区域空气质量智能实时发布系统的制作方法

本发明涉及空气监测技术领域，具体涉及区域空气质量智能实时发布系统。

背景技术：

目前的空气质量检测，一般需要专业人员带着仪器上门，一次智能检测一个时间点或一个时间段的数据，不能反映空气质量的变化，而且不能多参数同时采集，无法智能化联网等弊端。空气质量监测主要是对空气中的常规污染因子和气象参数进行24小时连续在线的监测，将分析出的数据提供给客户作为空气质量好坏的参考，并辅助环保决策，其中待监测因子包括：污染颗粒物、二氧化碳、氧气、甲醛、以及其他有害物质等。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供区域空气质量智能实时发布系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了区域空气质量智能实时发布系统，该系统包括数据采集模块、数据发布终端、多个用户模块；数据采集模块用于采集空气质量监测区域内的空气质量监测数据，数据采集模块包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的数据采集区域的中心位置，四个中继节点设置于数据采集区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述数据采集区域内；传感器节点负责采集空气质量监测数据并将空气质量监测数据发送至其中一个中继节点，中继节点将接收的空气质量监测数据单跳发送至汇聚节点，汇聚节点汇聚所接收的空气质量监测数据，并发送至所述数据发布终端；所述数据发布终端与多个用户模块连接，以将接收到的空气质量监测数据发送至所述多个用户模块。

在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括以下传感器的一种或多种：

粉尘传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的粉尘污染物的浓度；

pm2.5传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的pm2.5污染物的浓度；

甲醛传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的甲醛污染物的浓度；

有毒气体传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的有毒气体的浓度；

异味传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的异味的浓度；

二氧化碳传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的二氧化碳的浓度。

在一种实施方式中，所述数据发布终端包括用于存储各传感器节点采集的空气质量监测数据的存储单元、用于显示各传感器节点采集的空气质量监测数据的信息显示单元，以及用于将空气质量监测数据发送至所述多个用户模块的发布单元。

进一步地，所述数据发布终端还包括在线报警单元，用于对空气质量监测数据进行分析，在空气质量监测数据不符合设定的阈值条件时输出报警信息。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术，实现了一定区域内的空气质量监测数据的采集，且能完成空气质量监测数据的实时发布。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的区域空气质量智能实时发布系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的数据发布终端的结构示意框图。

附图标记：

数据采集模块1、数据发布终端2、用户模块3、存储单元10、信息显示单元20、发布单元30、在线报警单元40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了区域空气质量智能实时发布系统，该系统包括数据采集模块1、数据发布终端2、多个用户模块3；数据采集模块1用于采集空气质量监测区域内的空气质量监测数据，数据采集模块1包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的数据采集区域的中心位置，四个中继节点设置于数据采集区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述数据采集区域内；传感器节点负责采集空气质量监测数据并将空气质量监测数据发送至其中一个中继节点，中继节点将接收的空气质量监测数据单跳发送至汇聚节点，汇聚节点汇聚所接收的空气质量监测数据，并发送至所述数据发布终端2；所述数据发布终端2与多个用户模块3连接，以将接收到的空气质量监测数据发送至所述多个用户模块3。

在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括以下传感器的一种或多种：

粉尘传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的粉尘污染物的浓度；

pm2.5传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的pm2.5污染物的浓度；

甲醛传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的甲醛污染物的浓度；

有毒气体传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的有毒气体的浓度；

异味传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的异味的浓度；

二氧化碳传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的二氧化碳的浓度。

在一种实施方式中，如图2所示，所述数据发布终端2包括用于存储各传感器节点采集的空气质量监测数据的存储单元10，以及用于显示各传感器节点采集的空气质量监测数据的信息显示单元20。数据发布终端2还包括用于将空气质量监测数据发送至所述多个用户模块3的发布单元30。

进一步地，所述数据发布终端2还包括在线报警单元40，用于对空气质量监测数据进行分析，在空气质量监测数据不符合设定的阈值条件时输出报警信息。所述的输出报警信息，包括向多个用户模块3输出报警信息，和/或向信息显示单元20输出报警信息。

本实施例实现了对空气质量异常的及时预警。

其中阈值条件的设定，可以根据实际情况进行设置。在一种实施方式中，可针对不同空气质量监测数据设置不同的标准阈值，当空气质量监测数据超出对应的标准阈值判定该空气质量监测数据为异常，进而输出报警信息。其中，该报警信息可包括异常的空气质量监测数据，和/或异常的空气质量监测数据产生的位置。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术，实现了一定区域内的空气质量监测数据的采集，且能完成空气质量监测数据的实时发布。

在一种能够实现的方式中，传感器节点将土壤质量感知数据发送至其中一个中继节点，具体为：传感器节点与最近的中继节点的距离不超过设定的距离阈值时，传感器节点直接将土壤质量感知数据发送至该最近的中继节点，否则，计算其邻居节点的权值，并选择权值最大的邻居节点作为下一跳节点，将土壤质量感知数据发送至该下一跳节点，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点。

其中，所述的权值的计算公式为：

式中，skq为传感器节点k的第q个邻居节点的权值，wkq为传感器节点k与其第q个邻居节点的距离，为所述第q个邻居节点与第t个中继节点的距离，wkα为传感器节点k与其第α个邻居节点的距离，为所述第α个邻居节点与第t个中继节点的距离，nk为传感器节点k的邻居节点个数，e1、e2为设定的权重系数。

本实施例创新性的设定了权值的计算公式，本实施例中，传感器节点与最近的中继节点的距离超过设定的距离阈值时选择权值最大的邻居节点作为下一跳节点，将土壤质量感知数据发送至该下一跳节点，有利于节省土壤质量感知数据传输至中继节点的能耗，进一步节省系统在土壤质量感知数据收集方面的成本。

本发明实现了农田土壤质量的监测，能够实时将土壤的情况进行记录和分析，在土壤质量感知数据不满足条件时及时预警，提高了农田监测的自动化程度以及数据采集精度。

在一种能够实现的方式中，将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内后，将监测区域平均划分为g个方形网格区域，从g个方形网格区域选择g个监测需求力度大的区域作为待优化区域，并判断待优化区域是否满足覆盖率不足条件，若存在待优化区域j满足覆盖率不足条件，则在待优化区域j中增加部署传感器节点；传感器节点模型采用布尔感知模型，传感器节点感知半径异构，任意传感器节点的感知半径可在[pmin，pmax]范围内调节，其中pmax和pmin分为传感器节点感知半径的上下限，设定所述覆盖率不足条件为：

式中，na表示第a个待优化区域内已部署的传感器节点数量，ha为所述第a个待优化区域的面积；ft为预设的覆盖率阈值，i为监测需求力度影响因子，i的取值范围为[0.10，0.20]。

本实施例将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内后，将监测区域平均划分为多个方形网格区域，从中选择监测需求力度较大的方形网格区域作为待优化区域，并检测待优化区域的网络覆盖率是否过低。本实施例创新性地设定了检测待优化区域的网络覆盖率是否过低的标准，即覆盖率不足条件，进而在满足覆盖率不足条件的区域中增加部署传感器节点，有利于优化监测需求力度较大的方形网格区域中的传感器节点部署，进一步保障监测需求，提升无线传感器网络的监测性能。

在一个实施例中，在待优化区域j中增加部署传感器节点，包括：

(1)将待优化区域j分成多个方形网格子区域，按照下列公式计算每个方形网格子区域的最大可能覆盖率：

式中，fd为待优化区域j中第d个方形网格子区域的最大可能覆盖率，nd为所述第d个方形网格子区域中的传感器节点数量，hd为所述第d个方形网格子区域的面积大小，为预设的调节因子，的取值范围为[0.20，0.40]；

(2)计算所有方形网格子区域的平均最大可能覆盖率favg，将最大可能覆盖率小于favg的方形网格子区域作为节点增添区域；

(3)在每个节点增添区域中增加部署1个传感器节点。

在一种实施方式中，所述在每个节点增添区域中增加部署1个传感器节点，具体为：若节点增添区域中没有传感器节点，则在节点增添区域的中心位置增加部署1个传感器节点；若节点增添区域中已部署有传感器节点，计算节点增添区域的重心位置，并在与节点增添区域邻接的方形网格子区域中，选取与所述重心位置最近的传感器节点作为基准节点，在重心位置与所述基准节点连线的中点处增加部署1个传感器节点；其中按照下列公式计算节点增添区域的重心位置：

式中，rc表示节点增添区域c的重心位置，x(b)表示所述节点增添区域c中第b个传感器节点所在位置的横坐标，y(b)为所述第b个传感器节点所在位置的纵坐标，其中以汇聚节点为坐标原点，nc为所述节点增添区域c具有的传感器节点个数。

本实施例设定了在待优化区域中增加部署传感器节点的具体机制，该机制通过将待优化区域分成多个方形网格子区域，基于最大可能覆盖率确定节点增添区域，并进一步设定了在节点增添区域中增加部署传感器节点的具体位置确定方式。本实施例有利于在增加网络覆盖率的基础上进一步均衡传感器节点的分布，尽量减少覆盖空洞，进而提升无线传感器网络的监测性能，延长网络生存时间。

利用上述无线传感器网络技术，本发明实现了对空气质量监测数据的采集和实时发布。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。