值进行匹配，提高在环境监测中确定监测区域目标报警等级的效率。
在本实施例中，通过获取传感器系统采集的监测区域内对应的环境数据，将环境数据输入训练好的报警模型中，以便可以快速且准确的得到该监测区域内的报警信息，在报警信息满足预警条件时，将报警信息发送至传感器系统所在监测区域对应的客户端。以便工作人员可以实时监控该监测区域的环境污染变化情况，进而可在该监测区域的污染程度重时及时做出相应的应对措施。
参照图3，在一实施例中，S201在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括如下步骤S301-S302，详述如下：
S301、获取所述监测区域在第一时刻之前的第一预设时间段内的历史环境数据，所述第一时刻为所述获取所述环境数据的时刻。
在应用中，上述第一时刻为环境监测平台获取到环境数据的时间为准。上述第一预设时间段可以为工作人员定义的时长，也可以为环境监测平台预先设置的时长，对此不作限定。其中，为了保证历史环境数据与第一时刻的环境数据更为接近，可采集到一个小时内的各个监测区域内的数据作为历史环境数据，对此不作限定。
S302、将所述历史环境数据与所述环境数据输入至已训练的预测模型中，得到所述第一时刻之后第二预设时间段内的预测环境数据。
在应用中，上述预测模型为根据已有的环境数据作为训练数据，进行模型训练得到的预测模型。具体的，可在已有的环境数据中，将某一时刻的环境数据作为第一时刻的环境数据，将该时刻之前处于第一预设时间段内环境数据作为历史环境数据，进行模型训练。上述第二预设时间段可以与第一预设时间段的时间跨度相同，也可以为不一致。因对于大气和水流，其具有流动性，预测出的第二预设时间段可以比第一预设时间段更短。即结合长时间内的各个监测区域内对应的历史环境数据以及当前环境数据得到的预测环境数据，可认为越接近第一时刻的预测环境数据其准确度更高，因此，为保证预测环境数据的准确性，可其第二预设时间段可相比对第一预设时间段的时间跨度更短。
请参照图4，在S302中预测模型的训练过程包括如下步骤S401-S404，详述如下：
S401、获取训练数据，所述训练数据包括多个监测区域的环境数据样本。
在应用中，若只有一个监测区域，可采取该监测区域的历史环境数据作为环境数据样本，使得到的预测模型准确率更高。对于多个监测区域，不同地区应跨度范围大，其环境变化可能不一致。因此，对于多个监测区域进行监测时，需使用其监测区域内的历史环境数据作为环境数据样本。
S402、对所述环境数据样本进行校验，判断所述环境数据样本是否符合建立初始预测模型的数据要求。
在应用中，上述对环境数据样本进行校验，具体可参照上述201中对于采集的环境数据，需对采集的环境数据进行数据处理的内容，对此不在详细描述。
S403、若判定所述环境数据样本符合建立初始预测模型的数据要求，则对所述环境数据样本进行目标分析，确定所述初始预测模型的模型参数。
在应用中，上述目标分析包括但不限于对环境数据样本进行自相关分析和/或偏自相关分析，用于挖掘环境数据样本中的单指标和/或多指标特征间的相关性。并可基于统计分析、聚类分析、回归分析等原理，对环境数据样本中的单指标和/或多指标特征进行模型训练，确定初始预测模型的模型参数。
S404、在对所述模型参数校验通过后，根据校验通过的模型参数，建立预测模型。
在应用中，上述对模型参数校验，即可认为使用验证环境数据，对得到的模型的模型参数进行验证。例如，将多个验证环境数据输入至该模型中，若预测结果与实际结果一致，在多个验证环境数据的预测结果的准确度高于阈值时，可认为模型参数校验通过，即确定初始预测模型的模型参数。
在具体应用中，对于初始预测模型可以为基于时间序列分析(Auto RegressiveIntegrated Moving Average，ARIMA)的模型。环境数据样本可以从美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)、中国气象局等网站爬取/下载西安市监测站点的气象及环境数据。其中，环境数据包括PM2.5、PM10、SO2、CO、CO2、O3等数据；气象数据包括风速、风向、能见度、云层高度、温度、露点等数据。对环境数据样本进行处理，可以为针对环境数据样本中的空值采用拉格朗日插值法进行插值处理，并使用k均值聚类算法对数据噪声进行处理，使环境数据样本更为准确。选用2018年1月-2019年12月时间维度上的PM2.5值作为研究对象。对其进行平稳性检验和白噪声检验，得到假定值(p-value)为2.2×10-9，其显著水平为0.01、0.05、0.1时的临界值-3.431174、-2.861904、-2.566964，说明该数据是平稳性非白噪声数据，符合ARIMA建模的条件。在对该环境数据样本进行自相关分析和偏自相关分析，发现自相关分析2阶后衰减趋于零(震荡型)，偏自相关分析F2阶后衰减趋于零(震荡型)，由此确定ARIMA模型的参数，p、d、q(一个非平稳时间序列接受了d次差分处理并成为平稳序列时，就能够用一个平稳的ARMA(p，q)模型当作其对应的模型，则称该原始时间序列是一个自回归积分滑动平均时间序列，表示成ARIMA(p，d，q)的值分别为2，0，2。并使用赤池信息量(Akaike Information Criterion，AIC)和贝叶斯信息度量(Bayesian Information Criterion，BIC)，对模型参数进行校验。并在校验通过后，使用上述模型参数建立ARIMA模型。之后，可利用诊断图(plot_diagnostics)，对ARIMA模型进行评价。在其确定符正态分布且不存在滞后效应，可利用该ARIMA模型预测24小时后的PM2.5浓度值。
在本实施例中，通过获取环境数据样本，并对环境数据样本采用自相关分析和偏自相关分析建立预测模型，使其可将不同因素之间的相关关系建立连接诶，使得到的预测模型在基于第一时刻下的各个环境数据，预测第二时刻之后的预测环境数据，并将该预测环境数据反馈给客户端设备，以使得持有该客户端设备的工作人员可以及时对该监测区域做出有效的的应对措施。
请参阅图5，所述各个传感器系统设置有唯一标识信息；在S201获取各个传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括如下步骤S501-S503，详述如下：
S501、获取地图，所述地图是根据包含所述监测区域在内的多个监测区域的地理位置生成。
在应用中，环境监测平台内的数据中心模块预先存储有各个传感器系统的地理位置分布图，以及各个监测区域的地理位置图。具体的，可由数据中心模块的地图显示功能，获取各个传感器系统的地理位置分布，以及根据监测区域的地理位置形成的地图。其中，地图可以为各个监测区域以一定比例尺进行缩小得到的平面地图或地理信息系统(GIS)地图，对此不作限定。上述唯一标识信息包括但不限于数字、字母形成的标识信息，或数字与字母结合形成的标识信息，对此不作限定。
S502、根据所述传感器系统的唯一标识信息，确定所述地图上与所述监测区域对应的地图位置。
在应用中，上述各个传感器系统均具有唯一标识信息，可根据每个监测区域内设置的标识号，确定传感器系统对应监测区域的地理位置。例如，唯一标识信息为各不相同的数字，每个区域均设置10个传感器系统进行监测，将唯一标识信息1-10的传感器系统设置在一个监测区域内，唯一标识信息11-20的传感器系统设置另一个监测区域内，以此类推。或者，各个监测区域内的多个传感器系统均具有相同的唯一标识信息，即第一个监测区域的各个传感器系统的唯一标识信息均为1，第二个监测区域的各个传感器系统的唯一标识信息均为2，以此类推。在传感器系统上传环境数据时，同时上传该传感器系统对应的唯一标识信息，以使得环境监测平台可快速定为监测区域的地理位置。
在其他示例中，每个传感器系统在设置唯一标识信息之后，还可根据唯一标识信息确定每个传感器系统所在的地理位置。例如，环境监测平台存储有每个传感器系统的唯一标识信息与对应传感器系统所在的地理位置的关联表。之后传感器系统上传环境数据与唯一标识信息，环境监测平台可根据上传的唯一标识信息，在对环境数据进行处理时，当连续校验出上传的环境数据均存在错误，或长时间未接收该传感器系统上传的环境数据时，判定该传感器系统遭受损坏。进而可根据唯一标识信息确定该传感器系统对应的地理位置，以便工作人员可直接前往传感器系统所在的地理位置进行维修。
S503、在所述地图位置上显示所述环境数据。
在应用中，将该监测区域对应的环境数据进行显示具体可为，将环境数据在地图上的相应区域实时动态显示，以便工作人员可以直观的对该区域内的环境变化情况进行分析。
在应用中，在将环境数据进行显示时，还可将报警信息、预测环境数据、预防措施显示在地图上，对此不作限定。
在本实施例中，各个传感器系统设置的唯一标识信息，可根据唯一标识信息确定传感器系统所在的监测区域，在判定该传感器系统上传的环境数据生成的报警信息满足预警条件时，将该报警信息发送至该传感器系统所在监测区域的客户端，以便工作人员可以及时的对该监测区域环境污染，做出相应的应对措施。
在一实施例中，S201在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括如下步骤，详述如下：
采用即时通讯协议将所述环境数据传输至消息中间件进行临时存储，以使得所述消息中间件将所述环境数据上传至数据库。
在应用中，上述即时通讯协议可以为消息队列遥测传输(Message QueuingTelemetry Transport，MQTT)协议，也可以为超文本传输(Hyper Text TransferProtocol，HTTP)协议。本实施例中，具体采用MQTT协议进行数据传输。其中，使用MQTT协议进行数据传输，可将每个消息标题缩短至2个字节。MQTT协议和HTTP协议虽然都拥有很高的消息开销，然而，对于HTTP协议，其为每个新请求消息与HTTP协议不是永久连接，在每个新请求信息重新与HTTP协议建立连接时，将会导致大量的开销。但是，MQ(消息队列)与MQTT协议所使用的永久连接可显著减少这一开销。另外，MQTT和MQ能够从断开等故障中进行恢复，且没有进一步的代码需求。但HTTP无法原生地实现此目的，需要由客户端重试编码，增加了幂等性问题。而且，使用MQTT协议的功耗相对于使用HTTP协议的功耗较低。
在应用中，上述中间件具体为Kafka中间件，用于保存需要发送的信息。具体可作为一个写在磁盘上的缓存进行使用，其并不是仅基于内存来存储流数据，其可保证在数据包不被及时发送时，数据包的内容依然可用且不被丢失。其采用并行加载机制来统一在线和离线的消息处理，其信息吞吐量高，消息处理的效率很高，更适用于大量的传感器系统向环境监测平台进行数据传输。
在应用中，上述数据库即为环境监测平台中的数据库，可用于存储环境数据、报警信息等内容。
在本实施例中，在面对大量的传感器系统上传的环境数据时，通过使用即时通讯协议将环境数据传输至消息中间件进行临时存储，在保证数据包不被及时发送时，数据包的内容依然可用且不被丢失，且消息中间件的信息吞吐量高，消息处理的效率高，更适用于大量的传感器系统，以实现传感器系统可及时将环境数据上传至环境监测平台。
参照图6，在一实施例中，在所述目标报警等级超过预设等级时，将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端之后，还包括如下步骤S601-S603，详述如下：
S601、根据所述目标报警等级，在数据库中查询所述目标报警等级对应的第一解决方案，并发送给所述客户端。
在应用中，每个目标等级对应的第一解决方案可以为工作人员基于之前环境数据对应的报警等级，做出的第一解决方案。在工作人员认为该第一解决方案可以应对当前报警等级的环境污染时，可将其上传至环境监测平台，并同时上传目标报警等级、对应的地理区域、以及对应的解决效果，方便后续工作人员在接收到报警信息后可及时做出正确的应对措施。另外，对于不同的地理区域，其气候环境可能各不相同，因此，目标报警等级对应的第一解决方案，应提供该对应地理区域的第一解决方案，以便工作人员可根据该第一解决方案对该环境污染做出正确应对措施。其中，解决效果可用于工作人员判定是否实施该第一解决方案。
在其他应用中，还可同时提供非对应的地理区域的解决方案，以起到对工作人员在治理环境污染时，提供解决思路。
S602、接收所述客户端上传的反馈信息，所述反馈信息包括所述传感器系统的唯一标识信息、所述监测区域对应的目标报警等级以及与所述目标报警等级对应的第二解决方案。
在应用中，上述反馈信息包括传感器系统的唯一标识信息、传感器系统所在监测区域对应的目标报警等级以及与目标报警等级对应的第二解决方案。其中，传感器系统的唯一标识信息用于方便该监测区域的工作人员快速到达传感器系统所处位置。第二解决方案可以与第一解决方案一致，也可以不一致。例如，存在后续工作人员基于已有的第一解决方案，以及目前的处理资源，可得到相对于第一解决方案的解决效果更好的第二解决方案，其第二解决方案起到的解决效果更为有效。因此，可将第二解决方案作为反馈信息之一进行上传。
S603、将所述反馈信息更新至所述数据库。
在应用中，为方便后续工作人员可以完善的应对各个目标报警等级对应的环境污染情况，环境监测平台在接收到反馈信息后，可对应将反馈信息更新至数据库。即将传感器系统的唯一标识信息、对应的目标报警等级以及目标报警等级对应的第二解决方案更新至数据库中。此时，第二解决方案将更新为第一解决方案存储在数据库中。
在本实施例中，环境监测平台可自动在确定目标报警等级后，可自动发送目标报警等级对应的第一解决方案至客户端设备，以便工作人员可根据第一解决方案对环境污染做出准确应对，还可在工作人员具有更好的第二解决方案时，接收工作人员的反馈信息，将第二解决方案更新至数据库中。
请参阅图7，图7是本申请实施例还提供一种环境监测装置的结构框图。本实施例中环境监测装置包括的各单元用于执行图2至图6对应的实施例中的各步骤。具体请参阅图2至图6以及图2至图6所对应的实施例中的相关描述。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。参见图7，环境监测装置700包括：第一获取模块710、第一输入模块720和发送模块730，其中：
第一获取模块710，用于获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据。
第一输入模块720，用于将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息。
发送模块730，用于若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述传感器系统所在监测区域对应的客户端。
在一实施例中，环境监测装置700还包括：
第二获取模块，用于获取所述监测区域在第一时刻之前的第一预设时间段内的历史环境数据，所述第一时刻为所述获取所述环境数据的时刻。
第二输入模块，用于将所述历史环境数据与所述环境数据输入至已训练的预测模型中，得到所述第一时刻之后第二预设时间段内的预测环境数据。
在一实施例中，环境监测装置700还包括以下模块用于预测模型训练：
第三获取模块，用于获取训练数据，所述训练数据包括多个监测区域的环境数据样本。
校验模块，用于对所述环境数据样本进行校验，判断所述环境数据样本是否符合建立初始预测模型的数据要求。
分析模块，用于若判定所述环境数据样本符合建立初始预测模型的数据要求，则对所述环境数据样本进行目标分析，确定所述初始预测模型的模型参数。
建立模块，用于在对所述模型参数校验通过后，根据校验通过的模型参数，建立预测模型。
在一实施例中，所述传感器系统设置有唯一标识信息；环境监测装置700还包括：
第四获取模块，用于获取地图，所述地图是根据包含所述监测区域在内的多个监测区域的地理位置生成。
确定模块，用于根据所述传感器系统的唯一标识信息，确定所述地图上与所述监测区域对应的地图位置。
显示模块，在所述地图位置上显示所述环境数据。
在一实施例中，环境监测装置700还包括：
存储模块，用于采用即时通讯协议将所述环境数据传输至消息中间件进行临时存储，以使得所述消息中间件将所述环境数据上传至数据库。
在一实施例中，发送模块730还用于：
根据所述报警信息，在预设的多个报警等级中确定目标报警等级；
在所述目标报警等级超过预设等级时，判定所述报警信息满足预警条件，将所述报警信息发送给所述客户端。
在一实施例中，发送模块730还用于：
根据所述目标报警等级，在数据库中查询所述目标报警等级对应的第一解决方案，并发送给所述监测区域对应的客户端；
接收所述客户端上传的反馈信息，所述反馈信息包括所述传感器系统的唯一标识信息、所述监测区域对应的目标报警等级以及与所述目标报警等级对应的第二解决方案；
将所述反馈信息更新至所述数据库。
应当理解的是，图7示出的环境监测装置的结构框图中，各单元/模块用于执行图2至图6对应的实施例中的各步骤，而对于图2至图6对应的实施例中的各步骤已在上述实施例中进行详细解释，具体请参阅图2至图6以及图2至图6所对应的实施例中的相关描述，此处不再赘述。
图8是本申请另一实施例提供的一种环境监测平台的结构框图。如图8所示，该实施例的环境监测平台80包括：处理器81、存储器82以及存储在所述存储器82中并可在所述处理器81运行的计算机程序83，例如环境监测方法的程序。处理器81执行所述计算机程序83时实现上述各个环境监测方法各实施例中的步骤，例如图2所示的S201至S203。或者，所述处理器81执行所述计算机程序83时实现上述图7对应的实施例中各单元的功能，例如，图7所示的单元710至730的功能，具体请参阅图7对应的实施例中的相关描述。
示例性的，所述计算机程序83可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器82中，并由所述处理器81执行，以完成本申请。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序83在所述环境监测平台80中的执行过程。例如，所述计算机程序83可以被分割成第一获取单元、第一输入单元以及发送单元，各单元具体功能如上所述。
所述环境监测平台可包括，但不仅限于，处理器81、存储器82。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是环境监测平台80的示例，并不构成对环境监测平台80的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述环境监测平台还可以包括输入输出设备、总线等。
所称处理器81可以是中央处理单元，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器82可以是所述环境监测平台80的内部存储单元，例如环境监测平台80的硬盘或内存。所述存储器82也可以是所述环境监测平台80的外部存储设备，例如所述环境监测平台80上配备的插接式硬盘，智能存储卡，安全数字卡，闪存卡等。进一步地，所述存储器82还可以既包括所述环境监测平台80的内部存储单元也包括外部存储设备。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环境监测方法，其特征在于，应用于环境监测平台，包括：
获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据；
将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息；
若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端。
2.如权利要求1所述的环境监测方法，其特征在于，在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括：
获取所述监测区域在第一时刻之前的第一预设时间段内的历史环境数据，所述第一时刻为所述获取所述环境数据的时刻；
将所述历史环境数据与所述环境数据输入至已训练的预测模型中，得到所述第一时刻之后第二预设时间段内的预测环境数据。
3.如权利要求2所述的环境监测方法，其特征在于，所述预测模型的训练过程如下：
获取训练数据，所述训练数据包括多个监测区域的环境数据样本；
对所述环境数据样本进行校验，判断所述环境数据样本是否符合建立初始预测模型的数据要求；
若判定所述环境数据样本符合建立初始预测模型的数据要求，则对所述环境数据样本进行目标分析，确定所述初始预测模型的模型参数；
在对所述模型参数校验通过后，根据校验通过的模型参数，建立预测模型。
4.如权利要求1所述的环境监测方法，其特征在于，所述传感器系统设置有唯一标识信息；
在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括：
获取地图，所述地图是根据包含所述监测区域在内的多个监测区域的地理位置生成；
根据所述传感器系统的唯一标识信息，确定所述地图上与所述监测区域对应的地图位置；
在所述地图位置上显示所述环境数据。
5.如权利要求1所述的环境监测方法，其特征在于，在所述获取传感器系统采集的所述传感器系统所在监测区域内的环境数据之后，还包括：
采用即时通讯协议将所述环境数据传输至消息中间件进行临时存储，以使得所述消息中间件将所述环境数据上传至数据库。
6.如权利要求4所述的环境监测方法，其特征在于，所述若所述报警信息满足预警条件，则将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端，包括：
根据所述报警信息，在预设的多个报警等级中确定目标报警等级；
在所述目标报警等级超过预设等级时，判定所述报警信息满足预警条件，将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端。
7.如权利要求6所述的环境监测方法，其特征在于，在所述目标报警等级超过预设等级时，将所述报警信息发送给所述监测区域对应的客户端之后，还包括：
根据所述目标报警等级，在数据库中查询所述目标报警等级对应的第一解决方案，并发送给所述客户端；
接收所述客户端上传的反馈信息，所述反馈信息包括所述传感器系统的唯一标识信息、所述监测区域对应的目标报警等级以及与所述目标报警等级对应的第二解决方案；
将所述反馈信息更新至所述数据库。
8.一种环境监测系统，其特征在于，包括：多个传感器系统，环境监测平台、客户端设备；
所述多个传感器系统分别位于各个监测区域内，用于采集的各个监测区域内对应的环境数据，并将所述环境数据上传至所述环境监测平台；
所述环境监测平台用于获取各个传感器系统采集的各个监测区域内对应的环境数据，并将所述环境数据输入训练好的报警模型中，得到报警信息，以及在所述报警信息满足预警条件时，将所述报警信息发送给所述传感器系统所在监测区域对应的客户端设备；
所述客户端设备用于接收所述环境监测平台发送的报警信息。
9.一种环境监测平台，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
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