城市空气污染物浓度超标预警系统技术方案

本发明专利技术提供了城市空气污染物浓度超标预警系统，该系统包括传感装置和数据处理及预警装置，传感装置用于采集待监测区域的空气污染物浓度数据；数据处理及预警装置用于对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述传感装置包括汇聚节点和传感器节点；汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从传感器节点选出簇首并进行分簇；簇首被配置为收集簇内传感器节点采集的空气污染物浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇首发送的空气污染物浓度数据汇总发送至数据处理及预警装置。

Urban Air Pollutant Concentration Over Standard Warning System

The invention provides a warning system for urban air pollutant concentration exceeding the standard, which includes a sensor device and a data processing and warning device. The sensor device is used to collect the air pollutant concentration data in the area to be monitored; the data processing and warning device is used to analyze the air pollutant concentration data and end up with the preset user when the air pollutant concentration data exceeds the set threshold. The sensor device includes a sink node and a sensor node; the sink node and the sensor node construct a clustered wireless sensor network by self-organization, in which the cluster head is selected from the sensor node and clustered when the network topology is constructed; and the cluster head is configured to collect the air pollutant concentration data collected by the sensor node in the cluster and send it to the sensor node. The sink node is configured to aggregate air pollutant concentration data sent by cluster heads to data processing and warning devices.

【技术实现步骤摘要】
城市空气污染物浓度超标预警系统
本专利技术涉及空气质量监测
，具体涉及城市空气污染物浓度超标预警系统。
技术介绍
有针对性的进行空气污染防控与治理，需要对城市内空气污染时空分布进行监控。而从当前城市空气污染物浓度监控现状来看，整体处于测站密度过低、难以实时测量的状况。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供城市空气污染物浓度超标预警系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：提供了城市空气污染物浓度超标预警系统，该系统包括传感装置和数据处理及预警装置，传感装置用于采集待监测区域的空气污染物浓度数据；数据处理及预警装置用于对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述传感装置包括汇聚节点和传感器节点；汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从传感器节点选出簇首并进行分簇；簇首被配置为收集簇内传感器节点采集的空气污染物浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇首发送的空气污染物浓度数据汇总发送至数据处理及预警装置。优选地，所述传感器节点包括用于监测待监测区域的空气污染物浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的空气污染物浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。优选地，所述数据处理及预警装置包括比较分析模块和预警模块，所述比较分析模块用于将空气污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警模块在所述比较结果为空气污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。本专利技术的有益效果为：基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测区域空气污染物浓度的自动实时监测，以及城市空气污染物浓度超标的预警，方便快捷。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，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是本专利技术一个示例性实施例的城市空气污染物浓度超标预警系统的结构示意框图；图2是本专利技术一个示例性实施例的数据处理及预警装置的结构示意框图。附图标记：传感装置1、数据处理及预警装置2、比较分析模块10、预警模块20。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。图1是本专利技术一个示例性实施例的城市空气污染物浓度超标预警系统的结构示意框图。参见图1，本专利技术实施例提供了城市空气污染物浓度超标预警系统，该系统包括传感装置1和数据处理及预警装置2，传感装置1用于采集待监测区域的空气污染物浓度数据；数据处理及预警装置2用于对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号。其中，所述的用户终端可以是平板电脑或者手机。其中，所述传感装置1包括汇聚节点和传感器节点；汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时对传感器节点进行分簇并选取簇首；簇首被配置为收集簇内传感器节点采集的空气污染物浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇首发送的空气污染物浓度数据汇总发送至数据处理及预警装置2。在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括用于监测待监测区域的空气污染物浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的空气污染物浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。图2是本专利技术一个示例性实施例的数据处理及预警装置的结构示意框图。在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述数据处理及预警装置2包括比较分析模块10和预警模块20，所述比较分析模块10用于将空气污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警模块20在所述比较结果为空气污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。本专利技术上述实施例基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测区域空气污染物浓度的自动实时监测，以及城市空气污染物浓度超标的预警，方便快捷。在一种能够实现的方式中，簇内各传感器节点若与对应簇首的距离不超过设定的通信距离阈值Sσ，则直接与对应簇首通信；若与对应簇首距离超过设定的通信距离阈值Sσ，传感器节点选择距离对应簇首较近的邻居传感器节点进行通信，具体为：(1)在距离对应簇首较近的邻居传感器节点中，选择符合路径条件的邻居传感器节点作为备选连接节点，归入备选连接节点集合；(2)传感器节点在备选连接节点集合中选择当前剩余能量最大的邻居传感器节点进行通信；其中，所述路径条件为：式中，Oi表示传感器节点i的对应簇首，ij表示传感器节点i的距离簇首较近的邻居传感器节点中第j个邻居传感器节点；为所述第j个邻居传感器节点与簇首Oi的距离，Sσ为所述设定的通信距离阈值，ni为传感器节点i的距离簇首较近的邻居传感器节点数量。其中，位于传感器节点i通信范围内的其他传感器节点称之为传感器节点i的邻居传感器节点。本实施例设定了传感器节点与簇首间的通信路由机制，该通信路由机制中，通过距离确定传感器节点是否与簇首直接通信，能够保障传感器节点采集的空气污染物浓度数据可靠稳定地发送至簇首。本实施例创新性地设定了路径条件，使得与簇首距离超过设定的通信距离阈值时的传感器节点在选择下一跳时，能够避免选择距离簇首较远的下一跳，从而能够有效减少空气污染物浓度数据传输时延，同时减少在多跳传输时由于数据流干扰造成的空气污染物浓度数据包丢失现象的发生率。在一个实施例中，传感器节点在空气污染物浓度数据传输过程中周期性地计算和更新自身的缓存占用变化程度，同时将更新后的缓存占用变化程度发送至上一跳的传感器节点；传感器节点实时监测与其通信的邻居传感器节点，当发现该邻居传感器节点的缓存占用变化程度超过设定的变化程度阈值时，传感器节点重新选择邻居传感器节点进行通信。其中，设定初始时缓存占用变化程度为0，所述缓存占用变化程度的计算公式为：式中，di(c)表示传感器节点i在当前周期c时刻计算的缓存占用变化程度，zi(c)为传感器节点i在当前周期c时刻时自身缓存空间中的空气污染物浓度数据包队列长度，zi(c-Δc)传感器节点i在上一周期c时刻时自身缓存空间中的空气污染物浓度数据包队列长度，Δc为周期间隔时间，zi,max为传感器节点i的初始缓存大小；u为缓存占用变化程度影响因子，当传感器节点i的下一跳传感器节点的缓存占用变化程度超过设定的变化程度阈值时，u＝0.1，否则u＝0；式中，为传感器节点i的下一跳传感器节点与对应簇首的距离，Sσ为所述设定的通信距离阈值；为设定的判断取值函数，当时，当时，本实施例设定了传感器节点到簇首的路径维护机制，其中设定了缓存占用变化程度的计算公式，该缓存占用变化程度能够较好地反映下一跳传感器节点到簇首之间路径的拥塞程度。由于一个传感器节点的剩余缓存空间过小或者有大量空气污染物浓度数据包到达时，传感器节点处理空气污染物浓度数据包的压力将急剧增大，空气污染物浓度数据包将积压在传感器节点的缓存空间中，造成一定的拥塞现象。基于上述现象，本实施例通过缓存占用变化程度来充当衡量这一现象严重程度的指标，当传感器节点发现所通信的邻居传感器节点的缓存占用变化程度超过设定的变化程度阈值时，进行下一跳节点的重新选择，能够有效降低空气污染物浓度数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.城市空气污染物浓度超标预警系统，其特征是，包括传感装置和数据处理及预警装置，传感装置用于采集待监测区域的空气污染物浓度数据；数据处理及预警装置用于对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述传感装置包括汇聚节点和传感器节点；汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从传感器节点选出簇首并进行分簇；簇首被配置为收集簇内传感器节点采集的空气污染物浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇首发送的空气污染物浓度数据汇总发送至数据处理及预警装置。

【技术特征摘要】
1.城市空气污染物浓度超标预警系统，其特征是，包括传感装置和数据处理及预警装置，传感装置用于采集待监测区域的空气污染物浓度数据；数据处理及预警装置用于对空气污染物浓度数据进行分析，在空气污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述传感装置包括汇聚节点和传感器节点；汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从传感器节点选出簇首并进行分簇；簇首被配置为收集簇内传感器节点采集的空气污染物浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇首发送的空气污染物浓度数据汇总发送至数据处理及预警装置。2.根据权利要求1所述的城市空气污染物浓度超标预警系统，其特征是，所述传感器节点包括用于监测待监测区域的空气污染物浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的空气污染物浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。3.根据权利要求1或2所述的城市空气污染物浓度超标预警系统，其特征是，所述数据处理及预警装置包括比较分析模块和预警模块，所述比较分析模块用于将空气污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警模块在所述比较结果为空气污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。4.根据权利要求1所述的城市空气污染物浓度超标预警系统，其特征是，簇内各传感器节点若与对应簇首的距离不超过...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱炎新，
申请(专利权)人：深圳明创自控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44