CN114112827A - 一种空气质量立体监测系统 - Google Patents

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赵读俊
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Abstract

本发明提供一种空气质量立体监测系统，包括：终端设备，在某一区域由上到下距离可调节的分布，用于立体监测该区域内的空气质量，并将监测结果以数据方式上传到服务器；服务器，用于接收终端设备上传的监测数据；用户终端，包括大屏、PC终端以及手机终端，用于获取服务器上存储的监测数据。本发明，终端设备按照不同高度布点，实现立体监测，解决传统空气质量监测系统监测范围的局限性，可实现“地、空”立体布点、监测范围更广，为政府单位和普通居民用户提供空气质量监测服务，对于居民用户可以借助此系统，查阅周边空气质量，做好健康管理，对于相关单位使用此系统，可以更好的实时了解污染来源，做好污染管控工作。

Description

一种空气质量立体监测系统
技术领域
本发明涉及大气污染监测技术领域，具体为一种空气质量立体监测系统。
背景技术
随着城市高速发展，楼房越建越高，传统的空气质量监测系统都布局在地面，而且布点较少，对于工作或居住在高层的居民，就无法获得身边环境的准确空气质量。
现有的传统空气质量监测系统的微型空气质量监测仪都是布局在监测区域内的立杆上，离地面高度约两米。其缺点有：只能监测地面的空气质量，高于地面十米、二十米、一百米等高度无法长时间持续监测，若使用无人机监测，则由于受到无人机的续航及操作难等因素影响，只能短时的监测，而且无人机不适合在高楼林立的城市里飞行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气质量立体监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种空气质量立体监测系统，包括：
终端设备，在某一区域由上到下距离可调节的分布，用于立体监测该区域内的空气质量，并将监测结果以数据方式上传到服务器；
服务器，用于接收终端设备上传的监测数据；
用户终端，包括大屏、PC终端以及手机终端，用于获取服务器上存储的监测数据。
优选的，还包括安装组件，用于安装终端设备，该安装组件包括多节立杆，相邻两个立杆的首尾之间能够脱离直接接触，以使二者在柔性连接和刚性连接状态之间的转变。
优选的，所述立杆的端部具有插块，该插块能够插入到与之相邻的立杆端部的插槽内，并连接有柔性的缓冲拉带。
优选的，还包括用于限制缓冲拉带与对应的立杆进一步运动的部件。
优选的，所述部件包括对称安装在该立杆上的平头螺栓，所述缓冲拉带的两侧具有向内凹陷的限位槽，所述平头螺栓的端部能够运动到插槽内，并进一步伸入到限位槽，从而能够与缓冲拉带相抵。
优选的，所述立杆上安装有带轨道的移动设备，所述移动设备安装有装载板，所述终端设备固定在装载板上。
优选的，所述立杆的端部铰接有固定杆，固定杆的端部配有螺栓，所述立杆上具有用于螺栓插装的螺栓孔。
优选的，所述终端设备包括：
PM2.5和PM10传感器，与数据采集处理模块连接，用于测量大气中的颗粒物浓度；
气体传感器，与数据采集处理模块连接，用于测量空气中SO2、NO2、CO、O3、VOC气体的浓度；
气象仪模块，与数据采集处理模块连接，用于测量温度、湿度、风速、风向和气压；
数据采集处理模块用于完成对含有气体浓度信号的数据采集、处理，获取气象模块和GPS模块的数据，并将处理好的数据打包发送到NB-IoT无线通信模块；
NB-IoT无线通信模块用于将数据采集处理模块发送来的数据已无线方式发送到后台服务器，实现数据的远程无线传输。
优选的，所述气体传感器包括四极SO2电化学传感器、四极NO2电化学传感器、四极CO电化学传感器、四极O3电化学传感器和VOC传感器，分别用于测量空气中SO2、NO2、CO、O3、VOC气体的浓度。
优选的，所述GPS模块与数据采集处理模块连接，用于定位微型空气质量监测仪所在的经度、纬度和高度。
优选的，所述终端设备还包括用于对数据采集处理模块供电的太阳能电池板和锂电池，以及所述终端设备还包括测距模块，该测距模块分别对应分布在每层的装载板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明，终端设备按照不同高度布点，实现立体监测，解决传统空气质量监测系统监测范围的局限性，可实现“地、空”立体布点、监测范围更广，为政府单位和普通居民用户提供空气质量监测服务，对于居民用户可以借助此系统，查阅周边空气质量，做好健康管理，对于相关单位使用此系统，可以更好的实时了解污染来源，做好污染管控工作。
本发明，终端设备可以采用地面立杆安装，或沿着地面建筑较为平整的竖直面安装，也可以实现分别安装在存在转角的建筑墙面上。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图2为本发明终端设备框图；
图3为本发明立杆之间刚性连接状态示意图；
图4为本发明图3中相邻立杆之间固定杆解除示意图；
图5为本发明相邻立杆的插块插装示意图；
图6为本发明立杆之间柔性连接状态示意图；
图7为本发明相邻立杆上的装载板高度调节示意图。
图中：1立杆、2固定杆、3螺栓、4螺栓孔、5插槽、6插块、7缓冲拉带、8限位槽、9平头螺栓、10移动设备、11轨道、12装载板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做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。
实施例：
请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：
一种空气质量立体监测系统，包括终端设备，作为微型空气质量监测仪，将这些设备按照一定水平高度大范围、高密度的布局在社区、道路、学校、工业园区、商业区等区域内的立杆或建筑上，通过物联网技术以无线方式将监测数据传输至后台服务平台，用户再通过大屏、PC终端、手机终端等终端访问后台服务器仪获得空气质量数据，以此构建一个“地、空”立体化的大气环境监测系统，同时运用GIS技术，精确定位终端设备布局位置，生成污染物浓度地图，实现三维时空的空气质量监控，实时了解污染来源，客观真实反映污染现状，综合分析污染原因，对污染源起到最大程度的监管作用，为环境执法和决策提供直接依据，同时居民可以借助手机终端，实时了解居家场所、出行场所、工作场所等区域的气象、空气质量等环境状况，规划好出行路线，做好应对环境状态措施，即居民可以借用环境监测大数据，做好健康管理。
本发明，解决传统空气质量监测系统监测范围的局限性，可以立体监测某一区域内的空气质量，居民可以借助此系统，查阅周边空气质量，做好健康管理，同时政府部门使用此系统，可以更好的实时了解污染来源，做好污染管控工作。
本发明，将微型集成化的终端设备布局在监测范围内的地面立杆，地面建筑的10米高度、20米高度、30米高度、直至建筑物的顶部，气质量监测仪采用太阳能电池板供电，采用无线通信方式上传监测数据，无需布线，空气质量监测仪终端设备将采集到的污染物浓度数据传送到服务器，政府或居民用户可以通过大屏、个人电脑或手机可以访问服务器，获得实时空气质量数据。
该终端设备可以同时监测SO2、NO2、CO、O3、VOC、PM10、PM2.5、温度、湿度、风速、风向、气压等因子，这些因子也根据实际需要进行扩减。
白天太阳能电池板通过电源模块给数据采集处理模块供电，给锂电池充电。锂电池在晚上或阴天通过电源模块给数据采集处理模块供电。PM2.5和PM10
传感器用于测量大气中的颗粒物浓度。气体传感器包含四极SO2电化学传感器、四极NO2电化学传感器、四极CO电化学传感器、四极O3电化学传感器和VOC传感器，分别用于测量空气中SO2、NO2、CO、O3、VOC气体的浓度。气象仪模块用于测量温度、湿度、风速、风向和气压。GPS模块用于定位微型空气质量监测仪所在的经度、纬度和高度。NB-IoT无线通信模块用于将数据采集处理模块发送来的数据已无线方式发送到后台服务器，实现数据的远程无线传输。数据采集处理模块用于完成对含有气体浓度信号的数据采集、处理，获取气象模块和GPS模块的数据，并将处理好的数据打包发送到NB-IoT无线通信模块。
本发明，终端设备按照不同高度布点，实现立体监测。解决传统空气质量监测系统监测范围的局限性，可实现“地、空”立体布点、监测范围更广，为政府单位和普通居民用户提供空气质量监测服务，对于居民用户可以借助此系统，查阅周边空气质量，做好健康管理，对于政府单位使用此系统，可以更好的实时了解污染来源，做好污染管控工作。
如图1所示，终端设备布局在监测范围内的地面立杆，地面建筑的10米高度、20米高度、30米高度、直至建筑物的顶部，实现点、线、面及三维监测，空气通过采样口进行颗粒物传感器，进行PM2.5和PM10，然后空气进入气体传感器模块，进行SO2、NO2、CO、O3、VOC气体浓度监测，与此同时，数据采集处理模块读取气象仪模块的气象参数，读取GPS模块的经度、纬度和高度参数，然后将数据处理打包发送到NB-IoT无线通信模块，NB-IoT无线通信模块再依据服务器地址，将数据以无线方式发送到后台服务器，政府或居民用户可以通过大屏、个人电脑或手机可以访问服务器，获得实时空气质量数据。
本发明，如图3所示，如果终端设备需要用地面立杆安装或安装在地面建筑竖直面较为平整时，那么可以采用将立杆固定为一个竖直的杆体，然后终端设备安装在不同高度，形成不同高度布点，实现立体监测。具体的是，立杆1有若干节，采用一次首尾连接方式安装。在刚性连接状态时，通过在立杆1端部铰接的固定杆2转动，从而使得固定杆2的端部对准与之相邻立杆1端部的螺栓孔4，然后再通过旋入螺栓3，从而可以使得相邻的两个立杆1直接被固定，以此类推，可以使得若干节立杆形成一个竖直的立杆整体。将此立杆整体安装在地面或沿着地面建筑较为平整的竖直面安装。
本发明，如图4至6所示，在杆体1之间柔性连接状态时，首先将螺栓3旋出，然后转到固定杆2，将固定杆2的端部对准本身预留的螺栓孔4，然后再将螺栓3拧入，使固定杆2如图4所示的状态，这样即可使两个相邻的立杆1之间可以由插接向拔出转换，从而可以使相邻的立杆1之间成为柔性连接状态。
具体的，如图6至图7所示，由于在将立杆依附安装在地面建筑的墙面上时，地面建筑的墙面不是平整的，墙面之间存在转角，这将使得立杆不能都是以刚性的连接状态安装在前面上，所以，通过设置了缓冲拉带7且是柔性的，这样可以使得在相邻的两个立杆1之间在脱离插块6插装后，可以实现分别安装在存在转角的建筑墙面上。而且考虑到在安装在存在转角的建筑墙面上后，相邻立杆1上的装载板12之间距离(主要是高度方面)会产生变化，所以通过设置平头螺栓9可以控制缓冲拉带7露出的长度，以及可以对缓冲拉带7进行限位，防止脱离立杆1。同时，又通过设置带轨道11的移动设备10，诸如线性马达，可以驱动装载板12在该对应的立杆1上移动，进而可以使相邻的两个装载板12连同其上安装的终端设备可以调整间距(主要是高度方面)，通过调整间距来使终端设备可以精确分层，用于对大气进行监测。
本发明，立杆1之间柔性的连接状态，调节相邻装载板12之间的距离如图7所示，假设处于墙面的第一层的装载板12处于a点，如果第二层前面与第一层同样是与地面竖直状态，则第二层装载板12所处的位置是c点，二者间距实际应该为h1，而如果第二层与第一层是存在转角时，那么第二层装载板12所处的位置是b点，这样第一层与第二层的装载板12之间间距则小于h1，这样需要通过移动设备10将第二层的装载板12由b点移动到c点。同样道理，第二层的装载板12处于c点，则需要将第三层的装载板12由d点移动到e点，以保证h1和h2等距。通过在每层装载板12上的终端设备需要额外配备测距模块(图中未示出)，包括红外线发射器和热释放红外线感应器。第一层装载板12安装的测距模块发出竖直红外线，第二层装载板12安装的热释放红外线感应器水平感应红外线，移动设备10带动第二层装载板12移动，随着检测的红外线强度降低直至消失，第二层的装载板12由b点移动到c点后停止，这样即可保证相邻两个装载板12具有(近似)相等的间距。
本发明，做到了可以实时空气质量监测，且地面、空中全面监测，监测范围更大，同时高层居民可也了解到居住环境周边的空气质量，做好防范。
本发明，其余未叙述部分均可与现有技术相同、或为公知技术或可采用现有技术加以实现，此处不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种空气质量立体监测系统，其特征在于，包括：
终端设备，在某一区域由上到下距离可调节的分布，用于立体监测该区域内的空气质量，并将监测结果以数据方式上传到服务器；
服务器，用于接收终端设备上传的监测数据；
用户终端，用于获取服务器上存储的监测数据。
2.根据权利要求1所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，还包括安装组件，用于安装终端设备，该安装组件包括多节立杆(1)，相邻两个立杆(1)的首尾之间能够脱离直接接触，以使二者在柔性连接和刚性连接状态之间的转变。
3.根据权利要求2所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，所述立杆(1)的端部具有插块(6)，该插块(6)能够插入到与之相邻的立杆(1)端部的插槽(5)内，并连接有柔性的缓冲拉带(7)。
4.根据权利要求3所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，还包括用于限制缓冲拉带(7)与对应的立杆(1)进一步运动的部件。
5.根据权利要求4所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，所述部件包括对称安装在该立杆(1)上的平头螺栓(9)，所述缓冲拉带(7)的两侧具有向内凹陷的限位槽(8)，所述平头螺栓(9)的端部能够运动到插槽(5)内，并进一步伸入到限位槽(8)，从而能够与缓冲拉带(7)相抵。
6.根据权利要求2所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，所述立杆(1)上安装有带轨道(11)的移动设备(10)，所述移动设备(10)安装有装载板(12)，所述终端设备固定在装载板(12)上。
7.根据权利要求2所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，所述立杆(1)的端部铰接有固定杆(2)，固定杆(2)的端部配有螺栓(3)，所述立杆(1)上具有用于螺栓(3)插装的螺栓孔(4)。
8.根据权利要求6所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，所述终端设备包括：
PM2.5和PM10传感器，与数据采集处理模块连接，用于测量大气中的颗粒物浓度；
气体传感器，与数据采集处理模块连接，用于测量空气中SO2、NO2、CO、O3、VOC气体的浓度；
气象仪模块，与数据采集处理模块连接，用于测量温度、湿度、风速、风向和气压；
数据采集处理模块用于完成对含有气体浓度信号的数据采集、处理，获取气象模块和GPS模块的数据，并将处理好的数据打包发送到NB-IoT无线通信模块；
NB-IoT无线通信模块用于将数据采集处理模块发送来的数据已无线方式发送到后台服务器，实现数据的远程无线传输。
9.根据权利要求8所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，所述气体传感器包括四极SO2电化学传感器、四极NO2电化学传感器、四极CO电化学传感器、四极O3电化学传感器和VOC传感器，分别用于测量空气中SO2、NO2、CO、O3、VOC气体的浓度，所述GPS模块与数据采集处理模块连接，用于定位微型空气质量监测仪所在的经度、纬度和高度。
10.根据权利要求8所述的一种空气质量立体监测系统，其特征在于，所述终端设备还包括用于对数据采集处理模块供电的太阳能电池板和锂电池，以及所述终端设备还包括测距模块，该测距模块分别对应分布在每层的装载板(12)上。
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