的实时采集、显示以及统计分析后形成的各种专题图也应是在城市空间地域上进行的空间展布，所以系统应用层的开发采用了地理信息系统。本文中应用层的研发，采用ESRI ArcGIS Sever 9.3作为地理信息系统GIS开发服务平台，以Java作为应用层的开发语言，其数据管理则采用了 Oraclellg。研发的系统应用层是基于B/S模式的网络地理信息系统WEBGIS，实现对城市大气环境变化的实时动态监测，为环境治理提供技术支持。系统在数据划分上，分为基础地理空间数据库、实时监测数据库、综合分析数据库和专家知识数据库。基础地理空间数据库用于实现对城市地理空间信息和网络采集节点信息的管理；实时监测数据库用于实现对环境采集数据、采集节点工作状态和网络运营状态的管理；综合分析数据库用于实现环境数据统计分析、网络节点运行状态统计分析和各节点运行状态统计分析；专家知识数据库用于存储环境等级衡量标准、环境状况预测算法、环境治理方法和网络节点运营评价方法。
[0042]如图9所示，为Zigbee网络通信发生故障时，通过图2所示的最短路径法仍不能建立起新的网络连接时。故障处前的首个Zigbee路由器便会自动将该路由节点采集和接收到的数据存储在基于51单片机的存储单元中。其工作流程如下:Zigbee路由器检测到无法将数据有效的传输至下一路由器节点并无法建立起新的连接时，便向通信功能板中的51单片机发出信号传输申请，待接到单片机的肯定应答后，便开始将数据传输至与单片机连接的存储单元，待故障恢复后，再将数据经Zigbee网络传输至环境监测中心。
[0043]如图10所示，为系统的网络节点管理界面。系统实时侦听并监测各子网中协调器节点和路由器节点的入网状态是否正常，并对各节点上的传感器进行异常诊断，以实现对感知层大气环境监测无线传感网络的网络管理；实现对新增入网或已离网的路由器/协调器节点以及各传感器的增加与删除等管理与维护功能。
[0044]如图11所示，为系统根据专家知识，对实时采集的大气环境监测数据进行统计分析，渲染大气环境变化趋势，对城市区域环境质量等级进行空间地域划分，产生的环境质量专题图。
[0045]本发明是针对大气环境污染问题，研发的一种大气环境实时动态监测技术系统，采用Zigbee无线自组网技术研发了系统感知层的无线传感网，实现对大气环境相关参数的实时动态采集与传输，实现了低成本运行；通过GPRS技术实现了系统感知层和应用层间的数据交互，实时动态采集并传输大气环境监测数据至系统应用层；采用地理信息系统GIS技术和数据库技术研发了 B/S模式下基于WEBGIS的系统应用层，实现了在城市地域空间上对大气环境采集数据的实时动态监测与统计分析，能更直观的展示城市各区域大气环境的质量状况、污染程度、发展趋势。该系统组网灵活、易布设、易维护，为城市大气环境的监视与控制提供了良好的技术支撑与数据依据，具有良好的应用和推广价值。
[0046]本发明未公开涉及到该系统设计的某些具体技术细节及参数，但对系统的实施方案进行了详细的描述。凡是利用本发明的思想且在权利要求范围内的任何创造均在保护之列。
【主权项】
1.该系统用于大气环境实时动态监控，并以WebGIS的地图为背景进行显示；它包括:多个数据采集终端、多条Zigbee通信子网、多个GPRS通信模块、一个环境监测中心，一个WebGIS服务器、数据库和多个显示终端，其中数据采集终端上又有多个监测用传感器；其工作流程如下: (1)数据采集终端上的传感器对大气中的各种成分的含量进行检测； (2)监测数据由数据采集终端上的路由器节点，转发给上级路由器； (3)监测数据经层层上传，传输至子网协调器； (4)子网协调器将来自该子网所有路由器数据进行汇总，然后传输给与该协调器连接的GPRS模块； (5)GPRS模块将接收到的数据传输到环境监测中心； (6)环境监测中心对来自各GPRS模块的数据进行汇总和归类，然后存储到对应数据库； (7)环境监测中心对数据进行分析和挖掘，并将分析结果反馈给WebGIS服务器，实现与WebGIS的信息交互； ⑶WebGIS服务器将各种处理结果，显示在以基本地图为背景的界面上； (9)用户和管理人员可以通过Web浏览器和手机移动终端访问WebGIS服务器，获得需要的信息。
2.如权利要求1所述，将Zigbee技术应用到大气环境监测系统的数据采集和传输。
3.将Zigbee局域网和GPRS模块结合起来，由Zigbee网络对数据进行采集和汇总，由GPRS模块对汇总后的数据进行发送。
4.每一个终端节点有一个唯一的识别号，它通过通信网络发给环境监测中心的信息包括该唯一识别号，实时时间、设备故障信息和环境监测数据。
5.其特征在于信息采集和传输部分，以无线的形式进行传输，并接入到移动通信网络。监管中心和用户端通过TCP/IP网络协议接入Internet，实现数据的管理和访问。
6.实现环境监测数据的储存，管理，查询以及与WebGIS的信息交互。
7.如权利要求1所述，在基本地图背景上，以图元和文本的形式将被监测到的内容显示在地图的对应位置上。
8.基本信息的管理，对安装在城市各处的网络节点设备进行新建、修改、添加和删除等操作。
9.历史数据查询和分析，对数据库内某时间范围内的基本信息、故障信息以及维修信息进行数据查询、统计和报表。
10.故障信息的管理，对设备的故障信息数据进行新建和删除，并将故障信息显示在WebGIS页面上。
11.当Zigbee网络故障时，会以最小路径的原则，建立起新的信号传输路径。
12.每个通信核心功能板上安装有基于51单片机的数据存储单元，用于故障时刻的数据存储。存储单元的控制芯片为51系列单片机或ARM处理器等均在权利要求范围之内。
13.维修信息管理，对备用设备的剩余数量和储存位置、维修历史记录等进行统一管理。
14.系统在数据划分上，分为基础地理空间数据库、实时监测数据库、综合分析数据库和专家知识数据库；基础地理空间数据库用于实现对城市地理空间信息和网络采集节点信息的管理；实时监测数据库用于实现对环境采集数据、采集节点工作状态和网络运营状态的管理；综合分析数据库用于实现环境数据统计分析、网络节点运行状态统计分析和各节点运行状态统计分析；专家知识数据库用于存储环境等级衡量标准、环境状况预测算法、环境治理方法和网络节点运营评价方法。
15.该系统提供的工程信息查询功能是以图标以及卫星地图的方式实现的。
【专利摘要】针对城市大气环境污染问题，融合ZigBee和WebGIS技术研发了城市大气环境实时动态监测系统,它包括若干监测点、一个数据传输网络、一个数据监测中心和一个在线服务系统。该系统分为感知层和应用层。系统感知层是基于ZigBee无线自组网技术的硬件无线传感网，负责城市大气环境监测指标的实时动态采集与传输；系统应用层是基于WebGIS的城市大气环境实时动态监测软件系统，该系统监测城市大气环境分布与实时动态变化，精确定位污染源地理位置并预警污染事故的发生。感知层与应用层通过GPRS方式实现数据的双向传输，系统的数据管理采用Oracle11g实现。运行结果表明，该系统实现了对大气环境监测数据的自适应采集以及实时、可靠地高效传输，为城市大气环境治理提供可靠的技术支持。
【IPC分类】G01D21-02, H04L29-08
【公开号】CN104713600
【申请号】CN201510125762
【发明人】王素珍
【申请人】青岛理工大学, 山东科技大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月20日