一种基于物联网的环境监测系统的制作方法

本发明涉及环境监测，具体为一种基于物联网的环境监测系统。

背景技术：

1、近几年，随着我国的不断发展，我国的交通路线网在不断的建设当中，为缩短路程，其中有不少工程都穿过山体，由于山间环境复杂，施工过程中需要实时对施工环境进行检查，以免修筑出现误差或存在安全隐患，然而，现有技术在实现数据传输的过程中，由于一些交通路线位于山体之中，环境复杂，且采集的数据量大，会出现数据传输线路拥挤堵塞，造成网络传输效率较差，导致检测数据无法及时传输到上位机，而且，在施工建设阶段会产生大量的扬尘，现有技术一般是采用实时喷洒大量水雾来抑制扬尘，由于现有技术无法精准喷洒水雾抑制扬尘，且喷洒水雾的水量无法准确调节，造成施工场地出现大量的水，导致施工场地潮湿，不仅浪费大量的水资源还影响施工，因此，设计网络传输效率高和精准抑制扬尘的一种基于物联网的环境监测系统是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于物联网的环境监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的环境监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块和环境检测模块，其特征在于：所述数据采集模块用于收集隧道内的综合环境数据，所述数据传输模块用于选择数据进行融合，并对数据传输路径、数据传输节点和数据传输网络进行优化，所述环境检测模块用于实时检测隧道内的扬尘和空气成分，锚定扬尘并喷洒水雾抑制扬尘，所述数据采集模块、数据传输模块和环境检测模块相互通信连接

3、所述传输优化模块包括路径优化子模块、节点优化子模块和网络优化子模块，所述路径优化子模块用于优化数据传输的路线，所述节点优化子模块用于选择更优的传输节点，所述网络优化子模块用于根据实时传输数据的大小调整数据传输的网络资源配置；

4、所述扬尘处理模块包括扬尘分析子模块和定点喷洒子模块，所述扬尘分析子模块用于在检测到空气中扬尘密度大于阈值时，分析扬尘所在位置及扬尘产生位置，所述定点喷洒子模块用于根据锚定的实际位置调整喷头定点喷洒水雾进行降尘。

5、根据上述技术方案，所述数据采集模块包括传感器模块和数据收集模块，所述传感器模块用于收集隧道内的空气质量数据、扬尘数据，所述数据收集模块用于收集隧道的综合数据。

6、根据上述技术方案，所述数据传输模块包括数据特征提取模块、数据融合模块和传输优化模块，所述数据特征提取模块用于提取收集的隧道内环境数据的数据特征，所述数据融合模块用于将提取的可融合的数据特征进行融合，所述传输优化模块用于对数据的传输路线进行优化。

7、根据上述技术方案，所述环境检测模块包括空气检测模块，所述空气检测模块用于检测空气中的扬尘、有害气体和二氧化碳浓度是否超出阈值。

8、根据上述技术方案，所述环境检测模块还包括扬尘处理模块，所述扬尘处理模块用于锚定扬尘的位置并喷洒水雾进行降尘。

9、根据上述技术方案，所述环境监测系统的运行方法主要包括以下步骤：

10、步骤s1：通过传感器模块，收集隧道内的空气数据、扬尘数据和环境综合数据，通过数据收集模块，实时扫描隧道内的综合数据；

11、步骤s2：在数据收集完成后，系统通过电信号触发数据传输分簇模块启动，开始分析各个数据采集点的数据本进行分簇，根据分簇结果对数据进行融合；

12、步骤s3：在进行数据传输的过程中，系统启动传输优化模块，开始分析各传输节点的实时传输能力和数据量，根据分析结果对数据传输进行优化；

13、步骤s4：在检测到空气中扬尘含量过多时，启动扬尘处理模块，开始分析扬尘的分布，并根据扬尘分布位置调整喷头定点喷洒水雾进行降尘。

14、根据上述技术方案，所述步骤s2进一步包括以下步骤：

15、步骤s21：调取隧道实时的扫描数据，根据隧道的实时扫描数据构建隧道模型，调取数据采集节点，识别各数据采集节点在隧道模型中的位置，建立坐标系，在隧道模型中测量相邻两数据采集节点间的距离，将采集节点间的距离进行升序排列，选取与当前数据采集节点的距离小于阈值且最近的系统设定数量的数据采集节点，若当前数据采集节点不存在距离小于阈值的数据采集节点，则将该数据采集节点设为独立簇族，反之则将数据采集节点进行分簇；

16、步骤s22：调取同一簇族中的所有数据采集节点，识别采集的数据类型，当同簇族中存在相同的数据采集节点，则提取当前数据采集节点的数据特征，对比所有相同的数据采集节点的数据特征，若存在相同的数据特征，则调取各个数据采集节点相同的数据特征进行融合，并进行压缩。

17、根据上述技术方案，所述步骤s3进一步包括以下步骤：

18、步骤s31：调取当前簇族中相邻两数据采集节点中间的传输线路，识别当前使用的传输线路已占用带宽，通过公式计算当前正使用中的传输线路的带宽占用率式中，d表示当前正使用中的传输线路的带宽占用率，m表示当前正使用中的传输线路已占用的带宽，α表示当前正在使用的传输线路的适用损失系数，m表示当前使用的传输线路的额定带宽，若此时当前正使用中的传输线路的带宽占用率d大于系统设定阈值，则调取簇族中距离当前簇头最近的数据采集节点作为次级簇头，并分配与簇头相同的资源配置，反之则继续使用当前簇头；

19、步骤s32：调取负责当前簇族进行数据传输的传输节点，识别当前传输节点的数据吞吐量，通过公式计算当前传输节点的剩余吞吐效率式中，f表示当前传输节点的剩余吞吐效率，w表示当前传输节点的额定吞吐量，t表示当前传输节点的额定数据吞吐时间，p表示当前传输节点的数据吞吐量，当簇头传输节点的剩余吞吐效率小于系统设定阈值时，调取次级簇头传输节点，簇头传输节点通过簇族内的传输路线将数据传输到次级簇头传输节点进行传输，当次级簇头节点的剩余吐效率小于系统设定阈值时，调取距离当前簇族最近的独立簇族的传输节点，建立虚拟链路，当前簇族通过虚拟链路将数据经过独立簇族传输节点传输到上位机。

20、根据上述技术方案，所述步骤s32中当次级簇头传输节点的剩余吞吐效率小于系统阈值时，调取距离当前簇族最近的独立簇族的传输节点，若当前传输节点与当前簇族之间的距离大于阈值，则调取中继节点，建立虚拟链路连接当前传输节点与当前簇族，通过虚拟链路进行数据传输，反之则直接建立虚拟链路将当前传输节点与当前簇族进行连接进行数据传输，当次级节点的剩余吞吐效率大于系统阈值时，建立虚拟链路，连接簇头传输节点和次级簇头传输节点，对簇头传输节点中的数据进行分割，将分割的数据通过虚拟链路进行数据传输。

21、根据上述技术方案，所述步骤s4中调取扬尘传感器对隧道内的扬尘进行检测，调取扬尘扫描数据，识别空气中的粉尘含量，若空气中的粉尘含量小于系统设定阈值，则系统继续监测，反之则调取激光扬尘传感器的检测数据，识别激光扬尘传感器检测数据中的扬尘分布，根据识别的扬尘位置分布建立扬尘分布模型，根据施工范围将扬尘分布模型进行分割，识别分割区域中的扬尘数量，通过公式计算当前扬尘浓度所需的喷洒水量式中，s表示当前扬尘浓度所需的喷洒水量，m表示当前区域内的扬尘颗粒数量，κ表示当前区域扬尘数量的影响系数，μ表示当前扬尘浓度对喷洒水量的影响系数，q表示一次喷洒的额定水量，v表示当前区域的体积。

22、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过根据相邻数据采集节点之间的距离进行分簇，能够使同簇族的数据采集节点收集的数据快速传输到簇头，减少数据在同簇族中的数据传输时间，进一步加快数据传输效率，通过将采集的数据进行融合并压缩能够降低数据在传输过程中占用的资源，进而能够同时传输更多的数据，进一步提高数据传输效率，通过检测当前簇族中以当前簇头传输数据的簇族内部传输线路的带宽占用率，能够在带宽占用率大于阈值时启分配次级簇头和次级簇头的传输路线，避免簇族内部传输线路带宽占用率过高，造成数据拥堵，进一步提高数据传输的效率，通过将簇头传输节点的部分数据转移到次级簇头节点进行传输，能够避免簇头传输节点出现数据传输拥堵，造成数据大量堆积，导致数据传输速度缓慢，进一步提高数据传输效率，通过在当前簇族传输节点剩余吞吐效率不足时，将当前簇族传输节点中的数据进行分，再经过独立簇族的传输节点进行传输，能够避免当前簇族传输节点中的数据量过大导致独立簇族的传输节点发生堵塞，导致传输速度下降，极大地提高了数据插损胡速度，通过计算快速得到所需的喷洒水量，在扬尘分布模型中锚定当前区域，对当前区域进行定点喷洒水雾降尘，通过构建扬尘分布，能够快速分析出喷洒的水量，能够准确锚定扬尘分布位置，进而能够精准喷洒水雾进行降尘。