一种大气环境感知节点数据的众包收集方法技术

本发明专利技术涉及一种大气环境感知节点数据的众包收集方法。本发明专利技术采用移动手机来实现大气环境感知节点的气体传感器数据收集。大气环境感知节点可以是安装在城市特定位置的固定节点，也可以是固定在公交车辆、出租车等移动车辆上，也可以是固定在行人随时携带的手机上。这样，就克服了目前城市的大气环境监测的局限性，只可以完成几个点的监测。利用安装了大气环境监测应用服务软件的移动手机，当该移动手机进入到大气环境感知节点的通信半径内时，大气环境感知节点通过主动接触感知方法检测到该手机的存在并试图建立连接。一旦连接成功，就可以完成大气环境感知节点的多个气体传感器采集的数据上传到手机，实现基于手机的大气环境节点数据的众包手机。

【技术实现步骤摘要】
一种大气环境感知节点数据的众包收集方法
本专利技术属于计算机工程领域，具体涉及一种大气环境感知节点数据的众包收集方法。
技术介绍
我国是一个人口大国，城市众多，人口密集。但由于工业的发展，我们的很多城市都受到了不同程度的污染，尤其是空气的污染，直接对我们造成伤害,人们疾病的发生率也逐年提高。空气中的污染物主要是可吸入颗粒、二氧化硫、二氧化氮等物质。空气质量的好坏反应了空气污染程度，它是依据空气中污染物的高低来判断的。空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点，空气污染物浓度受到许多因素影响。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等，城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素。空气质量的监测涉及监测点位的布设、监测人员资质等因素，且需采取严格质量控制和质量保证措施。用一个点位的监测数据对一个区域的空气质量进行评价，是不科学的；用日均值来评价这个点一小时的状况，不符合国际通行监测技术规范，更不能反映整个城市空气质量状况。通常，城市的空气监测都是在全城定点安装监测设备来实现对全城的空气监测。这种监测仅可以实现一个城市几个地点的精确监测，但是对整个城市每个点每个时段的空气污染度，都无法获得精确实时的监测效果。从另外一个角度来说，要获得城市大密度的空气污染监测，从放置监测设备的数量和后期维护等方面也都是不现实的。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种大气环境感知节点数据的众包收集方法，该方法不仅能够实现全城市每个点的空气实时监测，而且可以实现低功耗长寿命周期工作，从而使得大气环境实时监测得以实现。本专利技术采用低功耗单片机ATSAM3U2C作为大气环境感知节点的主处理器。低功耗单片机ATSAM3U2C处理系统包括微处理器模块、电源模块、气体传感器模块、低功耗蓝牙（BluetoothLowEnergy，BLE）模块。具体实现方法是：(1)将低功耗单片机ATSAM3U2C系统初始化，包括系统寄存器初始化、变量初始化、车载无线接收基站初始化。(2)低功耗单片机ATSAM3U2C启动多个气体传感器工作，并周期性地采集多个气体传感器的数据，并保存。(3)低功耗单片机ATSAM3U2C以极低占空比方式工作，并以有限状态机方式周期循环地打开BLE模块，并主动连接在通信半径内的手机，建立数据链接；(4)手机与大气环境感知节点进行数据通信，读取大气环境感知节点已存储的多个气体传感器检测的环境感知数据，并上传到公共服务器实现大气环境监测数据共享。(5)重复进行步骤(2)、(3)和(4)，完成大气环境感知节点数据的众包收集。本专利技术采用移动手机来实现大气环境感知节点的气体传感器数据收集。大气环境感知节点可以是安装在城市特定位置的固定节点，也可以是固定在公交车辆、出租车等移动车辆上，也可以是固定在行人随时携带的手机上。这样，就克服了目前城市的大气环境监测的局限性，只可以完成几个点的监测。利用安装了大气环境监测应用服务软件的移动手机，当该移动手机进入到大气环境感知节点的通信半径内时，大气环境感知节点通过主动接触感知方法检测到该手机的存在并试图建立连接。一旦连接成功，就可以完成大气环境感知节点的多个气体传感器采集的数据上传到手机，实现基于手机的大气环境节点数据的众包手机。本专利技术利用智能手机作为移动节点，具有明显的优势。首先，智能手机具有很强的计算、感知和通信能力，如内嵌麦克风、摄像头、加速度计、磁力计、GPS等传感器。由于其强大的在板计算能力、CPU、存储空间和通信能力等，更多地被认为是手持电脑；其次，智能手机是移动的，提供固定大气环境感知节点很难部署和维护地区域覆盖，实现大面积覆盖，更适宜于监测动态变化的环境，如空气质量、城市噪音分布等；最后，智能手机具有人机交互智能，可以实现主动的位置服务，如路标图像提取、社交网络等，并可实现众包、参与式感知、社交协作等。本专利技术提出采用BLE作为无线通信技术，具有低功耗、模式快速切换等优势，克服了传统蓝牙在连接设置时需要几秒钟，同时能耗非常大。因此，本专利技术提出采用BLE无线通信技术，以及大气环境感知节点的主动接触感知技术，可以快速有效地完成手机的检测与数据传输。整个系统简单，设计合理，实现成本低，实用性强，易于实现在多种大气环境监测应用场合。具体实施方式大气环境感知节点数据采用低功耗单片机ATSAM3U2C做主处理器，通过主动接触感知技术探测已安装了大气环境监测应用服务软件的移动手机，并建立数据连接，完成每个物理点的空气实时监测，而且可以实现低功耗长寿命周期工作。具体实现方法是：(1)将低功耗单片机ATSAM3U2C系统初始化，包括系统寄存器初始化、变量初始化、车载无线接收基站初始化。低功耗单片机ATSAM3U2C作为大气环境感知节点的主控制器，在实际工作中必须和手机建立连接才可以实现大气环境感知系统工作。同时，主控制器也必须提前开启多个气体传感器进行预热，才可以正式开始进行空气监测。因此，必须在系统运行的初始阶段，对系统运行所需的寄存器、BLE模块等参数进行初始化，保证多个气体传感器正常启动。(2)低功耗单片机ATSAM3U2C启动多个气体传感器工作，并周期性地采集多个气体传感器的数据，并保存。为了完成空气质量的监测，必须实时检测到空气中的二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5、臭氧、一氧化碳等空气污染物的浓度。然而，气体传感器大多都是电化学原理的，因此需要几个小时进行预热才可以进行数据采集。同时，为了保证大气传感节点的低能耗，在没有与手机进行数据通信的时候，可以先把气体传感器采集的数据提前保存在大气传感节点中。当大气传感节点与手机连接时，才将大气传感节点中的采集数据上传到手机。(3)低功耗单片机ATSAM3U2C以极低占空比方式工作，并以有限状态机方式周期循环地打开BLE模块，并主动连接在通信半径内的手机，建立数据链接；为了延长大气传感节点的生命周期、降低节点的能耗，大气传感节点采用极低占空比方式工作。大气传感节点与移动手机实现相互通信，需要在时间调度上进行同步，即在相同的时刻都打开着，然后进行连接通讯。然而，实际应用中，移动手机的随机不可控性，导致了移动手机与大气传感节点的相互感知对方的存在并进行时钟同步、建立通信，即接触感知，是非常困难的。为了降低大气传感节点的能耗，提高大气传感节点的生命周期，本专利技术提出基于大气传感节点的主动接触感知机制。大气传感节点通过有限状态机的工作方式，平常均处于“睡眠”状态。当感知时钟周期到达时，大气传感节点从“睡眠”状态进入“连接”状态，打开BLE模块并试图连接感知在通信半径内的手机。当在BLE模块的感知半径内有打开大气环境监测应用服务软件的移动手机时，则大气传感节点与手机建立数据通信，并进入“传输”状态。当数据传输完毕时，大气传感节点重新进入“睡眠”模式，开启感知时钟，准备下一次手机探测感知。(4)手机与大气环境感知节点进行数据通信，读取大气环境感知节点已存储的多个气体传感器检测的环境感知数据，并上传到公共服务器实现大气环境监测数据共享。(5)重复进行步骤(2)、(3)和(4)，完成大气环境感知节点数据的众包收集。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气环境感知节点数据的众包收集方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1) 将低功耗单片机ATSAM3U2C系统初始化，包括系统寄存器初始化、变量初始化、车载无线接收基站初始化；步骤(2) 低功耗单片机ATSAM3U2C启动多个气体传感器工作，并周期性地采集多个气体传感器的数据，并保存；步骤(3) 低功耗单片机ATSAM3U2C以极低占空比方式工作，并以有限状态机方式周期循环地打开BLE模块，并主动连接在通信半径内的手机，建立数据链接；步骤(4) 手机与大气环境感知节点进行数据通信，读取大气环境感知节点已存储的多个气体传感器检测的环境感知数据，并上传到公共服务器实现大气环境监测数据共享；步骤(5) 重复进行步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)，完成大气环境感知节点数据的众包收集。

【技术特征摘要】
1.一种大气环境感知节点数据的众包收集方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)将低功耗单片机ATSAM3U2C系统初始化，包括系统寄存器初始化、变量初始化、车载无线接收基站初始化；步骤(2)低功耗单片机ATSAM3U2C启动多个气体传感器工作，并周期性地采集多个气体传感器的数据，并保存；步骤(3)低功耗单片机ATSAM3U2C以极低占空比方式工作，并以有限状态机方式周期循环地打开BLE模块，并主动连接在通信半径内的手机，建立数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰生，陈利国，吴勤峰，
申请(专利权)人：浙江图讯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33