CN113985154A - 具有电压电流相序切换和智能感知功能的环保采集装置及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有电压电流相序切换和智能感知功能的环保采集装置及采集方法，所述装置包括主控模块、数据采集模块、通信模块和电源模块，主控模块通过数据接口与各模块通信连接，用于相序切换参数处理与功能控制；数据采集模块用于采集用电数据、电压电流相序数据和实施电压电流相序切换功能；通信模块与后台服务中心通信连接；电源模块用于将市电转换为预定的工作电压，并为上述各模块供电。本发明保证在电压电流物理相序错误的情况下环保采集装置采集的用电数据的正确性，同时也降低了企业现场维护的难度和人工成本,提高了效率。
Description
技术领域
本发明属于工控电子采集设备相关领域，尤其是一种环保采集装置。
背景技术
一直以来，环保项目中的交流用电采集终端设备的安装需要相对专业的从业人员来保证设备电压电流采集线路安装正确，但是在实施过程中，特别是终端设备后期维护中，由于缺少必要专业知识等非主观因素造成的终端设备电压电流相序错误情况经常发生，从而导致环保采集装置采集到的用电数据异常，不能真实反映现场实际情况。
这时就需要专业维护人员去现场排查接线错误导致的相序问题，增加了企业运营维护成本，费时费力。类似接线错误的问题还有不少，目前尚无较好的解决方案。
发明内容
发明目的：提供一种环保采集装置，能够解决包括接线错误在内的若干现场问题，提高设备的智能化切换和监测水平。
技术方案：
提供一种具有电压电流相序切换和智能感知功能的环保采集装置，包括：
主控模块，通过数据接口与各模块通信连接，用于相序切换参数处理与功能控制；
数据采集模块，用于采集用电数据、电压电流相序数据和实施电压电流相序切换功能；
通信模块，与后台服务中心通信连接；
电源模块，将市电转换为预定的工作电压，并为上述各模块供电；
所述电压电流相序切换过程为：
A相电压切换为B相电压或C相电压，
B相电压切换为A相电压或C相电压，
C相电压切换为A相电压或B相电压；
A相电流切换为B相电流或C相电流，
B相电流切换为A相电流或C相电流，
C相电流切换为A相电流或B相电流；
A相电流反向，B相电流反向，C相电流反向。
根据本申请的一个方面，所述通信模块通过蓝牙、以太网、GPRS，以及工业通信协议与后台服务中心通信。
根据本申请的一个方面，所述电源模块包括电容单元、掉电监测单元和稳压单元。
除了上述排线错误的问题，在工程现场还会出现类似的许多问题，为此，申请人设计了异常信息采集子单元。
根据本申请的一个方面，所述数据采集模块包括异常信息采集子单元，用于收集所述环保采集装置运行过程中出现的异常信号，并通过通信模块传输至后台服务中心，
所述后台服务中心接收所述异常信号，并与预存储的异常信息清单比对，如果已经存在于所述异常信息清单中，则根据异常信息清单与解决方案的映射关系，调取对应该异常信号对应的解决方案，通过通讯模块发送到数据采集模块，最后通过显视屏或语音播报的方式展示给用户；
如果不存在于所述异常信息清单中，则判断当前异常信号与异常信息清单中的异常信息的相似度，如相似度小于等于预设值，则标记为新的异常信号；如果大于预设值，则将该异常信号与异常信息清单中相似度最大的异常信号合并；
将所述新的异常信号推送给解决方案生成模块，由工程师输入该新的异常信号的解决方案并存储于后台服务中心。
根据本申请的一个方面，所述后台服务中心在预定时间内推送解决方案至环保采集装置，若超出预定时间，则推送提示信息至用户交互界面，并将该环保采集装置的ID保存在待修复清单中；
当工程师根据获得的异常信号，判断故障类型并获得解决方案后，将解决方案发送到后台服务中心，并构建异常信号与解决方案的映射关系。
基于上述任一项所述的环保采集装置的采集方法，包括如下步骤：
步骤1、构建基于管网的GIS信息、环保采集装置的位置信息、管网的拓扑结构，构建管网与环保采集装置的映射关系；
步骤2、通过管网的拓扑关系，构建待采集信息分布矩阵，计算所述待采集信息分布矩阵的特征值和特征向量，将特征值按照大小进行正序排列并去掉位于后面的预定数量个特征值及对应的特征向量；基于剩余特征向量对应的管网的拓扑位置，布设预定数量的环保采集装置；
步骤3、各环保采集装置采集环保数据信息并发送到后台服务中心；
步骤4、后台服务中心基于接收到的环保数据信息判断数据是否异常，若发生异常，则推送报警信息至人机交互界面。
根据本申请的一个方面，所述步骤1进一步为：
获取预定区域的GIS图像数据，构建管网的拓扑结构矢量图，并将该拓扑结构矢量图对应叠加于区域的GIS图像中，基于预布设的环保采集装置定位信息，将各个环保采集装置的位置叠加于GIS图像中。
根据本申请的一个方面，所述步骤2进一步为：
以m个环保采集装置，每个环保采集装置具有的n个环保监测数据为基础，构建n×m结构环保监测数据矩阵；
基于环保采集装置所处的管网的拓扑关系，通过构建拓扑关系矩阵或手工剪枝的方式，简化所述环保监测数据矩阵，得到预处理环保监测数据矩阵；
计算所述预处理环保监测数据矩阵中每一行的平均值，并求取各行各数据与该行数据平均值的差值，获得均一化的环保监测数据矩阵；
计算所述均一化的环保监测数据矩阵的协方差矩阵，并进一步计算该协方差矩阵的特征值和特征向量；
将特征值从大到小正序排列，舍去特征值位于后面的预定数量个特征向量；
基于剩余特征向量对应的管网的拓扑位置，布设预定数量的环保采集装置，并叠加于区域的GIS图像中。
根据本申请的一个方面，所述步骤3进一步为：根据设定的采集周期，各环保采集装置采集环保数据，并按照预定格式发送到后台服务中心；
若通信存在延迟或故障，则暂存在环保采集装置中，在下一周期发送给后台服务中心。
根据本申请的一个方面，所述步骤4进一步为：
所述后台服务中心接收环保数据信息，进行数据预处理，包括异常值校验和缺省值补齐；
基于预处理的环保数据信息获得当前环保监测数据矩阵，并求取该当前环保监测数据矩阵与预存储的标准环保监测数据矩阵的差值，获得差值矩阵，对于差值矩阵中的每个数据，求取绝对值，获得绝对值矩阵，计算该绝对值矩阵与预存储的阈值矩阵的差值；
检索每列数据均大于等于零的列向量，并查找给列向量对应的环保检测装置；
同时，计算当前环保监测数据矩阵每行的平均值，并求取每行各数据与该行平均值的差值，获得当前环保监测数据的差值矩阵；
计算所述当前环保监测数据的差值矩阵的协方差矩阵，并将该协方差矩阵中的每个参数与预存储的标准协方差矩阵中对应的各个参数作商，获得协方差商矩阵；
将协方差商大于阈值的两组数据标定出来，并展示在人机交互界面。
有益效果：本发明实现了环保采集装置在接线错误导致的电压电流相序错误工况下，服务平台通过环保终端通信模块提供的链路通道，配置并下发相关相序参数给环保采集装置，实现电压电流相序切换的功能，从而保证在电压电流物理相序错误的情况下环保采集装置采集的用电数据的正确性，同时也降低了企业现场维护的难度和人工成本,提高了效率。
在优选的方案中，对类似的问题进行了推广，设置异常信号监测单元这一通用处理模块，在出现类似上述问题在内的工程问题，能够根据预存储的解决方案快速推送给现场的工程师，直接采用现成的方案解决相关问题，大大提高了环保采集装置的维保效率。同时，后台服务中心能够根据系统整体数据判断环保采集装置的数据是否准确，大大提高了数据整体的准确性。
附图说明
图1为发明环保采集装置的组成结构框图。
图2为发明环保采集装置的应用框图。
图3a至图3d为电源各子模块的电路图。
具体实施方式
如图1所示，终端有以下几个功能模块：电源模块将220V市电转换为5V/3.3V直流电为主控模块进行供电；主控模块采用MCU芯片通过各种接口技术与数据采集模块和通信模块进行连接控制与信息交互；数据采集模块用来采集用电数据、电压电流相序数据和实施电压电流相序切换功能；通信模块用来通过RS485、蓝牙、以太网和GPRS通信方式与其他服务平台进行信息交互。
图2为现场环保终端应用框图，环保终端若出现相序错误导致的数据异常情况，将异常数据主动上报给服务平台，服务平台收到错误的相序数据后作出判断处理，将修正后的正确相序参数通过通信链路下发到现场环保终端，终端中的主控模块则根据通信模块收到的相序参数来控制数据采集模块进行正确的相序切换，相序切换完成后环保终端采集到的用电数据则可以恢复正常。提高了此类问题工况处理的效率。
图3a至图3d为电源各子模块的电路图，具体电路连接关系见附图。
在工程实践中，常常会出现下述情况，即在现场的工程师比较多，故障类型也比较多，当A装置出现X故障时，工程师M提出了一种有效的解决方案，在现有情况下，主要靠内部培训学习，或者将方案上传到公司系统，供其他工程师参考，大大提高了学习成本。因此，当B装置出现同样的X故障时，工程师N可能还需要花费较长的时间来学习和解决，对于一些较为偏远的采集点，由于通信不好，常常需要往返多次进行解决，降低了系统维保的效率，提高了系统维护成本。因此，提供了一种基本自动化的实施方案。具体如下：
在进一步的实施例中，数据采集模块包括异常信息采集子单元，用于收集环保采集装置运行过程中出现的异常信号，并通过通信模块传输至后台服务中心，后台服务中心接收异常信号，并与预存储的异常信息清单比对，如果已经存在于异常信息清单中，则根据异常信息清单与解决方案的映射关系，调取对应该异常信号对应的解决方案，通过通讯模块发送到数据采集模块，最后通过显视屏或语音播报的方式展示给用户；
如果不存在于异常信息清单中，则判断当前异常信号与异常信息清单中的异常信息的相似度，如相似度小于等于预设值，则标记为新的异常信号；如果大于预设值，则将该异常信号与异常信息清单中相似度最大的异常信号合并；
将新的异常信号推送给解决方案生成模块，由工程师输入该新的异常信号的解决方案并存储于后台服务中心。
在这一实施例中，通过将解决方案存储在后台服务中心中，在出现相同的故障时，可以直接推送解决方案给工程师，从而大大提高了解决效率，减少了工程师的学习时间。同时，能够根据相似度进行合并解决方案，从而将类似的问题和类似的解决方案推送给工程师。
在出现通信故障时，后台服务中心推送提示信息给后台工程师，提醒工程师更新和补充解决方案。具体如下：
在进一步的实施例中，后台服务中心在预定时间内推送解决方案至环保采集装置，若超出预定时间，则推送提示信息至用户交互界面，并将该环保采集装置的ID保存在待修复清单中；
当工程师根据获得的异常信号，判断故障类型并获得解决方案后，将解决方案发送到后台服务中心，并构建异常信号与解决方案的映射关系。
通过后台工程师解决的问题，提供解决方案给现场，增强现场工作人员解决问题的能力，提高维保效率。
进一步地，提供一种环保采集装置的采集方法，包括如下步骤：
步骤1、构建基于管网的GIS信息、环保采集装置的位置信息、管网的拓扑结构，构建管网与环保采集装置的映射关系；
步骤2、通过管网的拓扑关系，构建待采集信息分布矩阵，计算待采集信息分布矩阵的特征值和特征向量，将特征值按照大小进行正序排列并去掉位于后面的预定数量个特征值及对应的特征向量；基于剩余特征向量对应的管网的拓扑位置，布设预定数量的环保采集装置；
步骤3、各环保采集装置采集环保数据信息并发送到后台服务中心；
步骤4、后台服务中心基于接收到的环保数据信息判断数据是否异常，若发生异常，则推送报警信息至人机交互界面。
在这一实施例中，步骤1实质上是构建了三个融合的数据层，即地理信息数据层、管网拓扑数据层和环保采集装置的数据层，换句话说，从现实物理环境中抽取出上述三层数据，分别对相关的数据进行分析研究，在研究和处理后，再将数据层融合。这种方法有利于将管网拓扑数据层和环保装置的位置等信息分开独立研究，在研究相关问题的时候，无需将其他数据加载在内存中，从而大大降低了系统的资源占用，同时能够避免其他数据的干扰，提高各层数据处理的准确性。
通过第一步骤的数据分析和处理，为第二步的布点提供数据基础，在第二步骤中对布点位置进行优化，从系统整体的角度，找出最重要的布点位置，进行优先布置，甚至冗余布置，在非重要的点，省略步骤或者减少布置，提高环保采集装置的针对性。对重点节点和支管等位置进行优先采集。在提高系统整体数据检测的准确性的基础上，大大降低了数据处理的工作量，数据更加聚焦。
总之，在该方案中，通过系统的观点来考虑布点的优先级别，提高系统整体的数据质量。
在进一步优选的实施例中，可以进一步量化优先级别，例如量化为3-5个不同等级的级别，对于第一优先级的区域，采用3个间隔预定距离的环保采集装置进行监测，在第二个优先级别，采用2个间隔预定距离的环保采集装置进行监测，在第N个优先级的区域，在两个采集点的中间设置1个环保采集装置。通过优先级别的处理，在相同的环采集装置的情况下，不仅能够提高系统数据的准确性，还能够提高重点区域数据的质量。因此布局会更加合理。
在现有的环保采集装置布设中，主要并没有综合考虑管网的拓扑关系对布设的影响，各个环保采集装置之间存在耦合关系，经常导致布点过于重复或者遗漏，当前的各种技术并没有对环保采集装置的布点进行优化，无法获得通过相对少的重复，获得充分真实和充足的数据。为此，提供了如下的解决方案：
在进一步的实施例中，步骤1进一步为：
获取预定区域的GIS图像数据，构建管网的拓扑结构矢量图，并将该拓扑结构矢量图对应叠加于区域的GIS图像中，基于预布设的环保采集装置定位信息，将各个环保采集装置的位置叠加于GIS图像中。
也就是说，从现实的物理空间图像数据中，首先提取出管网的拓扑关系矢量图，对管网的拓扑关系进行分析。在研究管网的节点、支管路、主管路等相互关系后，再与GIS图像融合，从而能够更加直观和准确地判断管网的物理位置和拓扑关系。同理，环保采集装置也融合于上述图像中。
在进一步的实施例中，步骤2进一步为：
以m个环保采集装置，每个环保采集装置具有的n个环保监测数据为基础，构建n×m结构环保监测数据矩阵；
基于环保采集装置所处的管网的拓扑关系，通过构建拓扑关系矩阵或手工剪枝的方式，简化环保监测数据矩阵，得到预处理环保监测数据矩阵；
计算预处理环保监测数据矩阵中每一行的平均值，并求取各行各数据与该行数据平均值的差值，获得均一化的环保监测数据矩阵；
计算均一化的环保监测数据矩阵的协方差矩阵，并进一步计算该协方差矩阵的特征值和特征向量；
将特征值从大到小正序排列，舍去特征值位于后面的预定数量个特征向量；
基于剩余特征向量对应的管网的拓扑位置，布设预定数量的环保采集装置，并叠加于区域的GIS图像中。
在本实施例中，首先通过管网拓扑关系获得拓扑矩阵（在较为简单的管网中，采用手工处理的方式），对数据进行正交化，去除冗余数据，同时，根据预采集的数据对管网拓扑关系进行核实验证，将找到重要的采集点，省去相对不重要的采集点，对数据进行聚焦处理，减少非重要采集点对采集工作和数据处理工作的影响。根据这一过程获得的结果，对环保数据监测装置进行优化布置，调整至相对较佳的位置，从而为后续的连续监测创造更好的条件。在本实施例中，可以根据管网的拓扑关系构建管网传输模型，寻找管网各支管与支管、节点与节点、支管与节点的传输关系，根据相关传输关系，建立不同支管与支管、支管与节点、节点与节点之间的关系。例如在一个相对密闭的传输支管中，上游与下游的物质传输是相同或基本相同的，则待测的数据应该是相同或基本相同的，所以可以认定为相同的布设位置。如果是有开放式流入端口，例如监测下水管网时，有下水道管网口，则可以将下水道管网口虚拟成进水支路，然后进行判断。在某几个支管连接的节点处，可以认为流量是存在等量关系，即流入某一节点和流出某一节点的量是相同的，在这种情况下，根据流入该节点的量以及检测到的浓度，以及部分流出该节点的量和检测到的浓度，可以推算剩余最后一个流出给节点的流量和浓度。
因此，管网的拓扑关系是待检测的流量和浓度的约束关系之一。通过对系统拓扑关系的整体研究，大大简化系统的数据计算量，获得更加准确的数据，从而能够提供更多的准确信息。这一计算方式，对于工程实践来说特别重要，因为很多的检测装置都设置在较偏、环境较为恶劣的情况，需要长时间的稳定运行，因此检测装置的使用寿命和数据准确性是特别重要的。如果跟检测装置有过多的数据交互，则会延长其工作时间和增加功耗，导致待机时间变短。
需要注意的是，根据工程试验数据，经过数据聚焦后的布设，虽然在局部地点有数据缺失，但这些地点的数据对整体影响较小，并不影响数据整体的准确性，在相对重要的地点，可以布设冗余的环保监测装置，从而提高对重点区域数据采集的准确性。通过系统的观点，基于物理拓扑关系和数据挖掘，提高系统整体的准确性和重点区域检测数据的质量。
在进一步的实施例中，步骤3进一步为：根据设定的采集周期，各环保采集装置采集环保数据，并按照预定格式发送到后台服务中心；
若通信存在延迟或故障，则暂存在环保采集装置中，在下一周期发送给后台服务中心。
在进一步的实施例中，步骤4进一步为：
后台服务中心接收环保数据信息，进行数据预处理，包括异常值校验和缺省值补齐；
基于预处理的环保数据信息获得当前环保监测数据矩阵，并求取该当前环保监测数据矩阵与预存储的标准环保监测数据矩阵的差值，获得差值矩阵，对于差值矩阵中的每个数据，求取绝对值，获得绝对值矩阵，计算该绝对值矩阵与预存储的阈值矩阵的差值；
检索每列数据均大于等于零的列向量，并查找给列向量对应的环保检测装置；
同时，计算当前环保监测数据矩阵每行的平均值，并求取每行各数据与该行平均值的差值，获得当前环保监测数据的差值矩阵；
计算当前环保监测数据的差值矩阵的协方差矩阵，并将该协方差矩阵中的每个参数与预存储的标准协方差矩阵中对应的各个参数作商，获得协方差商矩阵；
将协方差商大于阈值的两组数据标定出来，并展示在人机交互界面。
在实践中发现，在监测数据出现异常时，最多的情况时某一监测装置的数据偏离异常，说明该区域的环境数据发生变化或者该监测装置出现问题，但也有较少的情况时，虽然各个数据均有一定的便宜，但没有超出阈值，而此时环境数据已经发生明显变化，此时，根据监测装置拓扑关系造成的数据耦合关系进行判断，如果耦合关系发生变化，则亦发出警报，提示环境数据可能存在异常。从实际统计数据来看，这一方法大大提高了异常数据预报的准确率。
因此，除了通过待检参数的数值波动来判断是否处于异常状态，还通过各检测装置之间的耦合关系，以及不同时间下的参数耦合关系来判断参数是否正常，通过待检参数的空间拓扑关系和时间漂移关系，来推测数据是否发生异常，提高了数据关系的判断维度，对于检测数据的准确率有较大的提高。在这种方法的处理下，即使部分检测装置的准确率存在问题，也可以通过其他检测装置的数据进行校正，从系统的观点来分析各个检测装置各个时间点的数据，考虑数据之间的时间和空间关联，进行纠错或纠偏，大大提高了数据整体的准确性。
总之，在本申请中，对于排线错误等工程现场问题进行了推广和总结，不仅提供了专门的模块，用于解决工程现场最常见的排线错误的问题，还提供了类似的其他异常信息的处理模块，为解决类似的错误提供了智能化的分析和监测方案，并进行快速推送，提高了现场反应速度和维保效率。专用模块和通用模块结合起来，用自动化监测和处理模块，专门来处理最常见的问题，用通用模块来处理出现概率较小的异常问题，通专结合，提高整体的效率，降低了部署成本和人员学习成本。本设计方案与现有产品的差异化非常明显，不仅给出了专用模块，解决客户提出的工程问题，还提供通用模块，为后续其他问题和系统升级预备了空间，在后续系统换代的过程中，能够通过如软件更新的方式，改进检测数据的处理模式和效率，大大提高了系统的整体性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.具有电压电流相序切换和智能感知功能的环保采集装置，其特征在于，包括：
主控模块，通过数据接口与各模块通信连接，用于相序切换参数处理与功能控制；
数据采集模块，用于采集用电数据、电压电流相序数据和实施电压电流相序切换功能；
通信模块，与后台服务中心通信连接；
电源模块，将市电转换为预定的工作电压，并为上述各模块供电；
所述电压电流相序切换过程为：
A相电压切换为B相电压或C相电压，
B相电压切换为A相电压或C相电压，
C相电压切换为A相电压或B相电压；
A相电流切换为B相电流或C相电流，
B相电流切换为A相电流或C相电流，
C相电流切换为A相电流或B相电流；
A相电流反向，B相电流反向，C相电流反向。
2.根据权利要求1所述的环保采集装置，其特征在于，所述通信模块通过蓝牙、以太网、GPRS，以及工业通信协议与后台服务中心通信。
3.根据权利要求1所述的环保采集装置，其特征在于，所述电源模块包括电容单元、掉电监测单元和稳压单元。
4.根据权利要求1所述的环保采集装置，其特征在于，所述数据采集模块包括异常信息采集子单元，用于收集所述环保采集装置运行过程中出现的异常信号，并通过通信模块传输至后台服务中心，
所述后台服务中心接收所述异常信号，并与预存储的异常信息清单比对，如果已经存在于所述异常信息清单中，则根据异常信息清单与解决方案的映射关系，调取对应该异常信号对应的解决方案，通过通讯模块发送到数据采集模块，最后通过显视屏或语音播报的方式展示给用户；
如果不存在于所述异常信息清单中，则判断当前异常信号与异常信息清单中的异常信息的相似度，如相似度小于等于预设值，则标记为新的异常信号；如果大于预设值，则将该异常信号与异常信息清单中相似度最大的异常信号合并；
将所述新的异常信号推送给解决方案生成模块，由工程师输入该新的异常信号的解决方案并存储于后台服务中心。
5.根据权利要求4所述的环保采集装置，其特征在于，所述后台服务中心在预定时间内推送解决方案至环保采集装置，若超出预定时间，则推送提示信息至用户交互界面，并将该环保采集装置的ID保存在待修复清单中；
当工程师根据获得的异常信号，判断故障类型并获得解决方案后，将解决方案发送到后台服务中心，并构建异常信号与解决方案的映射关系。
6.基于权利要求1至5任一项所述的环保采集装置的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、构建基于管网的GIS信息、环保采集装置的位置信息、管网的拓扑结构，构建管网与环保采集装置的映射关系；
步骤2、通过管网的拓扑关系，构建待采集信息分布矩阵，计算所述待采集信息分布矩阵的特征值和特征向量，将特征值按照大小进行正序排列并去掉位于后面的预定数量个特征值及对应的特征向量；基于剩余特征向量对应的管网的拓扑位置，布设预定数量的环保采集装置；
步骤3、各环保采集装置采集环保数据信息并发送到后台服务中心；
步骤4、后台服务中心基于接收到的环保数据信息判断数据是否异常，若发生异常，则推送报警信息至人机交互界面。
7.根据权利要求6所述的采集方法，其特征在于，所述步骤1进一步为：
获取预定区域的GIS图像数据，构建管网的拓扑结构矢量图，并将该拓扑结构矢量图对应叠加于区域的GIS图像中，基于预布设的环保采集装置定位信息，将各个环保采集装置的位置叠加于GIS图像中。
8.根据权利要求6所述的采集方法，其特征在于，所述步骤2进一步为：
以m个环保采集装置，每个环保采集装置具有的n个环保监测数据为基础，构建n×m结构环保监测数据矩阵；
基于环保采集装置所处的管网的拓扑关系，通过构建拓扑关系矩阵或手工剪枝的方式，简化所述环保监测数据矩阵，得到预处理环保监测数据矩阵；
计算所述预处理环保监测数据矩阵中每一行的平均值，并求取各行各数据与该行数据平均值的差值，获得均一化的环保监测数据矩阵；
计算所述均一化的环保监测数据矩阵的协方差矩阵，并进一步计算该协方差矩阵的特征值和特征向量；
将特征值从大到小正序排列，舍去特征值位于后面的预定数量个特征向量；
基于剩余特征向量对应的管网的拓扑位置，布设预定数量的环保采集装置，并叠加于区域的GIS图像中。
9.根据权利要求6所述的采集方法，其特征在于，所述步骤3进一步为：根据设定的采集周期，各环保采集装置采集环保数据，并按照预定格式发送到后台服务中心；
若通信存在延迟或故障，则暂存在环保采集装置中，在下一周期发送给后台服务中心。
10.根据权利要求6所述的采集方法，其特征在于，所述步骤4进一步为：
所述后台服务中心接收环保数据信息，进行数据预处理，包括异常值校验和缺省值补齐；
基于预处理的环保数据信息获得当前环保监测数据矩阵，并求取该当前环保监测数据矩阵与预存储的标准环保监测数据矩阵的差值，获得差值矩阵，对于差值矩阵中的每个数据，求取绝对值，获得绝对值矩阵，计算该绝对值矩阵与预存储的阈值矩阵的差值；
检索每列数据均大于等于零的列向量，并查找给列向量对应的环保检测装置；
同时，计算当前环保监测数据矩阵每行的平均值，并求取每行各数据与该行平均值的差值，获得当前环保监测数据的差值矩阵；
计算所述当前环保监测数据的差值矩阵的协方差矩阵，并将该协方差矩阵中的每个参数与预存储的标准协方差矩阵中对应的各个参数作商，获得协方差商矩阵；
将协方差商大于阈值的两组数据标定出来，并展示在人机交互界面。
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