CN216524060U

CN216524060U - 环境因子时空采集系统

Info

Publication number: CN216524060U
Application number: CN202122636843.9U
Authority: CN
Inventors: 田董炜; 杜进展; 苗学策; 方超
Original assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Current assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-10-29

Abstract

本实用新型提供一种环境因子时空采集系统，该系统包括：信息采集装置，包括至少一个用于采集所述信息采集装置所处环境的实时环境信息的移动传感器；GNSS‑RTK装置，与所述信息采集装置通信连接，用于获取所述信息采集装置的定位信息；同步装置，与所述信息采集装置和所述GNSS‑RTK装置通信连接，用于接收所述定位信息和实时环境信息，输出时间同步后的定位信息和实时环境信息。本实用新型可以实现灵活的环境监测，并通过GNSS‑RTK装置，有效去除误差，然后通过同步装置将环境信息和去除误差的定位信息进行时间同步，可以有效提高环境数据时空精确度。

Description

环境因子时空采集系统

技术领域

本实用新型涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种环境因子时空采集系统。

背景技术

环境感知技术也称为环境信息收集技术，处于移动感知体系结构中的感知层，是实现移动感知应用的基础和获取海量数据的来源，主要功能是识别物体和采集所需节点的物理量信息，实现在一个广泛的被感知区域内实时获取环境的信息，进行一些大规模采样任务，如噪音监测、城市交通流量管理、环境因子采集等。

传统的相关装置指将传感器部署在固定位置采集相应环境数据，但此方法对环境变化的适应能力较差，可布置的环境监测站点较少，环境监测站点不够灵活，导致监测采集时间无法和地点位置并行，进而导致在估计整个城市的环境数据时空精确度不高。

实用新型内容

本实用新型提供一种环境因子时空采集系统，用以解决现有技术中环境数据时空精确度不高的缺陷，实现提高环境数据时空精确度。

第一方面，本实用新型提供一种环境因子时空采集系统，包括：

信息采集装置，GNSS-RTK装置，以及同步装置；其中：信息采集装置，包括至少一个用于采集所述信息采集装置所处环境的实时环境信息的移动传感器；

GNSS-RTK装置，与所述信息采集装置通信连接，用于获取所述信息采集装置的定位信息；

同步装置，与所述信息采集装置和所述GNSS-RTK装置通信连接，用于接收所述定位信息和实时环境信息，输出时间同步后的定位信息和实时环境信息。

可选地，根据本实用新型提供的环境因子时空采集系统，所述环境因子时空采集系统还包括：

与所述同步装置通信连接的通信装置，用于将所述时间同步后的定位信息和实时环境信息传输至云平台；

与所述通信装置通信连接的云平台，用于判断所述信息采集装置所处环境是否异常。

控制装置，与信息采集装置通信连接，用于接收所述定位信息。

可选地，根据本实用新型提供的环境因子时空采集系统，所述信息采集装置包括以下至少一项：

采集所述实时环境信息中的空气环境数据和声音数据的移动环境检测装置；

采集所述实时环境信息中的人流数据的人流信息统计装置。

可选地，根据本实用新型提供的环境因子时空采集系统，所述环境因子时空采集系统，还包括：

太阳能车载供电装置。

计算机处理器，所述计算机处理器包括存储卡。

可选地，根据本实用新型提供的环境因子时空采集系统，所述信息采集装置还包括：独立供电单元。

可选地，根据本实用新型提供的环境因子时空采集系统，所述人流信息统计装置，包括：视频摄像头和独立供电系统。

可选地，根据本实用新型提供的环境因子时空采集系统，所述太阳能车载供电装置包括电源模块和太阳能供电模块。

可选地，根据本实用新型提供的环境因子时空采集系统，所述电源模块为车载电源模块。

本实用新型提供的环境因子时空采集系统，通过采用至少一个用于采集所述信息采集装置所处环境的实时环境信息的移动传感器，实现灵活的环境监测，并通过GNSS-RTK装置，有效去除对信息采集装置进行GNSS定位时传输产生的星历误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差及接收机钟差等绝大部分误差，然后通过同步装置将环境信息和去除误差的定位信息进行时间同步，可以有效提高环境数据时空精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的环境因子时空采集系统的结构示意图之一；

图2是本实用新型提供的环境感知网的结构示意图；

图3是本实用新型提供的环境因子时空采集系统的结构示意图之二。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为了更好地介绍本实用新型，首先对以下内容进行介绍：

随着环境质量变差、可吸入颗粒物变多、噪声加重，环境污染己成为密切关注的话题，主要包括工业生产、汽车尾气排放、施工排放等。空气中的污染物主要有一氧化碳，一氧化氮，二氧化硫，可挥发气体，PM2.5，PM1.0，噪音等，其中PM2.5覆盖面积较大且容易携带有害物质对人体危害很大。

传统的环境监测主要是卫星遥感和环境监测站点。比如，通过 MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer，中分辨率成像光谱仪数据)监测环境。使用者可以直接下载该环境数据，然后通过暗像元等反演出所需数据。卫星遥感一般监测的范围比较大，但数据精度不够。此外，卫星遥感受气候等因素影响较大，如果测量当天的云层过厚，可能导致环境数据不准确。最重要的是卫星遥感测量的是大气层的环境数据，而不是地面环境数据。另外，还有通过建立各种环境监测系统和环境监测站，通过环境监测站点进行感知、分析环境中的颗粒物情况。该方式的优点是监测精度较高，但由于环境监测站点较少，建造费用昂贵，地点位置不够灵活，监测采集时间无法和地点位置并行等原因，导致在估计整个城市的环境数据时精确度不高。

此外，环境感知技术也称为环境信息收集技术，处于移动感知体系结构中的感知层，是实现移动感知应用的基础和获取海量数据的来源，主要功能是识别物体和采集所需节点的物理量信息。环境感知技术旨在通过感知技术、通信与网络融合技术、智能信息处理技术等各种技术融合于移动装置，在一个更加广泛的被感知区域内实时获取环境的信息，进行一些大规模采样任务，如噪音监测、城市交通流量管理、环境因子采集等。

传统的传感器装置指将传感器部署在固定位置采集相应环境数据，但对环境变化的适应能力较差。比如，监测空气污染的臭氧和二氧化氮的装置，或大规模无线传感器网络，该网络中含有大量传感器，以便及时获得空气中的温湿度、二氧化碳等信息，为监测碳排放和环境感知相关研究提供了数据保障。但想要监测城市的空气质量信息，需要部署的传感器数量将会成千上万。而传统的采样往往是由专人使用特殊的仪器在选定位置和特定时间采样，这样不仅采样次数十分有限，收集数据的代价也很高。

本实用新型为了克服上述缺陷，提出了一种环境因子时空采集系统，进行GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)/RTK(Real-timekinematic，实时差分定位)/传感器的环境因子时空采集。

下面结合图1-图3描述本实用新型的环境因子时空采集系统。

图1是本实用新型提供的环境因子时空采集系统的结构示意图之一，如图1所示，环境因子时空采集系统100包括：信息采集装置 110，GNSS-RTK装置120和同步装置130；其中：

信息采集装置110，包括至少一个用于采集所述信息采集装置所处环境的实时环境信息的移动传感器；

具体地，信息采集装置110用于采集所述信息采集装置所处环境的实时环境信息；

具体地，本实用新型可以通过移动传感器采集实时环境信息，即通过采用移动感知技术，实现灵活的环境监测。

具体地，GNSS-RTK装置还可以称为全球导航卫星系统GNSS- 实时差分定位RTK装置。

具体地，本实用新型所使用的移动感知技术可以包括以下至少一种：

1)射频识别技术是自动识别技术的一种，通过无线电波不接触快速信息交换和存储技术，通过无线通信结合数据访问技术，然后连接数据库系统，加以实现非接触式的双向通信，从而达到了识别的目的，用于数据交换，串联起一个极其复杂的系统。在识别系统中，通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离，可分为近场和远场，为此读/写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。

2)无线传感技术是由大量的具有感知能力的传感器节点，通过自组织方式构成的无线网络。综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络、无线通信技术和分布式信息处理技术。是由一组无线传感器节点以自组织方式组成的无线网络，其中包括普通节点和汇聚节点，目的是协作地感知、收集、处理传感网所覆盖的地理区域中感知对象的信息，并传递给用户。

3)移动传感技术一般是由一个汇聚节点和大量移动传感器节点以自组织和多跳的方式组成。

图2是本实用新型提供的环境感知网的结构示意图，如图2所示，大量移动传感器节点从环境中采集环境信息，然后将数据以多跳或单跳的方式传输到汇聚节点，汇聚节点再将数据上传到服务器。通常用于智能交通系统的移动传感网是由汽车或移动手机作为载体的移动节点组成。在车辆上搭载的摄像头、速度传感器、温湿度传感器等传感器对外界环境信息进行感知，并将感知数据通过车联网、城域网和蜂窝网络上传到云平台；

可选地，信息采集装置110在采集时可以按照一定的线路进行移动，采集移动路线中的实时环境信息。

可选地，信息采集装置110中的移动传感器可以在采集进行移动，采集周边的实时环境信息。

具体地，所述信息采集装置包括以下至少一项：

移动环境检测装置，用于采集所述实时环境信息中的空气环境数据和声音数据；

人流信息统计装置，用于采集所述实时环境信息中的人流数据。

具体地，移动环境检测装置具备数据采集、数据远传及数据本地扩展通信功能，并支持有害气体监测，环境状态监测，可吸入颗粒物监测，噪声监测等至少四项监测内容，总共涉及多种监测物质，比如以下至少九种监测物质：一氧化碳，一氧化氮，二氧化硫，可挥发气体，温度，湿度，PM2.5，PM1.0，噪音，本实用新型对此不作限定。

可选地，所述人流信息统计装置，包括：视频摄像头和独立供电系统。

具体地，人流信息统计装置可以包括集成1080P视频摄像头、和数据传输系统，配套视频数据传输处理软件。

可选地，所述信息采集装置还可以包括：独立供电单元，也可以与环境因子时空采集系统共用供电系统，也可以是每一个移动传感器均采用独立的供电系统，比如太阳能供电装置本实用新型对此不作限定。

GNSS-RTK装置120，与所述信息采集装置通信连接，用于获取所述信息采集装置的定位信息；

具体地，GNSS-RTK装置120用于对所述信息采集装置进行 GNSS定位，获取所述信息采集装置的初始定位信息，通过RTK差分处理消除所述初始定位信息中的误差，获得所述信息采集装置的定位信息；

具体地，为了克服GNSS接收信号会产生星历误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差及接收机钟差等绝大部分误差，以及RTK接收信号会受卫星状况、电离层、数据链电台传输距离、对空通视环境、和高程异常的缺陷，本实用新型提供的GNSS-RTK装置采用GNSS/RTK高精度定位模型，基于GNSS/RTK内部差分处理技术，能有效去除星历误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差及接收机钟差等绝大部分误差，可以准确对移动中的信息采集装置110进行定位，因此可以是信息采集装置在采集实时环境信息时可以移动的地方不受限制，可以解决环境监测站地不够灵活、监测范围受限、对环境变化的适应能力较差的缺陷。

同步装置130，与所述信息采集装置和所述GNSS-RTK装置通信连接，用于接收所述定位信息和实时环境信息，输出时间同步后的定位信息和实时环境信息；

具体地，同步装置130用于对所述定位信息和所述实时环境信息进行时间同步，获得时间同步后的定位信息和实时环境信息。

具体地，可以通过同步装置130实现对采集的实时环境信息和定位信息进行精确的时间同步，进而可以保证对每一个地点基于这一地点对应的实时环境信息进行环境监测时更加精确。

本实用新型不需要布设监测设备，可以实现全天候24小时采集环境因子，可以根据需求调整采集区域，对采集区域的实时环境信息进行检测。利用GNSS/RTK/移动感知解决采样频率低、易受环境影响、监测范围不够灵活等缺陷，准确获取采样区实时环境情况。

本实用新型可进行时空数据采集、环境信息采集、数据远传及数据本地扩展通信，并支持有害气体监测，环境状态监测，可吸入颗粒物监测，噪声监测等至少四项监测内容，保证了数据采样任务的质量，减少任务执行时间和环境感知节点的部署数量、降低任务开销，并成功突破了时间和空间上数据采集限制。

可选地，所述环境因子时空采集系统，还包括：

与所述通信装置通信连接的云平台。

其中，通信装置用于将所述时间同步后的定位信息和实时环境信息传输至云平台；

云平台用于对所述时间同步后的定位信息和实时环境信息进行分析，判断所述信息采集装置所处环境是否异常。

具体地，同步后的GNSS、RTK、移动感知信息(即时间同步后的定位信息和实时环境信息)可以通过5G通道传输至云平台，云平台可以利用上述信息实现环境信息的检测以及分析展示。同时还可以收集被监测区域的附近城市分布情况、人口数量、电话等信息录入云平台，判断信息采集装置所处环境是否异常，在异常情况下云平台可以进行预警预报，根据监测程度，通知相关人员(比如用户)采取相应的应对措施。

具体地，本实用新型可以基于5G通道的三种传感器之间数据融合传输协议，采集、监测复杂环境下环境因子的状态信息，保证传输的有效性和准确性。

具体地，所述环境因子时空采集系统，还包括：

控制装置，与信息采集装置通信连接，用于接收所述定位信息；

具体地，控制装置用于基于所述信息采集装置的定位信息确定环境信息采集路线。

具体地，控制装置可以与信息采集装置110通信连接，通过接收信息采集装置110的定位信息，结合存储的充电装置的信息，计算信息采集装置的环境信息采集路线。

具体地，充电装置可以是携带定位标识的充电桩，用于给信息采集装置供电，当信息采集装置在某一充电桩充电时，则可以认为信息采集装置在此处采集实时环境数据。

具体地，环境信息采集路线可以用于发送至云平台后，云平台将其用于核对验证所述定位信息的准确性；

具体地，在某一段时间内的实时环境信息十分相似或具有规律的情况下，云平台在分析实时环境信息时可以结合环境信息采集路线进行分析并保存，比如每一个环境信息采集路线对应保存相似的环境信息的均值，以节省内存，在进行分析时也可以减少计算量。

可选地，所述环境因子时空采集系统，还包括：

太阳能车载供电装置；

具体地，太阳能车载供电装置用于给所述系统供电；

可选地，所述太阳能车载供电装置包括电源模块和太阳能供电模块。

可选地，所述电源模块为车载电源模块。

可选地，环境因子时空采集系统可以包括太阳能车载供电装置为其供电，太阳能车载供电装置可以包括电源模块和太阳能供电系统，车载电瓶供电，实现高性能低功耗。

可选地，所述环境因子时空采集系统，还包括：

计算机处理器，所述计算机处理器包括存储卡；

具体地，所述存储卡用于存储所述定位信息和实时环境信息。

具体地，环境因子时空采集系统还可以包括计算机处理器，比如采用微型计算机系统，处理器为四核处理器，用于配合环境因子时空采集系统的功能实现。并且可以配备一定内存，还可以用来安装存储卡，所述存储卡用于存储所述定位信息和实时环境信息。

图3是本实用新型提供的环境因子时空采集系统的结构示意图之二，如图3所示，环境因子时空采集系统可以包括太阳能车载供电装置为其供电；

环境因子时空采集系统还可以计算机处理器，用于配合环境因子时空采集系统的功能实现，并且可以配备一定内存，并可以安装存储卡，用于存储所述定位信息和实时环境信息；

环境因子时空采集系统还可以包括信息采集装置，其中包括至少一个移动传感器，用于采集所述信息采集装置所处环境的实时环境信息；

环境因子时空采集系统还可以包括GNSS-RTK装置，用于对所述信息采集装置进行GNSS定位，获取所述信息采集装置的初始定位信息，通过RTK差分处理消除所述初始定位信息中的误差，获得所述信息采集装置的定位信息；

环境因子时空采集系统还可以包括同步装置，用于对所述定位信息和所述实时环境信息进行时间同步，获得时间同步后的定位信息和实时环境信息；

环境因子时空采集系统还可以包括通信装置，用于将所述时间同步后的定位信息和实时环境信息传输至云平台；云平台用于对所述时间同步后的定位信息和实时环境信息进行分析，判断所述信息采集装置所处环境是否异常。

环境因子时空采集系统还可以包括控制装置，可以与信息采集装置通信连接，通过接收信息采集装置的定位信息，结合存储的充电装置的信息，计算采集器采取路线。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种环境因子时空采集系统，其特征在于，包括：信息采集装置，GNSS-RTK装置，以及同步装置；其中：

信息采集装置，包括至少一个用于采集所述信息采集装置所处环境的实时环境信息的移动传感器；

2.根据权利要求1所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述环境因子时空采集系统还包括：

与所述通信装置通信连接的云平台。

3.根据权利要求1所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述环境因子时空采集系统还包括：

4.根据权利要求1所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述信息采集装置包括以下至少一项：

采集所述实时环境信息中的人流数据的人流信息统计装置。

5.根据权利要求1所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述环境因子时空采集系统，还包括：

太阳能车载供电装置。

6.根据权利要求1所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述环境因子时空采集系统，还包括：

计算机处理器，所述计算机处理器包括存储卡。

7.根据权利要求1所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述信息采集装置还包括：独立供电单元。

8.根据权利要求4所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述人流信息统计装置，包括：视频摄像头和独立供电系统。

9.根据权利要求5所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述太阳能车载供电装置包括电源模块和太阳能供电模块。

10.根据权利要求9所述的环境因子时空采集系统，其特征在于，所述电源模块为车载电源模块。