一种移动式空气质量样本自动采集仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种移动式空气质量样本自动采集仪，包括PM

【技术实现步骤摘要】
一种移动式空气质量样本自动采集仪
本技术属于环境监测领域，涉及一种移动式空气质量样本自动采集仪，可对空气污染物PM2.5、NO2及CO进行采集，自动校正测量数据并通过无线传输实现数据的自动传输，极大补充与丰富了监测样本的时空分布。
技术介绍
当前空气污染物的监测有两种监测方式，一种是测量值较为准确的但设备的价格较高，维护复杂，其采用固定地址进行连续时间序列的监测，如中国环境监测总站的全国的空气1500多个监测站点采用的天平测量法，这类监测点数量有限，只能在有限的空间点进行布设。另外一种是采用个人设备，采用光学原理进行测量空气污染物浓度，虽然个人设备携带方便，可以不受空间点的限制进行更多点测量，但同国家环境监测站点的测量数据相比精度不高，测量方法及设备的差异导致二者存在较大的偏差。其次，当前的大部分空气质量测量侧重于测量PM2.5，忽视了其他污染物浓度的测量，而大部分监测样本的视频信息也较为缺乏，视频信息可视化地反映污染物可见光的特征(如雾霾天气)。
技术实现思路
本技术：针对
技术介绍
中存在的问题，提供一种移动式空气质量样本自动采集仪，在采集仪中直接嵌入了测量误差的数据自动校正，获得PM2.5，NO2及CO空气污染物较高质量的监测数据，用于扩充与完备现有样本的不足。由于涉及仪器便于携带，可以采用汽车、自行车及人工等多种方式进行采样，极大地获取丰富测量数据。本技术技术解决方案：一种移动式空气质量样本自动采集仪，包括空气污染物传感器、温湿度传感器、高程传感器、摄像头、GPS接收器、微控制器和无线传输模块；所述空气污染物传感器，分别用于测量PM2.5，NO2及CO的三种浓度数据；温湿度传感器，用于测量空气的温湿度信息，获取当前的空气的温度及湿度数据；高程传感器，测量空气质量样本自动采集仪高程，获取高程数据；摄像头，用于获取测量地点真彩色图片；GPS接收器，测量空气质量样本自动采集仪的空间位置，获取经度及纬度数据；微控制器，同步接收空气污染物传感器测量的三种浓度数据、温湿度传感器测量的空气的温度及湿度数据、高程传感器测量的高程数据、GPS接收器测量的位置的经度及纬度数据、摄像头拍摄的真彩色图片，所述各个数据构成测量样本，测量样本经过模数转换成数字信号输入微控制器；微控制器事先内嵌优化后的混合效应回归校正参数模型，经过微控制器中的运算器对PM2.5、NO2及CO的三种测量的空气污染物浓度数据进行在线误差校正；同时微控制器根据摄像头同步拍摄的真彩色图片，通过系统设置唯一的ID与空气污染物传感器测量样本对应，得到校正后的测量数据，并存入存储器；无线传输模块，将校正后的数据从存储器取出并进行传输。所述微控制器包括：I/O模块9、数据存储器10、程序存储器11、控制单元12、运算单元13，其中I/O模块9负责收集及输出各类传感器测量的数据，采集的模拟信号经过模数转换成数字信号；数据存储器10负责各类转换数据的存储；程序存储器11保存主要程序指令，这些指令包括样本数据采集、参数校正及输出指令；控制单元12则控制所有传感器数据的收集、处理、校正、存储与无线传输，运算单元13则根据控制单元发出的指令，输入每条数据样本采集的多传感器数据，按照拟定好的计算公式，实施测量数据的校正，并输出校正后的测量数据。所述优化后的参数校正模型基于线性混合效应模型，按照全国气候带划分随机因素，公知线性混合模型具有较高的精度，而涉及到的基本线性运算易于在嵌入式系统里实施，可将已优化得到的校正参数直接嵌入到微控制器实施在线计算。优选地，PM2.5的监测传感器为激光型传感器FIGARO的TF-LP01，精度高，抗干扰能力强。优选地，NO2传感器为FIGARO(费加罗技研株式会社)的TGS2106，精度高，长寿命，低功耗。优选地，CO传感器为FIGARO的TGS5141，精度高，长寿命，低功耗。优选地，温湿度传感器为DHT11，数字输出，抗干扰，长寿命。优选地，GPS接收器为Bonav的CM6B，数字输出，抗干扰，长寿命。优选地，摄像头为CMOS摄像头组，带广角功能，可拍摄较大范围的视角信息。优选地，微控制器采用MSP430F149(TexasInstruments)，同时携带大容量的microSD卡同其连接存储数据。微控制器5大部件，即I/O模块、数据存储器、程序存储器、控制单元、运算单元，I/O模块首先要同步接收传感器获得的各项数据，包括PM2.5浓度、NO2浓度、CO浓度、温度、湿度、高程、经度、纬度测量值，以及真彩色图片。每条同步测量获得的各项传感器数据构成了一个测量样本。微控制器已经内嵌了优化的混合效应回归校正参数模型，将测量样本各传感器数据项目输入，经过微控制器中的运算器对PM2.5、NO2及CO的浓度测量数据进行在线的误差校正；微控制器根据摄像头同步拍摄样本的可视化图片，通过ID与同期测量样本对应；从而得到校正的测量数据存入存储器。所述无线传输模块为GSM/GPRS无线传输模块，定期地将测量数据包括真彩色图片自动传输到云平台的数据库中，实现三种空气污染物PM2.5、NO2及CO浓度测量数据的自动更新。本技术包括：空气污染物(PM2.5，NO2及CO)传感器、温湿度传感器、高程传感器、微控制器、摄像头、GPS接收器及GSM无线传输网络。测量仪本身直接内嵌了测量误差校正模块自动校正测量数据，校正数据通过GSM的GPRS网络自动上传到云服务器中的数据库中，大大提高了数据采集的效率。本技术将光学传感器测量数据同中国环境监测总站监测数据进行比对进行数据校正，采用混合效应回归校正参数模型进行校正：y＝Xβ+ZΓ+ε(1)其中，y代表校正值矢量(目标变量：PM2.5、NO2或CO)，X代表数据的自变量矩阵，采用的自变量因子包括：坐标、温度、湿度、高程、传感器监测的多个污染物值(如目标变量PM2.5对应了NO2及CO)，β为固定效应系数，Z为随机效应系数，随机效应的因子采用全国气候带分区方法将样本划分成多个区域从而实现空间随机效应，ε为随机噪声。模型的训练采用了与传感器测量数据匹配的中国环境监测总站的数据进行训练，获得优化的参数。在环境健康领域，混合效应回归模型其基本的组件通过类似分段线性模型实现非线性建模，从而在实际中取得较高的建模精度。而因为其基本线性组件构建简单，可以采用较为简单的微控制器的算数逻辑运算实现。当模型训练完成获得优化的参数，可以将参数直接通过C语言内嵌到简单的微控制器中，通过算数逻辑运算实现校正功能。微控制器中的控制单元实现了对样本采集传感器、GPS及摄像头同步功能，从而实现了各传感器、摄像头及GPS接收器采集数据在时空上的一致性。优先地，GSM/GPRS无线传输模块，可以定期地将数据(包括视频信息)自动传输到云平台的数据库中，形成时空密集的数据测量，而且测量数据已经测量误差校正，同国家监测站点长时间序列的测量数据兼容，直接可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动式空气质量样本自动采集仪，其特征在于：包括空气污染物传感器、温湿度传感器、高程传感器、摄像头、GPS接收器、微控制器和无线传输模块；其中，M

【技术特征摘要】
1.一种移动式空气质量样本自动采集仪，其特征在于：包括空气污染物传感器、温湿度传感器、高程传感器、摄像头、GPS接收器、微控制器和无线传输模块；其中，M2.5、NO2、及CO传感器、温湿度、高程传感器及无线传输模块同微控制器连接；摄像头及GPS接受仪同微控制器连接；
所述微控制器包括：I/O模块、数据存储器、程序存储器、控制单元、运算单元，其中I/O模块负责收集及输出各类传感器测量的数据，采集的模拟信号经过模数转换成数字信号；数据存储器负责各类转换数据的存储；程序存储器保存主要程序指令，这些指令包括样本数据采集、参数校正及输出指令；控制单元则控制所有传感器数据的收集、处理、校正、存储与无线传输，运算单元则根据控制单元发出的指令，输入每条数据样本采集的多传感器数据，按照拟定好的计算公式，实施测量数据的校正，并输出校正后的测量数据。


2.根据权利要求1所述的移动式空气质量样本自动采集仪，其特征在于：所述PM2.5传感器为激光型传感器费加罗技研株式会社FI...

【专利技术属性】
技术研发人员：李连发，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11