一种基于大数据的环境监测系统的制作方法

本发明涉及环境检测领域，具体涉及一种基于大数据的环境监测系统。

背景技术

随着工业化和城市化的迅速发展，随之而来也带来了环境污染的问题，人们需要及时获知自己工作、居住的环境质量是否达标，以便合理安排出行，同时，相关环境监控部门也在时刻关注城市环境质量，以便于对城市的整体规划进行有效、合理安排。因此，对城市环境质量的监测显得尤为重要。现在，虽然工厂选址多为人烟稀少的位置，但是考虑到运输、销售等成本问题，建设的工厂离城区还是比较近的；除了新建的工厂，原来修建的旧工厂，其排放的废物更多，对环境的污染更大，并且，旧工厂在选址初期没有条件考虑附近的居民区，导致工厂附近的居民区其污染较为严重，这极度影响了居住在工厂的附近的居民的身体健康。现有技术中，虽然有针对环境质量检测的系统，但是其主要用于检测城市环境，而不能针对性的检测工厂附近的环境，不能够为生活在工厂附近的居民及时反馈周围环境对身体的伤害指数。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术不能针对性的检测工厂附近的环境，不能够为生活在工厂附近的居民及时反馈周围环境对身体的伤害指数，目的在于提供一种基于大数据的环境监测系统，对工厂附近的环境数据进行监测，一方面可以为居民反馈居住环境的各个数据的变化，另一方面也可以提高政相关环境监控部门对工厂排污的监管，通过控制工厂附近环境数据的变化，实现以工厂附近的小环境领域控制向外辐射的大环境领域，降低环境污染的程度以及缩小环境污染的范围。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于大数据的环境监测系统，包括湿度监测模块、温度监测模块、气体监测模块、中央处理装置、远程监控装置、供电装置、显示装置、存储装置，湿度监测模块用于监控空气湿度，温度监测模块用于检测居民区局部温度，气体监测模块用于检测工厂排放的废气中有毒物质的含量，便于居民提前做好出行的防护准备；中央处理装置用于接收湿度监测模块、温度监测模块、气体监测模块所采集的数据，对相应的数据进行分类和标记，将处理后的数据供显示装置显示和存储装置存储；远程监控装置用于接收中央处理装置发送的数据并对接收的数据进行相应的处理分析；供电装置用于为湿度监测模块、温度监测模块、气体监测模块、中央处理装置、存储装置供电；显示装置用于将中央处理装置接收到的数据向居民进行适时公示；存储装置用于备份中央处理装置接收的数据；还包括第三外壳，第三外壳为柱体结构，湿度监测模块、温度监测模块、气体监测模块设置在第三外壳的内部，气体监测模块包括碳氢化合物检测器、氮氧化合物检测器、硫化物检测器，碳氢化合物检测器、氮氧化合物检测器、硫化物检测器的检测端透过第三外壳的壳壁延伸至第三外壳的外部。

工厂排出的废气以及工业粉尘在经过工厂的一定净化后再排入大气中，风对排入大气中的废气及粉尘具有显著的传输、冲淡、稀释和扩散作用，表现在两个方面，一是沿主导风向水平偏下输送，二是在输送过程中不断混入空气，使污染物被冲淡、稀释，然而，尽管大气能够对废气进行稀释，但是废气还是以工厂的烟囱处为浓度最高的地方，并不定向的向外扩散，浓度逐渐降低；在向外扩散的过程中，废气的扩散浓度的主要影响是风。风向是受地势、位置、季节多种因素的影响，在季节的变化下，会存在一个主导风向，主导风能够对废气进行扩散，但是除了主导风还有其他小的不定向的风向，这些都是会对废气的流向产生较大的影响，而风向的不同为生活在工厂附近的居民区带来的后果也是大不一样的。现有技术中，并没有针对工厂附近的居民居住的环境的专门的检测设备，导致居民在潜移默化中对身体造成不可逆转的伤害，而居民由于种种原因并不能离开相应的居住区，导致自己的身体受影响，同时，也很有可能造成下一代的叠加伤害，现有技术中，可以在查看当地天气的同时看到当地的空气质量状况，但是这个数据是较为宽泛的数据，对于特定的区域例如工厂附近的空气，这个数据是不具备参考性的。为了减轻工厂附近的居民区受伤害的程度，本发明设置各种检测装置，从而为生活在工厂附近的这一特定区域的居民提供相应的空气质量的判断依据，使居民能够根据这个特定区域不同的空气质量采取不同的防护措施。本发明设置了湿度监测模块，可以监测工厂附近的空气湿度，空气湿度越大，空气中的pm2.5其扩散的速度越慢，可以间接判断pm2.5的消散速度以及未来一定时间内的浓度变化；本发明设置了温度监测模块，废气中有碳氢化合物，碳氢化合物会使得温度偏高，通过温度监测模块测量居民区的温度为居民提供较准确的温度信息。同时采集的温度信息有助于研究工厂废气的排放对当地温度影响的规律。设置了气体监测模块，对居民区的空气质量中的有害物质进行监管，辅助居民判断空气质量的等级，便于居民采取相应的防范措施；气体监测模块包括碳氢化合物检测器、氮氧化合物检测器、硫化物检测器，对工厂中排放的碳氢化合物、氮氧化合物和硫化物等对环境影响较大的物质进行检测。湿度监测模块、温度监测模块、气体监测模块采集的数据传输至中央处理装置，中央处理装置对采集的数据进行收集整理，中央处理装置可以通过远程监控装置将数据发送至相关空气质量监管部门，辅助监管工厂的排放情况，避免工厂的违规排放；中央处理装置可以发送至显示装置，显示装置直接面向居民，居民可以直观、准确、即时、及时的查看当前空气的质量状况；中央处理装置可以发送至存储装置中，存储装置作为本地存储装置，对数据进行有效的备份，防止设备的异常工作带来的数据的丢失。为了便于对湿度监测模块、温度监测模块、气体监测模块的管理和保护，设置第三外壳，第三外壳可以对内部的监测模块进行保护，避免外界环境中的灰尘、雨水等因素造成监测模块的损坏，同时还可以减小监测模块所占的体积，便于监测模块的位置移动和管理。

进一步地，一种基于大数据的环境监测系统，还包括第一外壳、风向监测模块，第一外壳、第三外壳由上至下依次设置形成柱体结构；风向监测模块用于检测工厂附近的风向，便于判断工厂的废气排放的流向；风向监测模块设置在第一外壳中，风向监测模块包括风标、连接杆、码盘、光电组件，连接杆竖直设置在第一外壳的上侧中部，连接杆的底部与第一外壳连接；风标连接在连接杆的顶端；码盘连接在连接杆的底端，并与连接杆联动，光电组件与码盘连接，所述光电组件与中央处理装置连接，当风标随风向变化而转动时，通过连接杆带动码盘在光电组件的缝隙中的转动，产生的光电信号对应当时风向的格雷码并输出至中央处理装置。

本发明设置了风向监测模块，对工厂附近的风向进行检测，通过风向和风速实时判断工厂的废气的流动方向，间接的判断废气对居民区的影响程度；风向监测模块中包括风标，风标需要处于最高点，因此将风向监测模块设置在第一外壳中，通过风标随风的摆动，风标带动码盘通过光电组件得到风向数据。将第一外壳和第三外壳做成上下连接结构，一方面使功能模块分层，便于设备的组装、运输、检修，同时还能够将风向监测模块放置在更高的位置，使得风向监测模块能够感受到更准确的风向。

进一步地，一种基于大数据的环境监测系统，还包括连接轴、第二外壳、风速监测模块，第一外壳、第二外壳、第三外壳由上至下依次设置形成柱体结构，连接轴的上端连接在第一外壳的下侧中部，连接轴的下端连接在第二外壳的上侧中部；风速监测模块用于检测工厂附近的风速，便于判断工厂排放的废气的沉降范围；风速监测模块设置在第一外壳与第二外壳之间，风速监测模块包括多齿转杯、狭缝光耦、杯组件，杯组件包括一个倒置的套筒、三根杆件和三个杯具，三根杆件的一端均匀连接在套筒外侧，三根杆件处于同一水平面上，三个杯具分别连接在三根杆件的另一端置空，套筒套接在连接轴的上端，套筒与连接轴之间相对滑动；多齿转杯连接在套筒的顶端，狭缝光耦与多齿转杯连接，狭缝光耦与中央处理装置连接；当杯具受到水平风力作用而旋转时，通过多齿转杯在狭缝光耦中的转动，向中央处理装置输出频率的信号。

本发明设置了风速监测模块，对工厂附近的风速进行检测实时判断；风速监测模块设置在风向监测模块的下侧，为了减小外壳对风速监测模块的干扰，第一外壳和第二外壳通过连接轴分离形成空腔，使得风速监测模块处于第一外壳和第二外壳之间的空腔中，监测风速。将第一外壳、第二外壳和第三外壳做成上下连接结构，一方面使功能模块分层，便于设备的组装、运输、检修，同时还能够将风向监测模块放置在更高的位置，使得风向监测模块能够感受到更准确的风向，第一外壳和第二外壳之间设置风速监测模块，可以节约监测空间，使整个监测系统本身处于同一竖直空间内，同时只使用连接轴，可以避免对风速监测模块产生阻挡因素，造成数据的不准确。

进一步地，一种基于大数据的环境监测系统，还包括风力发电装置，风力发电装置包括扇叶、转筒、升速齿轮箱、交流发电机、整流器、微控制器、逆变器、电池组，转筒套接在连接轴上，转筒与连接轴联动；扇叶有三片，三片扇叶均匀设置在转筒的外表面；升速齿轮箱连接在连接轴的底端，所述升速齿轮箱、交流发电机、整流器、微控制器、逆变器、电池组依次连接；升速齿轮箱、交流发电机、整流器、微控制器、逆变器、电池组设置在第二外壳中。

考虑到风向监测模块、风速监测模块、温度监测模块、湿度监测模块、气体监测模块需要一定的电量，但是其电量需求量不大，因此设置了简易的风力发电装置，依靠风力产生一定的电量进行供电。风力发电装置中为了增强与风的接触面，将扇叶做成了板状，为了增强风在扇叶表面的驱动力，将扇叶的倾斜设置，扇叶迎风带动转筒转动，升速齿轮箱将转筒的驱动力转换为转速更高的驱动力，然后驱动交流发电机产生交流电，交流电通过整流器、微控制器、逆变器转换为直流电，将直流电存储与电池组中。

进一步地，扇叶上设置有圆形通道，圆形通道的两端的圆心的连线与扇叶的表面之间的夹角为锐角；在扇叶中还设置有pm2.5检测器，pm2.5检测器的数量有三个，三个pm2.5检测器分别设置在三片扇叶的圆形通道中；三个pm2.5检测器检测的数据传输至中央处理装置中，中央处理装置对三个数据取平均值并作为pm2.5检测结果。扇叶是与风接触得最多的部件，在扇叶上做一个通孔，不会妨碍风驱使扇叶运动，在通孔内设置pm2.5检测器，可以实现对空气中pm2.5的检测，因为扇叶总是对着迎风面的，因此空气中pm2.5的含量会更准确；由于三个扇叶其运动过程中，虽然频率一致，但是风随时都在变化，导致每个扇叶接触的风的含量是不一样的，为了提高数据的准确性，在每个扇叶上设置一个pm2.5检测器，再将三个pm2.5检测器的结果取平均数，作为最终的pm2.5的含量。

进一步地，第一外壳、第二外壳、第三外壳由上至下依次设置形成四棱柱体结构，四棱柱体结构的横截面为等腰梯形，等腰梯形的上底和下底为弧形，上底的宽度小于下底的宽度的1/3；湿度监测模块、温度监测模块、碳氢化合物检测器、氮氧化合物检测器、硫化物检测器由上至下依次设置在四棱柱体结构的横截面中上底所在弧面侧，在四棱柱体结构的横截面中下底所在弧面侧设置有配重；四棱柱体结构的重心处于第三外壳底部的中心。

湿度监测模块、温度监测模块、碳氢化合物检测器、氮氧化合物检测器、硫化物检测器等检测模块在处于始终迎风的状态下对空气中的物质进行检测，其检测的准确度更高，因此，将第一外壳、第二外壳、第三外壳由上至下依次设置形成四棱柱体结构设置为横截面为等腰梯形的形状，并限定其上底和下底之间的宽度关系；使得上底的一侧始终会朝向风吹来的方向，而下底所在的一侧始终是背风面，将湿度监测模块、温度监测模块、碳氢化合物检测器、氮氧化合物检测器、硫化物检测器等检测模块均设置在上底所在的一侧，使检测模块始终处于迎风面对空气中的物质进行检测。

进一步地，一种基于大数据的环境监测系统，还包括光照监测模块，光照监测模块用于检测工厂附近的居民区的光照强度，所述光照监测模块与中央处理装置连接，所述光照监测模块用于检测工厂附近的居民区的光照强度并将光照强度的数据传输至中央处理装置，便于判断工厂的废气排放的强度；光照监测模块设置在第一外壳的上表面。设置了光照监测模块，对工厂附近的光照进行检测，可以判断工厂排出的废气是否在居民区的上空累积。

进一步地，一种基于大数据的环境监测系统，还包括无线传输装置，中央处理装置、无线传输装置、存储装置均设置在第三外壳，无线传输装置与中央处理装置连接。为了提高环境检测系统的机动性，使环境检测系统中的数据均通过无线传输装置向外传输，这样就可以根据季节的变换，根据需要改变环境检测系统的检测位置，对工厂附近的风向、风速、光照、气体含量进行实时监控。

进一步地，远程监控装置包括数据传输单元、数据传输网关、云存储平台、智能分析平台和智能终端，数据传输单元为tcp/ip传输接口，数据传输网关用于将数据转换为编码数据流，云存储平台用于对于信息进行云存储，智能分析平台用于获取云存储平台的数据并进行数据分析。

进一步地，所述数据传输网关采用tcp/ip协议为数据添加起始位、校验位、数据长度和结束标志位，形成编码数据；所述云存储平台采用内存型数据库redis与nosql型数据库mongodb对编码数据进行存储；所述智能分析平台从云存储平台中实时获取编码数据，并根据地区与时间的划分，计算出最优环境信息参数，将最优环境信息参数写入云存储平台作为实时环境检测数据的比对分析对象，当实时环境检测数据出现异常，将控制智能终端实现远程报警；所述智能分析平台采用分布式hadoop架构与hive平台，结合express架构与mvc设计模式，对来自智能终端的请求做实时处理。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明针对工厂附近的居民区这一特定的区域，通过监测模块对工厂附近的风向、风速、光照和空气中有害气体的含量和数据，辅助居民真实、准确的了解到空气质量，为生活和出现等各方面做好提前准备，减轻工厂排出的废气对人体的伤害；

2、本发明针对工厂附近的居民区这一特定的区域，通过监测模块对工厂附近的风向、风速、光照和空气中有害气体的含量和数据，将环境数据传输至有关部门，便于有关部门对工厂排放废气进行实时监控，避免工厂违规排放造成更严重的空气污染。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明框图示意图；

图2为本发明机械结构示意图；

图3为本发明图2中的扇叶的结构示意图；

图4为本发明四棱柱体结构的横截面示意图，a区域表示湿度监测模块、温度监测模块、碳氢化合物检测器、氮氧化合物检测器、硫化物检测器等监测模块所在的区域，b区域表示重心，c区域表示配重所在区域；

图5为信号处理电路结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-风标，2-连接杆，3-第一外壳，4-连接轴，5-杯组件，6-风力发电装置，7-第二外壳，8-第三外壳，31-码盘，32-光电组件，33-多齿转杯，34-狭缝光耦，35-光照监测模块，61-扇叶，62-转筒，71-升速齿轮箱，72-交流发电机，73-整流器，74-微控制器，75-逆变器，80-温度监测模块，81-碳氢化合物检测器，82-氮氧化合物检测器，83-硫化物检测器，84-湿度监测模块，85-中央处理装置，86-无线传输装置，87-存储装置，88-配重。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1至图3所示，一种基于大数据的环境监测系统，包括湿度监测模块84、温度监测模块80、气体监测模块、中央处理装置85、远程监控装置、供电装置、显示装置、存储装置87，湿度监测模块84用于监控空气湿度，温度监测模块80用于检测居民区局部温度，气体监测模块用于检测工厂排放的废气中有毒物质的含量，便于居民提前做好出行的防护准备；中央处理装置85用于接收湿度监测模块84、温度监测模块80、气体监测模块所采集的数据，对相应的数据进行分类和标记，将处理后的数据供显示装置显示和存储装置存储；远程监控装置用于接收中央处理装置85发送的数据并对接收的数据进行相应的处理分析；供电装置用于为湿度监测模块84、温度监测模块80、气体监测模块、中央处理装置85、存储装置87供电；显示装置用于将中央处理装置85接收到的数据向居民进行适时公示；存储装置87用于备份中央处理装置85接收的数据；还包括第三外壳8，第三外壳8为柱体结构，湿度监测模块84、温度监测模块80、气体监测模块设置在第三外壳8的内部，气体监测模块包括碳氢化合物检测器81、氮氧化合物检测器82、硫化物检测器83，碳氢化合物检测器81、氮氧化合物检测器82、硫化物检测器83的检测端透过第三外壳8的壳壁延伸至第三外壳8的外部。

湿度监测模块84可以监测工厂附近的空气湿度，空气湿度越大，空气中的pm2.5其扩散的速度越慢，可以间接判断pm2.5的消散速度以及未来一定时间内的浓度变化。湿度监测模块84包括若干个湿度传感器，湿度传感器用于采集周围环境的湿度信号，将采集的湿度信号转换为电压信号v0，并将电压信号v0传输至信号处理电路的输入端，如图5所示，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，湿度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置8585的adc端口连接。信号放大单元包括集成运放a1、集成运放a2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c1、电容c2以及三极管t1、三极管t2；湿度传感器的输出端与三极管t1的基极连接，电容c1的一端与集成运放a1的同相输入端连接，电容c1的另一端接地；电阻r1的一端连接在电容c1与集成运放a1连接的线路上，另一端与三极管t2的基极连接；电阻r2的一端与集成运放a1的反相输入端连接，电阻r2的另一端与三极管t1的基极连接，电阻r2与三极管t1的连接点与湿度传感器连接；电容c2的一端与集成运放a1的输出端连接，电容c2的另一端连接在电阻r2与集成运放a1连接的线路上；电阻r3的一端连接在集成运放a1的输出端，另一端连接电阻r4，电阻r4连接电阻r3端的另一端连接+15v电源；电阻r5的一端连接在电阻r3与电阻r4连接的线路上，另一端连接在三极管t1的集电极上；电阻r6的一端连接在电阻r4连接+15v的线路上，另一端连接在三极管t2的集电极上；三极管t1的发射极与三极管t2的发射极连接；电阻r7的一端连接三极管t1与三极管t2连接的线路上，另一端连接-15v；集成运放a2的反向输入端连接在电阻r5与三极管t1连接的线路上；集成运放a2的正向输入端连接在电阻r6与三极管t2连接的线路上；电阻r8的一端连接在集成运放a2的输出端，另一端连接电阻r9，电阻r9连接电阻r8端的另一端接地；电阻r9与电阻r8的连接节点，以及，三极管t2与电阻r1的连接节点相连；信号放大单元的输出端为集成运放a2与电阻r8的连接节点；信号滤波单元包括电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电容c3、电容c4、电容c5以及集成运放a3；电阻r10的一端连接在集成运放a2与电阻r8连接的线路上，另一端连接在集成运放a3的反向输入端；电容c3的一端连接在电阻r8与电阻r10连接的线路上，另一端接地；电容c4的一端连接在集成运放a3与电阻r10连接的线路上，另一端接地；电阻r12的一端连接在集成运放a3的正向输入端，另一端接地；电阻r11的一端连接在集成运放a3与电容c4连接的线路上，另一端连接在集成运放a3的输出端；电容c52并联在电阻r11的两端；电阻r13的一端连接在集成运放a3与电容c5连接的线路上，另一端连接在中央处理装置8585的模数转换接口上。

上述实施方式中，信号处理电路的噪声在200nv以内，漂移为0.5μv/℃，集成运放a1为ltc1150运放，集成运放a2和集成运放a3均为lt1097运放，由于集成运放a1的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。

电阻r1的阻值为100kω，电阻r2的阻值为100kω，电阻r3的阻值为47kω，电阻r4的阻值为10kω，电阻r5的阻值为24.9kω，电阻r6的阻值为51kω，电阻r7的阻值为51kω，电阻r8的阻值为100kω，电阻r9的阻值为100ω，电阻r10的阻值为12kω，电阻r11的阻值为10kω，电阻r12的阻值为4kω，电阻r13的阻值为47kω，电容c1的电容值为0.02μf，电容c2的电容值为0.02μf，电容c3的电容值为1μf，电容c4的电容值为470pf，电容c5的电容值为2μf。

由于湿度传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过电阻r1-r9、电容c1-c2以及集成运放a1-a2对湿度传感器输出的电压v0进行放大处理，然后再使用电阻r10-r13，电容c3-c5以及集成运放a3对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了湿度检测的精度。

废气中有碳氢化合物，碳氢化合物会使得温度偏高，通过温度监测模块80测量居民区的温度为居民提供较准确的温度信息。同时采集的温度信息有助于研究工厂废气的排放对当地温度影响的规律。温度传感器为ds18b20，是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，测温范围－55℃～+125℃，支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，在此不再赘述。

还包括第一外壳3、风向监测模块，第一外壳3、第三外壳8由上至下依次设置形成柱体结构；风向监测模块用于检测工厂附近的风向，便于判断工厂的废气排放的流向；风向监测模块设置在第一外壳3中，风向监测模块包括风标1、连接杆2、码盘31、光电组件32，连接杆2竖直设置在第一外壳3的上侧中部，连接杆2的底部与第一外壳3连接；风标1连接在连接杆2的顶端；码盘31连接在连接杆2的底端，并与连接杆2联动，光电组件32与码盘31连接，所述光电组件32与中央处理装置85连接，当风标1随风向变化而转动时，通过连接杆2带动码盘31在光电组件32的缝隙中的转动，产生的光电信号对应当时风向的格雷码并输出至中央处理装置85。本发明设置了风向监测模块，对工厂附近的风向进行检测，通过风向和风速实时判断工厂的废气的流动方向，间接的判断废气对居民区的影响程度；风向监测模块中包括风标1，风标1需要处于最高点，因此将风向监测模块设置在第一外壳3中，通过风标1随风的摆动，风标1带动码盘31通过光电组件32得到风向数据。将第一外壳3和第三外壳8做成上下连接结构，一方面使功能模块分层，便于设备的组装、运输、检修，同时还能够将风向监测模块放置在更高的位置，使得风向监测模块能够感受到更准确的风向。

还包括连接轴4、第二外壳7、风速监测模块，第一外壳3、第二外壳7、第三外壳8由上至下依次设置形成柱体结构，连接轴4的上端连接在第一外壳3的下侧中部，连接轴4的下端连接在第二外壳7的上侧中部；风速监测模块用于检测工厂附近的风速，便于判断工厂排放的废气的沉降范围；风速监测模块设置在第一外壳3与第二外壳7之间，风速监测模块包括多齿转杯33、狭缝光耦34、杯组件5，杯组件5包括一个倒置的套筒、三根杆件和三个杯具，三根杆件的一端均匀连接在套筒外侧，三根杆件处于同一水平面上，三个杯具分别连接在三根杆件的另一端置空，套筒套接在连接轴4的上端，套筒与连接轴4之间相对滑动；多齿转杯33连接在套筒的顶端，狭缝光耦34与多齿转杯33连接，狭缝光耦34与中央处理装置85连接；当杯具受到水平风力作用而旋转时，通过多齿转杯33在狭缝光耦34中的转动，向中央处理装置85输出频率的信号。本发明设置了风速监测模块，对工厂附近的风速进行检测实时判断；风速监测模块设置在风向监测模块的下侧，为了减小外壳对风速监测模块的干扰，第一外壳3和第二外壳7通过连接轴4分离形成空腔，使得风速监测模块处于第一外壳3和第二外壳7之间的空腔中，监测风速。将第一外壳3、第二外壳7和第三外壳8做成上下连接结构，一方面使功能模块分层，便于设备的组装、运输、检修，同时还能够将风向监测模块放置在更高的位置，使得风向监测模块能够感受到更准确的风向，第一外壳3和第二外壳7之间设置风速监测模块，可以节约监测空间，使整个监测系统本身处于同一竖直空间内，同时只使用连接轴4，可以避免对风速监测模块产生阻挡因素，造成数据的不准确。

还包括风力发电装置6，风力发电装置6包括扇叶61、转筒62、升速齿轮箱71、交流发电机72、整流器73、微控制器74、逆变器75、电池组，转筒62套接在连接轴4上，转筒62与连接轴4联动；扇叶61有三片，三片扇叶61均匀设置在转筒62的外表面；升速齿轮箱71连接在连接轴4的底端，所述升速齿轮箱71、交流发电机72、整流器73、微控制器74、逆变器75、电池组依次连接；升速齿轮箱71、交流发电机72、整流器73、微控制器74、逆变器75、电池组设置在第二外壳7中。

考虑到风向监测模块、风速监测模块、温度监测模块80、湿度监测模块84、气体监测模块需要一定的电量，但是其电量需求量不大，因此设置了简易的风力发电装置6，依靠风力产生一定的电量进行供电。风力发电装置6中为了增强与风的接触面，将扇叶61做成了板状，为了增强风在扇叶61表面的驱动力，将扇叶61的倾斜设置，扇叶61迎风带动转筒62转动，升速齿轮箱71将转筒62的驱动力转换为转速更高的驱动力，然后驱动交流发电机72产生交流电，交流电通过整流器73、微控制器74、逆变器75转换为直流电，将直流电存储与电池组中。

工厂排出的废气以及工业粉尘在经过工厂的一定净化后再排入大气中，风对排入大气中的废气及粉尘具有显著的传输、冲淡、稀释和扩散作用，表现在两个方面，一是沿主导风向水平偏下输送，二是在输送过程中不断混入空气，使污染物被冲淡、稀释，然而，尽管大气能够对废气进行稀释，但是废气还是以工厂的烟囱处为浓度最高的地方，并不定向的向外扩散，浓度逐渐降低；在向外扩散的过程中，废气的扩散浓度的主要影响是风。风向是受地势、位置、季节多种因素的影响，在季节的变化下，会存在一个主导风向，主导风能够对废气进行扩散，但是除了主导风还有其他小的不定向的风向，这些都是会对废气的流向产生较大的影响，而风向的不同为生活在工厂附近的居民区带来的后果也是大不一样的。现有技术中，并没有针对工厂附近的居民居住的环境的专门的检测设备，导致居民在潜移默化中对身体造成不可逆转的伤害，而居民由于种种原因并不能离开相应的居住区，导致自己的身体受影响，同时，也很有可能造成下一代的叠加伤害，现有技术中，可以在查看当地天气的同时看到当地的空气质量状况，但是这个数据是较为宽泛的数据，对于特定的区域例如工厂附近的空气，这个数据是不具备参考性的。为了减轻工厂附近的居民区受伤害的程度，本发明设置各种检测装置，从而为生活在工厂附近的这一特定区域的居民提供相应的空气质量的判断依据，使居民能够根据这个特定区域不同的空气质量采取不同的防护措施。本发明设置了湿度监测模块84，可以监测工厂附近的空气湿度，空气湿度越大，空气中的pm2.5其扩散的速度越慢，可以间接判断pm2.5的消散速度以及未来一定时间内的浓度变化；本发明设置了温度监测模块80，废气中有碳氢化合物，碳氢化合物会使得温度偏高，通过温度监测模块80测量居民区的温度为居民提供较准确的温度信息。同时采集的温度信息有助于研究工厂废气的排放对当地温度影响的规律。设置了气体监测模块，对居民区的空气质量中的有害物质进行监管，辅助居民判断空气质量的等级，便于居民采取相应的防范措施；气体监测模块包括碳氢化合物检测器81、氮氧化合物检测器82、硫化物检测器83，对工厂中排放的碳氢化合物、氮氧化合物和硫化物等对环境影响较大的物质进行检测。湿度监测模块84、温度监测模块80、气体监测模块采集的数据传输至中央处理装置85，中央处理装置85对采集的数据进行收集整理，中央处理装置85可以通过远程监控装置将数据发送至相关空气质量监管部门，辅助监管工厂的排放情况，避免工厂的违规排放；中央处理装置85可以发送至显示装置，显示装置直接面向居民，居民可以直观、准确、即时、及时的查看当前空气的质量状况；中央处理装置85可以发送至存储装置87中，存储装置87作为本地存储装置87，对数据进行有效的备份，防止设备的异常工作带来的数据的丢失。为了便于对湿度监测模块84、温度监测模块80、气体监测模块的管理和保护，设置第三外壳8，第三外壳8可以对内部的监测模块进行保护，避免外界环境中的灰尘、雨水等因素造成监测模块的损坏，同时还可以减小监测模块所占的体积，便于监测模块的位置移动和管理。

还包括光照监测模块35，光照监测模块35用于检测工厂附近的居民区的光照强度，所述光照监测模块35与中央处理装置85连接，所述光照监测模块35用于检测工厂附近的居民区的光照强度并将光照强度的数据传输至中央处理装置85，便于判断工厂的废气排放的强度；光照监测模块35设置在第一外壳3的上表面。设置了光照监测模块35，对工厂附近的光照进行检测，可以判断工厂排出的废气是否在居民区的上空累积。

还包括无线传输装置86，中央处理装置85、无线传输装置86、存储装置87均设置在第三外壳8，无线传输装置86与中央处理装置85连接。为了提高环境检测系统的机动性，使环境检测系统中的数据均通过无线传输装置86向外传输，这样就可以根据季节的变换，根据需要改变环境检测系统的检测位置，对工厂附近的风向、风速、光照、气体含量进行实时监控。

远程监控装置包括数据传输单元、数据传输网关、云存储平台、智能分析平台和智能终端，数据传输单元为tcp/ip传输接口，数据传输网关用于将数据转换为编码数据流，云存储平台用于对于信息进行云存储，智能分析平台用于获取云存储平台的数据并进行数据分析。

数据传输网关采用tcp/ip协议为数据添加起始位、校验位、数据长度和结束标志位，形成编码数据；所述云存储平台采用内存型数据库redis与nosql型数据库mongodb对编码数据进行存储；所述智能分析平台从云存储平台中实时获取编码数据，并根据地区与时间的划分，计算出最优环境信息参数，将最优环境信息参数写入云存储平台作为实时环境检测数据的比对分析对象，当实时环境检测数据出现异常，将控制智能终端实现远程报警；所述智能分析平台采用分布式hadoop架构与hive平台，结合express架构与mvc设计模式，对来自智能终端的请求做实时处理。

环境大数据让环境监测人员开始使用移动的智能终端管理环境监测系统所监测的环境，掌握实时的环境信息，提高了环境监测的精确性。在环境监测的过程得到有效合理利用的前提下，对环境监测所得到的信息的管理和分析也变的至关重要。

数据传输网关采用tcp/ip协议为数据(有效数据，即由周边空气湿度、空气温度、气体浓度值、风向信息、光照数据和风速数据信息构成)添加起始位、校验位、数据长度和结束标志位，形成编码数据，起始位与结束位用来判断一帧数据的传输状态，数据长度用来判断传输过程中是否丢包及校验数据有效性。云存储平台采用内存型数据库redis与nosql型数据库mongodb对编码数据进行存储，并将平台使用用户的凭证以token形式发放，随机密钥由智能云分析平台生成，并发送给智能终端的客户端上。智能终端的客户端用密钥将密码加密，送给智能云分析平台。此处并不要求加密方法是可逆的，一个比较安全的做法是客户端使用md5或sha-1等非对称变换，对密钥进行不可逆转换，再加密送到server。token生成算法，accesstoken：对称加密(time+用户id+osid+系统秘钥)。智能分析平台从云存储平台中实时获取编码数据，并根据地区与时间的划分，计算出最优环境信息参数，将最优环境信息参数写入云存储平台作为实时环境检测数据的比对分析对象，当实时环境检测数据出现异常，将控制智能终端实现远程报警；采用分布式hadoop架构与hive平台，结合express架构与mvc设计模式，对来自智能终端的请求做实时处理。智能云分析平台采用基于mvc设计模式的express架构与新型服务端语言node.js开发，中央处理装置85将接收到的数据至云存储平台，云端存储数据到数据库。node.js直接连接分布式mongodb数据库，查询选择设备数据，进行相关性计算，结合同一地区不同时间点数据算出一套合理的环境参数，保存参数至数据库。智能云分析平台发现环境监测系统周边空气湿度、环境监测系统周边空气温度、监测到的气体浓度值、风向信息、光照数据和风速数据异常时，将采用短信的方式将环境监测系统周边空气湿度、环境监测系统周边空气温度、监测到的气体浓度值、风向信息、光照数据和风速数据异常信息发送至系统使用用户，系统提供智能终端消息接收app，支持android与ios设备，当异常发生智能云分析平台采用百度推送将消息推送至客户端，实时提醒用户进行相应的操作。智能终端的客户端采用哈希算法加密，保证传输的稳定可靠性，将时间戳、硬件主机id、硬件mac地址和智能云分析平台下发的参数id统一进行哈希加密，智能云分析平台解析accesstoken得到用户id和系统授权密钥，解析devicetoken获取设备id与系统密钥进行匹配每次对云存储平台的存储都将进行token认证，保证数据的安全性，采用redis由于数据存储在内存中大大加快了读取速率，有效的提升系统响应时间。mongodb可用来构建百万级到亿万级数据存储，采用nosql方式查询可以大大提升系统查询速率，百万级数据查询处理仅需要500ms。智能终端中，设计实现主流的android与ios端app，分别采用java与objective-c语言开发，app中集成用户注册、登陆、查询实时数据信息、绑定设备、添加设备、删除设备功能，用户可以实时的观测例如温湿度与二氧化碳浓度等环境参数信息。对于用户登入操作，提供动态随机密钥接口，客户端将用户输入的密码和server提供的验证码进行组合然后进行不可逆加密(md5)，密码传输过程中传输的是加密后的密码，智能云分析平台首先取出动态随机密钥，和用户密码，进行与客户端一致的不可逆加密方法，得到md5值，将其与客户端传入的md5进行比较，若完全正确，则认为登入正确。智能云分析平台根据用户id返回系统密钥给客户端，客户端将密钥存储至本地，客户端每次向智能云分析平台请求资源都将附带accesstoken，智能云分析平台解析获得结果匹配，匹配成功返回设备信息，客户端将数据解析展现给用户。

还包括图像采集模块和图像处理模块，所述图像采集模块对环境的图像信息进行采集，所述图像处理模块对图像采集模块采集到的图像进行图像处理。通过图像采集模块对工厂附近的环境进行图像采集，可以通过对照片上的呈现的信息进行比对，反应工厂的排放状态，同时也作为工厂是否正常排放的证据。

图像处理模块包括图像增强单元、图像平滑单元以及图像锐化单元。图像采集模块采集环境监测系统周围的环境的图像传输至图像处理模块中，将图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，先对图像f(x,y)进行图像预处理得到图像p(x,y)，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后得到图像g(x,y)，

图像平滑单元对图像g(x,y)基于平滑函数q(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后得到图像h(x,y)，

h(x,y)＝q(x,y)*g(x,y)

其中，*为卷积符号，σ为自定义可调常数，平滑的作用是通过σ来控制的；

图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后得到图像d(x,y)，其中，

所述图像处理模块将处理后的图像d(x,y)传输至中央处理装置85，中央处理装置85将图像d(x,y)传输至显示装置和存储装置87。

供电装置包括充电电池和太阳能组件，所述太阳能组件用于将太阳能转换为电能，所述充电电池用于接收太阳能组件转换的电能。考虑到风向监测模块、光照监测模块35、风速监测模块需要一定的电量，但是其电量需求量不大，虽然设置了风力发电装置6，但是风力毕竟是很不稳定的因素，因此设置太阳能组件进行能量的补充收集。

显示装置的数量为多个，多个显示装置均匀设置在居民区或者安装在民居里。显示装置采用室外显示器或者小型数码显示器中的一种或两种，室外显示器可以设置在公共场所，便于人们观察，小型数码显示器放置在居民家中，便于居民在家观测相关数据，为判断是否开窗换气、出门需要做何种防护等做好准备。

中央处理装置85为32位arm单片机，其对外接的温度传感器、湿度传感器等进行实时读取，通过2.4ghz无线发送给数据传输网关。数据传输网关采用armcortex-a8处理器，移植linux系统与相应的驱动，利用tcp/ip协议进行网络数据传输，采用json格式进行数据发送与接收可以大大减少数据传输量，提升性能。

实施例2

实施例2在实施例1的基础上实现。如图3和图4所示，扇叶61上设置有圆形通道，圆形通道的两端的圆心的连线与扇叶61的表面之间的夹角为锐角；在扇叶61中还设置有pm2.5检测器，pm2.5检测器的数量有三个，三个pm2.5检测器分别设置在三片扇叶61的圆形通道中；三个pm2.5检测器检测的数据传输至中央处理装置85中，中央处理装置85对三个数据取平均值并作为pm2.5检测结果。扇叶61是与风接触得最多的部件，在扇叶61上做一个通孔，不会妨碍风驱使扇叶61运动，在通孔内设置pm2.5检测器，可以实现对空气中pm2.5的检测，因为扇叶61总是对着迎风面的，因此空气中pm2.5的含量会更准确；由于三个扇叶61其运动过程中，虽然频率一致，但是风随时都在变化，导致每个扇叶61接触的风的含量是不一样的，为了提高数据的准确性，在每个扇叶61上设置一个pm2.5检测器，再将三个pm2.5检测器的结果取平均数，作为最终的pm2.5的含量。

第一外壳3、第二外壳7、第三外壳8由上至下依次设置形成四棱柱体结构，四棱柱体结构的横截面为等腰梯形，等腰梯形的上底和下底为弧形，上底的宽度小于下底的宽度的1/3；湿度监测模块84、温度监测模块80、碳氢化合物检测器81、氮氧化合物检测器82、硫化物检测器83由上至下依次设置在四棱柱体结构的横截面中上底所在弧面侧，在四棱柱体结构的横截面中下底所在弧面侧设置有配重88；四棱柱体结构的重心处于第三外壳8底部的中心。

湿度监测模块84、温度监测模块80、碳氢化合物检测器81、氮氧化合物检测器82、硫化物检测器83等检测模块在处于始终迎风的状态下对空气中的物质进行检测，其检测的准确度更高，因此，将第一外壳3、第二外壳7、第三外壳8由上至下依次设置形成四棱柱体结构设置为横截面为等腰梯形的形状，并限定其上底和下底之间的宽度关系；使得上底的一侧始终会朝向风吹来的方向，而下底所在的一侧始终是背风面，将湿度监测模块84、温度监测模块80、碳氢化合物检测器81、氮氧化合物检测器82、硫化物检测器83等检测模块均设置在上底所在的一侧，使检测模块始终处于迎风面对空气中的物质进行检测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。