基于城市公交网的大气监测系统及方法
【专利摘要】本发明基于城市公交网的大气监测系统及方法，所述的系统包括公交移动监测平台和城市大气环境数据处理中心，公交移动监测平台为现有的城市公交网，在行驶路线相同的公交车中间，选取一辆或多辆作为终端，每一辆终端公交车上均安装大气信息采集系统，用来采集大气信息数据，城市大气环境数据处理中心用来监控、分析、处理和存储各个时间段、各个地点的大气数据。所述的方法包括以下步骤：选取采集模式、设定相关参数、指令传到采集系统、采集大气数据、分析数据并形成报告。本发明利用公交线路遍布全市的特点，实现了对整个城市大气环境的移动监测，为环境整改和执法提供依据，由于城市公交网十分成熟，大大降低了整个布置的成本，利于大规模推
【专利说明】基于城市公交网的大气监测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城市大气环境监测领域，尤其涉及一种基于城市公交网的大气监测系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国工业化的不断发展，环境污染也日趋严重，空气中的二氧化硫（S02)、二 氧化氮（N0 2)、可吸入颗粒物（PM2.5和PM1(I)等污染物浓度越来越高，全国多个城市雾霾频 发，公众对于大气质量的关注度不断提升，而目前许多城市的环境空气监测中心站点较少， 加之信息化水平不够发达，难以满足公众详细了解空气质量状况的需求，大量增加城市空 气监测站点部署、广泛开展空气质量监测的重要性日益突出，目前一套传统的空气质量移 动检测车系统价格非常昂贵，而且无法满足整个城市分时实时监控的需要。为了进一步降 低成本，我们设计了安装于城市公交车的城市大气环境参数网络化监测系统，以满足低成 本的城市大气监测系统要求。
【发明内容】
[0003] 为解决以上技术上的不足，本发明提出一种基于城市公交网的大气监测系统及方 法，结合现有城市中公交车组成的网络，充分利用公交车线路固定和长期处于运动状态的 特点，实现了对城市中各个地点、各个时间段大气状况的准确监测。
[0004] 本发明是通过以下措施实现的：基于城市公交网的大气监测系统，其特征在于，包 括公交移动监测平台和城市大气环境数据处理中心，所述的公交移动监测平台为现有的城 市公交网，在行驶路线相同的公交车中间，选取一辆或多辆作为终端，每一辆终端公交车上 均安装大气信息采集系统，用来采集大气信息数据，所述的城市大气环境数据处理中心包 括操作平台和数据服务器，用来监控、分析、处理和存储各个时间段、各个地点的大气数据。
[0005] 进一步的，所述的信息采集系统包括空气检测仪、时钟模块、GPS模块、单片机和无 线传输模块，所述的空气检测仪、时钟模块、GPS模块和无线传输模块分别电连接到单片机 上，所述的大气数据采集装置通过电压转换电路与车载电源连接，由车载电源提供电力供 应。
[0006] 进一步的，所述的操作平台包括无线传输模块、液晶显示屏、电子地图和操作端， 所述的操作端分别电连接数据服务器、无线传输模块和液晶显示屏，所述的电子地图安装 在操作端上。
[0007] 进一步的，所述的无线传输模块米用以下传输方式中的一种：GPRS、3G、4G。
[0008] 进一步的，所述的操作端为PC机。
[0009] 基于城市公交网的大气监测方法，借用现有成熟的公交网实现城市大气环境的全 面、准确监控，所述的方法包括以下步骤： 步骤一：根据当天的天气状况，选择大气信息的采集模式； 步骤二：根据相应的采集模式，在操作平台上设定预设参数和需要采集的大气数据； 步骤三：待公交车开始运行后，操作平台将预设参数和需要采集的大气数据发送到信 息米集系统； 步骤四：信息采集系统检测到公交车处于预设参数内时，启动空气检测仪采集需要采 集的大气数据； 步骤五：对采集到的数据进行分析处理，根据分析结果对当天的大气环境状况进行评 估，完成监测报告。
[0010] 进一步的，所述的采集模式包括全程采集、定时采集和定点采集。
[0011] 进一步的，所述的预设参数为某一个时间点(段）或某一个地点的经纬度坐标值。 [0012] 进一步的，在步骤五中，对于检测到的数据，每15分钟采用1次，然后将一天的数 据汇总，按照1平方千米的正方形区域、4平方千米的正方形区域、25平方千米的正方形区 域三种不同的区块划分市区，对监测点及其浓度分别作小时等值线图、日等值线图、周等值 线图、月等值线图和年等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图。
[0013] 本发明的有益效果是：利用公交线路遍布全市的特点，实现了对整个城市大气环 境的移动监测，同时利用公交线路重复运行的特点，可以实现对特定地点的全天检测，以判 断工厂排污对环境的影响，为环境整改和执法提供依据，而且，由于多条公交线路群补或部 分重合的特点，可以采集同一地点同一时间段内的多个数据，并最终形成直观的浓度等值 线图及区块浓度分布图，大大提高了数据的全面性和准确性，由于城市中现有的公交网十 分成熟，可以大大降低整个系统布置的成本，利于大规模推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明大气监测系统的结构原理框图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图做进一步的说明。
[0016] 如图1所示基于城市公交网的大气监测系统，包括公交移动监测平台和城市大气 环境数据处理中心，所述的公交移动监测平台为现有的城市公交网，每一辆公交车上均安 装大气信息采集系统，用来采集大气信息数据，所述的信息采集系统包括空气检测仪、时钟 模块、GPS模块、单片机和无线传输模块，所述的空气检测仪、时钟模块、GPS模块和无线传 输模块分别电连接到单片机上，所述的大气数据采集装置通过电压转换电路与车载电源连 接，由车载电源提供电力供应；所述的城市大气环境数据处理中心包括操作平台和数据服 务器，用来监控、分析、处理和存储各个时间段、各个地点的大气数据，所述的操作平台包括 无线传输模块、液晶显示屏、电子地图和操作端，所述的操作端分别电连接数据服务器、无 线传输模块和液晶显示屏，所述的电子地图安装在操作端上，整个公交的运行位置和采集 数据状态可以在显示屏上显示，数据服务器可以存储所有数据。其中，所述的无线传输模块 采用以下传输方式中的一种：GPRS、3G、4G ;所述的操作端为PC机。根据实际需要，空气检测 仪采集的大气数据为二氧化硫（S02 )、二氧化氮（N02 )、可吸入颗粒物（PM2. 5和PM10 )、一氧 化碳（C0)、臭氧（03)中的一种或多种。
[0017] 基于上述的城市公交网的大气监测系统，设计了一种相应的监测方法，借用现有 成熟的公交网实现城市大气环境的全面、准确监控，所述的方法包括以下步骤： 步骤一：根据当天的天气状况，选择全程采集、定时采集和定点采集三种采集模式中的 一种； 步骤二：根据相应的采集模式，在操作平台上设定预设参数和需要采集的大气数据，所 述的预设参数为某一个时间点(段）或某一个地点的经纬度坐标值； 步骤三：待公交车开始运行后，操作平台将预设参数和需要采集的大气数据发送到信 息米集系统； 步骤四：信息采集系统检测到公交车处于预设参数内时，启动空气检测仪采集需要采 集的大气数据； 步骤五：对采集到的数据进行分析处理，根据分析结果对当天的大气环境状况进行评 估，完成监测报告，具体过程为： 1、每15分钟采用1次数据，由处理系统作出等值线图及区块浓度分布图，处理效果如 下： 1) 1平方千米的正方形区域为一个区块每1小时把4次采样及分析数据汇总分析处 理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图，并按 区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0018] 2)4平方千米的正方形区域为一个区块每1小时把4次采样及分析数据汇总分析 处理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图，并 按区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0019] 3) 25平方千米的正方形区域为一个区块每1小时把4次采样及分析数据汇总分 析处理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图， 并按区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0020] 2、将数据汇总的时段划分为：5-11、11 -17、17-23共3个时段，分别对应上午、下午 和晚上，处理要求如下： 1) 1平方千米的正方形区域为一个区块每6小时把24次采样及分析数据汇总分析处 理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图，并按 1平方千米区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0021] 2) 4平方千米的正方形区域为一个区块每6小时把24次采样及分析数据汇总分 析处理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图， 并按区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0022] 3)25平方千米的正方形区域为一个区块每6小时把24次采样及分析数据汇总分 析处理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图， 并按区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0023] 3、因夜间不开公交车，一天监测的实际时间初步设定为18小时，要求如下： 1) 1平方千米的正方形区域为一个区块每18小时把72次采样及分析数据汇总分析处 理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图，并按 区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0024] 2) 4平方千米的正方形区域为一个区块每18小时把72次采样及分析数据汇总分 析处理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布图， 并按区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0025] 3) 25平方千米的正方形区域为一个区块每18小时把72次采样及分析数据汇总 分析处理，给出监测点及其浓度等值线图；对区块及区块采样点平均浓度作区块浓度分布 图，并按区块的浓度不同，用不同的颜色进行标识做图。
[0026] 经过上述三大步骤后，每个区块均已得到日浓度变化图，分析、处理一周7天的数 据，作出按周浓度变化图，最终再作出月浓度变化图及年浓度变化图。各时段浓度与国家空 气质量标准对比，对高于标准的区块发出报警，指导环保部门实施相关措施。
[0027] 下面，通过对不同采集模式下的具体实现过程，进一步阐述上述方法。
[0028] 选择全程采集时，可以采取以下两种预设参数：1)不限定时间和地点；2)设定时 间段为24小时，地点为全城。经过设定后，一旦公交车运行，信息采集系统会全天候工作， 当检测仪器采集完一次数据并上传后，会马上开始下一次数据采集过程，实时采集所用大 气环境数据，这样一来，虽然采集到的数据非常全面、准确，但是，会造成消耗的电力极多， 而且由于采集到的数据量太大，给后期分析处理造成困扰，必须建立大型的数据处理中心 对数据进行处理，成本过高。
[0029] 选择定时采集后，需要设定一个确定的时间点，比如上午10 :00,或者一个时间 段，比如10:00-11:00,设定好后，当单片机检测到时钟模块的时间到达指定时间时，就会 启动空气检测仪，采集相关数据。此时，由于各个终端公交车分布在市区内的各个区域，因 此可以获得某个时间点或时间段内的全市大气数据情况。
[0030] 选择定点采集后，从操作平台上安装的电子地图上选取需要监测的坐标点，利用 GPS模块，当单片机检测到该辆公交车位于指定坐标点100米范围内时，就会启动空气检测 仪,采集相关数据。由于空气检测仪检测大气数据时，需要1-5分钟的抽气时间，因此可以 将坐标点设置在公交停靠的站牌处，从而延长公交车停留在预设地点范围内的时间，即增 加了稳定采用的时间，达到更好的检测效果。
[0031] 当然，为了尽量减少采集到的数据，提高采集数据的针对性，可以同时设定时间和 地点，当同时满足两个设定需求时，再进行数据采集。也可以通过操作平台观察终端公交车 的位置，实时控制每一个终端公交车在指定地点采集大气数据，实现更加精确的数据采集。
[0032] 以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本专利的保护范围。
【权利要求】
1. 基于城市公交网的大气监测系统，其特征在于，包括公交移动监测平台和城市大气 环境数据处理中心，所述的公交移动监测平台为现有的城市公交网，在行驶路线相同的公 交车中间，选取一辆或多辆作为终端，每一辆终端公交车上均安装大气信息采集系统，用来 采集大气信息数据，所述的城市大气环境数据处理中心包括操作平台和数据服务器，用来 监控、分析、处理和存储各个时间段、各个地点的大气数据。
2. 根据权利要求1所述的基于城市公交网的大气监测系统，其特征在于，所述的信息 采集系统包括空气检测仪、时钟模块、GPS模块、单片机和无线传输模块，所述的空气检测 仪、时钟模块、GPS模块和无线传输模块分别电连接到单片机上，所述的大气数据采集装置 通过电压转换电路与车载电源连接，由车载电源提供电力供应。
3. 根据权利要求1所述的基于城市公交网的大气监测系统，其特征在于，所述的操作 平台包括无线传输模块、液晶显示屏、电子地图和操作端，所述的操作端分别电连接数据服 务器、无线传输模块和液晶显示屏，所述的电子地图安装在操作端上。
4. 根据权利要求1-3任意一项所述的基于城市公交网的大气监测系统，其特征在于， 所述的无线传输模块米用以下传输方式中的一种：GPRS、3G、4G。
5. 根据权利要求1-3任意一项所述的基于城市公交网的大气监测系统，其特征在于， 所述的操作端为PC机。
6. 基于城市公交网的大气监测方法，借用现有成熟的公交网实现城市大气环境的全 面、准确监控，所述的方法包括以下步骤： 步骤一：根据当天的天气状况，选择大气信息的采集模式； 步骤二：根据相应的采集模式，在操作平台上设定预设参数和需要采集的大气数据； 步骤三：待公交车开始运行后，操作平台将预设参数和需要采集的大气数据发送到信 息米集系统； 步骤四：信息采集系统检测到公交车处于预设参数内时，启动空气检测仪采集需要采 集的大气数据； 步骤五：对采集到的数据进行分析处理，根据分析结果对当天的大气环境状况进行评 估，完成监测报告。
7. 根据权利要求6所述的基于城市公交网的大气监测方法，其特征在于，所述的采集 模式包括全程米集、定时米集和定点米集。
8. 根据权利要求6或7所述的基于城市公交网的大气监测方法，其特征在于，所述的预 设参数为某一个时间点(段）或某一个地点的经纬度坐标值。
9. 根据权利要求8所述的基于城市公交网的大气监测方法，其特征在于，在步骤五中， 对于检测到的数据，每15分钟采用1次，然后将一天的数据汇总，按照1平方千米的正方形 区域、4平方千米的正方形区域、25平方千米的正方形区域三种不同的区块划分市区，按照 时间分别作日等值线图、周等值线图、月等值线图和年等值线图。
【文档编号】G01N33/00GK104215744SQ201410489466
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】李青, 陈庆锋, 刘伟, 马君健, 高新国, 赵凌曦, 丁世刚, 张婧 申请人:山东省分析测试中心