一种电磁环境监测方法及系统与流程

本发明涉及电磁监测，尤其涉及一种电磁环境监测方法及系统。

背景技术：

1、在现代社会，电磁波和辐射越来越普遍，并且对人类和环境的影响日益重要，为了确保电磁环境的安全与合规性，以及人体健康和环境保护的需要，电磁环境监测成为了必要的措施。

2、公开号为cn105242119a的专利文献公开了一种集成噪声的电磁环境监测系统，包括电磁场监测装置、噪声及温湿度检测装置、zigbee无线通讯模块、光纤传输模块和信息显示单元；所述电磁场监测装置包括三维电场传感器、三维磁场传感器、信号调理电路、ad转换模块和微处理器，所述三维电场传感器、三维磁场传感器分别与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路与ad转换模块连接，所述ad转换模块连接微处理器；所述噪声及温湿度监测装置包括噪声传感器和温湿度传感器，所述噪声及温湿度监测装置与所述电磁场监测装置连接；所述电磁场监测装置分别与zigbee无线通讯模块和光纤传输模块连接，所述zigbee无线通讯模块和光纤传输模块与所述信息显示单元连接。

3、由此可见，现有技术中存在网络传输中数据包由于网络延迟或多条路径导致重复传输导致接收端可能会收到多个相同的数据包而造成数据的重复引发数据完整性差的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种电磁环境监测方法及系统，用以克服现有技术中存在网络传输中数据包由于网络延迟或多条路径导致重复传输导致接收端可能会收到多个相同的数据包而造成数据的重复引发数据完整性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种电磁环境监测方法，包括：

3、步骤s1，使用若干节点实时监测待监测区域的电磁参量，以建立电磁参量集；

4、步骤s2，根据监测时间的先后顺序将所述电磁参量集切割为若干数据包；

5、步骤s3，将各所述数据包传输至中心控制台，并根据各所述数据包的总长度判断所述数据包是否正常；

6、步骤s4，在所述数据包正常时，对所述数据包进行处理、整理和存储，以生成电磁环境特征数据文件；

7、步骤s5，对所述电磁环境特征数据文件内的电磁参量值进行分析，并在所述电磁参量值不符合预设电磁标准时进行预警；

8、在所述步骤s3中，在预定的时间间隔内，通过每个节点使用蓝牙传输方式将采集到的数据包上传至中心控制台，首先使用中心控制台对比所述数据包的总长度字段的值和长度字段的值，以判断所述数据包的完整性，然后根据完整的所述数据包中的节点的id号对所述数据包进行有效性判断，最后验证有效的所述数据包是否定期上传，以判断所述数据包是否正常；

9、在所述步骤s1中，通过连接低噪声放大器、带通滤波器、磁敏电阻传感器和蓝牙通信模块到微控制器，形成各节点并与中心控制台进行通信，各节点通过存储单芯片id号作为设备地址与中心控制台通信，并通过唯一id号分配和节点部署计算，记录节点位置和对电磁参数进行采集、滤波和数字化处理，并周期性采集电磁参数以构建电磁参数集。

10、进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：

11、步骤s31，通过所述节点经过预定时长将所述数据包通过蓝牙传输方式上传；

12、步骤s32，使用中心控制台通过蓝牙方式接收所述数据包；

13、步骤s33，使用wireshark网络抓包工具抓取每个所述数据包，并对每个数据包的总长度与长度字段的值进行对比，以判断数据包是否正常传输；

14、步骤s34，从正常传输的数据包获取节点的id号，在中心控制台的节点信息数据库中查找节点的id号，根据查找结果判断所述数据包是否有效；

15、步骤s35，将判定有效的所述数据包的上传时间间隔和所述预定时长对比，根据对比结果判断节点定期上传是否异常；

16、步骤s36，将判定所述节点定期上传正常的数据包存入中心控制台的分析数据库。

17、进一步地，所述步骤s33包括：

18、步骤s331，打开wireshark网络抓包工具并选择网络接口，记录所有经过所述网络接口的数据包的各个字段；

19、步骤s332，找到所述数据包的总长度字段和长度字段并以十六进制的形式记录数据包的总长度字段和长度字段的值；

20、步骤s333，对比所述数据包的总长度字段的值与长度字段的值，若所述数据包的总长度等于长度字段的值，则判断数据包正常传输；

21、若所述数据包的总长度字段的值不等于长度字段的值，则判断数据包存在错误传输，则通过中心控制台对节点下达重新上传的指令对数据包进行重新上传直至重新上传的数据包的总长度等于长度字段的值。

22、进一步地，所述步骤s34包括：

23、步骤s341，使用wireshark网络抓包工具在数据包中找到包含节点id号的字段并记录所述节点id号；

24、步骤s342，使用数据库查询工具连接到所述中心控制台的节点信息数据库，并根据所述节点id号查找对应的节点信息；

25、步骤s343，根据查找结果判断所述数据包是否有效；

26、若节点的id号不存在所述节点信息数据库中，则判定所述数据包无效，丢弃所述数据包；

27、若节点的id号存在所述节点信息数据库中，则判定所述数据包有效。

28、进一步地，所述步骤s35包括：

29、若所述数据包的上传时间间隔超过所述预定时长，则判定节点定期上传异常，通过中心控制台对定期上传异常的节点下达重新连接的指令，以判断节点的在线状态；

30、若定期上传异常的节点发出重新连接请求，则判定节点在线，对定期上传异常的节点内的蓝牙通信模块重新编程直至所述数据包的上传时间间隔小于等于所述预定时长；

31、若定期上传异常的节点未发出重新连接请求，则判定节点掉线，更换定期上传异常的节点的蓝牙通信模块，直至上传异常的节点发出重新连接请求，且有效数据包的上传时间间隔低于所述预定时长。

32、进一步地，所述步骤s35还包括：

33、若有效数据包的上传时间间隔小于等于所述预定时长，则判定节点定期上传正常。

34、进一步地，所述步骤s2包括以下步骤：

35、步骤s21，确保电磁参量数据集中的每个数据点都包含监测时间的时间戳信息；

36、步骤s22，将上传时间间隔阈值设置为预定时长；

37、步骤s23，将所述电磁参量集按照所述时间戳信息进行排序，确保电磁参量集按照时间的先后顺序排列，以形成排序电磁参量集；

38、步骤s24，将所述排序电磁参量集按照各预定时长内的电磁参量集为数据包的划分标准划分为若干数据包。

39、进一步地，所述步骤4包括：

40、步骤41，解析并提取所述数据包中的关键字段和数值，并进行筛选和清洗，并逐条存储，以形成电磁特征数据原始记录；

41、步骤42，对每条所述电磁特征数据原始记录中的节点位置信息进行多层级二分编码，生成相应电磁特征数据原始记录的数据空间索引，并将每一条电磁特征数据原始记录对应的采集时间转换为世界标准时间戳；

42、步骤43，将所述数据空间索引、所述时间戳信息作为每条电磁环境特征数据的时空索引，并按照预设数据结构整理，形成电磁环境特征数据集，存储为hdf5文件，以生成具有时空特性的电磁环境特征数据文件，所述预设数据结构为顺序依次为所述数据空间索引、所述时间戳信息、节点位置、监测区域内电磁场强度的三维方向分量信息、数字信号和节点设备信息的数据结构。

43、进一步地，所述步骤s1包括以下步骤：

44、步骤s11，将低噪声放大器、带通滤波器和磁敏电阻传感器和基于ieee802.15.1标准的蓝牙通信模块通过接口线连接到微控制器上，以形成节点，并以各节点为周边设备，中心控制台为中心设备构建通信频率为2.4ghz、带宽为1-3mbps和实效距离为10-100m的星型拓扑；

45、步骤s12，将硬件烧录单芯片id号作为设备地址与中心控制台通信的通信号，根据预存的每个节点在地理位置信息、通信id对应关系给每个节点分配一个唯一的id号，将每个节点被分配的唯一的id号存入中心控制台内的节点信息数据库；

46、步骤s13，根据每个节点被分配的唯一的id号监测区域的大小和需求密度计算部署节点间距，根据所述部署节点间距均匀布设节点并记录每个节点位置；

47、步骤s14，使用节点中所述低噪声放大器放大电磁信号，以形成放大电磁信号；

48、步骤s15，使用节点中带通滤波器通过在0hz至1000hz的频率范围设定的若干通带频率分开过滤每个频段的放大电磁信号，以形成放大滤波电磁信号；

49、步骤s16，使用节点中模数转换器将所述放大滤波电磁信号数字化，以形成数字信号；

50、步骤s17，使用节点中微控制器通过控制通道开关每5分钟对数字信号周期性采集；

51、步骤s18，使用磁敏电阻传感器分别在x轴、y轴、z轴三个方向上空间采集电磁场强度，以获得监测区域内电磁场强度的三维方向分量信息；

52、步骤s19，根据实时采集的所述数字信号和电磁场强度的三维方向分量信息建立电磁参量集。

53、进一步地，一种电磁环境监测方法，包括：

54、若干节点，包括低噪声放大器、带通滤波器、磁敏电阻传感器和蓝牙通信模块，每个节点布设在监测区域内，用于采集数据并形成电磁参量集，并将所述电磁参量集分割成若干数据包，并定期通过蓝牙通信模块发送给中心控制台；

55、所述中心控制台，通过蓝牙通信模块与所有节点设备进行通信，用于控制所述节点进行数据采集，以及，用于接收并校验从所述若干节点上传的数据包，并将校验合格的数据包存储在数据库中；

56、算法分析模块，设置在所述中心控制台内，用于对所述数据包进行分析，并根据分析结果中的异常结果进行报警。

57、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过对数据包进行完整性、有效性和定时上传准确性的校验能够及时发现数据传输过程中可能出现的错误或异常，从而保证了监测数据的可靠性和准确性，为后续的数据分析和处理提供了可靠的基础。这有利于提高监测系统的实时性和准确性，从而有效保障了对电磁环境的有效监测和管理。

58、进一步地，通过使用蓝牙传输方式上传数据包，中心控制台接收并进行wireshark网络抓包工具的判断，能够有效地判断数据包是否正常传输，并根据判断结果将有效的数据包存入中心控制台的分析数据库，从而实现了对数据传输和有效性的监测与管理。

59、进一步地，通过wireshark网络抓包工具，记录数据包的各个字段并对比数据包的总长度与长度字段的值，能够有效判断数据包是否正常传输，保证数据传输的有效性和完整性，从而提高了数据传输的可靠性。

60、进一步地，通过数据库查询工具，能够连接到中心控制台的节点信息数据库，根据节点id号查找对应的节点信息并判断数据包的有效性，有效地提高了数据包的准确性和可靠性，从而确保了数据的有效传输和分析。

61、进一步地，通过对节点定期上传异常的处理，能够实现对节点上传异常情况的处理和调整，通过重新连接指令、重新编程蓝牙通信模块或更换通信模块等方式，确保节点的稳定在线和数据包的按时上传，从而提高了系统的稳定性和数据的可靠性。

62、进一步地，通过对时间顺序的整理和数据包的划分，有利于后续数据传输和分析处理。

63、进一步地，通过解析、提取和清洗数据，对电磁特征数据进行整理和存储，形成具有时空特性的电磁环境特征数据集，以支持高速并发检索和分析，将具有数据空间索引和时间戳信息的电磁特征数据原始记录按照设计好的预设数据结构进行整理，形成具备时空信息的空间电磁环境特征数据集。由于hdf5数据文件通过分组形式来管理所有的数据集，且能够支持子集分片和部分io，即使文件大小上tb也能实现快速加载和数据检索，因此，应用hdf5文件进行存储和管理是非常有效的解决方案。按照hdf5数据文件的格式要求进行结构设计和存储后，即可生成h5grid_em_data文件，该文件作为电磁环境特征数据资源，能够为进行电磁环境大数据分析提供完备的底层数据支撑和算法训练数据源。通过将电磁环境特征数据按照hdf5文件格式要求进行结构化设计，形成hdf5格式标准下的电磁特征数据描述方法，使得数据存储相对传统二进制文件具有更高的检索效率、更灵活的数据io方式和几乎没有文件大小限制的优势，支持大数据tb级的文件访问，相比传统的二进制文件，具有高效io、分块加载和高速并发检索的优势。

64、进一步地，通过节点构建、设备地址分配、节点部署和信号采集处理等步骤，能够有效地构建出一个基于蓝牙通信的星型拓扑结构，实现了对电磁信号的放大、滤波、数字化和周期性采集，获取了监测区域内电磁场强度的三维方向分量信息，从而为后续的数据处理和分析提供了有效的数据基础，保障了监测系统的稳定性和可靠性。

65、进一步地，通过节点的数据采集和电磁参量集的形成，实现了对监测区域内的电磁环境进行实时监测和数据采集，并通过中心控制台进行数据校验、存储和分析，从而能够实现对异常情况的实时报警和处理，有效提高了对电磁环境的监测和管理能力，保障了系统的可靠性和稳定性。