基于物联网的VOCs监测及数据处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，包括气体监测单元、物联网单元、数据处理单元和数据模型化单元，气体监测单元分别与物联网单元和数据模型化单元连接，物联网单元与数据处理单元连接，数据处理单元与数据模型化单元连接。本发明专利技术可稳定进行数据采集和上传；将VOCs的排放信息实时反馈给当地环保部门，帮助当地部门实现监测区域内VOCs减排效果，减少有关部门人力成本的同时，及时有效的处理污染情况，提高治理效率。提高治理效率。提高治理效率。

【技术实现步骤摘要】
基于物联网的VOCs监测及数据处理系统


[0001]本专利技术具体涉及一种基于物联网的VOCs监测及数据处理系统。

技术介绍

[0002]VOCs是形成臭氧(O)和PM2.5的重要前体物，实施VOCs治理攻坚能有效改善大气环境质量，补齐大气污染治理短板，增加企业效益，减少安全隐患，保护人体健康，实现环境效益、经济效益和社会效益多赢。但由于VOCs种类繁多，化学性质、物理性质差异大的特点，同时其排放源范围广，故其监测极具挑战。VOCs 一般指挥发性有机物。
[0003]从调研和前期掌握的情况来看，我国VOCs治理工作虽然取得了一些进展，但治理能力依然薄弱，VOCs污染尚未得到有效控制，是当前大气污染治理的突出短板。VOCs的治理包括，源头减量、中间控制和末端治理，目前国内在VOCs的治理手段上仍然以末端治理为主，主要使用回收利用技术和销毁技术对排放的VOCs进行再资源化循环利用或使其分解化合转化为其他无毒无害的物质。可由于多数行业的VOCs以混合物的形式排放，成分也由于不同的化合物性质变得极其复杂，采用单一方法的治理技术很难达到治理效果，且末端治理对设备的依赖度较高，企业治理成本高昂。同时，我国VOCs监测工作尚处于起步阶段，企业自行监测质量普遍不高，点位设置不合理、数据质控不到位，在线监测数据质量差等问题突出，而涉VOCs排放的行业多、分布广，缺乏有效的数据处理与监测溯源系统，网格化监测等应用不足，综合治理效率低下。
[0004]因此，提出一种对VOCs进行物联网式低功耗高精度远程合理监测及数据处理的方案是一项刻不容缓的任务，对环境空气质量的改善，保障人民群众身体健康具有重大意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于物联网的 VOCs监测及数据处理系统，可稳定进行数据采集和上传；将VOCs的排放信息实时反馈给当地环保部门，帮助当地部门实现监测区域内VOCs减排效果，减少有关部门人力成本的同时，及时有效的处理污染情况，提高治理效率。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，包括气体监测单元、物联网单元、数据处理单元和数据模型化单元，气体监测单元分别与物联网单元和数据模型化单元连接，物联网单元与数据处理单元连接，数据处理单元与数据模型化单元连接。
[0008]按照上述技术方案，物联网单元通过服务器云平台将数据发送至数据处理单元；物联网单元为窄带物联网(NB
‑
IoT)。
[0009]按照上述技术方案，气体监测单元包括多个VOCs监测节点，每个VOCs监测节点包括基于高性能电化学纳米阵列气体检测芯片的电化学阻抗传感器。
[0010]按照上述技术方案，VOCs监测节点以梯度式网格分布，梯度式网格分布即在综合考虑区域的重要性、大气污染物的污染程度、工业化发展水平的高低的基础上，对所在区域
进行网格划分，在网格的交点处设立监测点位。
[0011]按照上述技术方案，对城市主城区域采用1.2～1.5km
×
1.2～1.5km网格划分，对工业园区域采用0.3～0.5km
×
0.3～0.5km网格划分，对郊区域采用1.8～2km
×
1.8～2km网格划分。
[0012]按照上述技术方案，若网格直线交点落于湖泊等难以布置节点的位置，则取消此节点的安置。
[0013]按照上述技术方案，数据处理单元基于小波阈值函数、结合经验模态分解和小波变换改进的数据处理方法，包括以下步骤：
[0014]S1，使用一种基于经验模态分解的方法来将谐波信号数据分解成不同频率的本征模态函数；
[0015]S2，对数据信号采用改进的小阈值去噪。
[0016]8.根据权利要求7所述的基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，其特征在于，在步骤S2中，改进的小阈值去噪的具体过程为：
[0017]S2.1，选择适当的小波基并确定分解层数，对信号进行小波分解；
[0018]S2.2，选择阈值和阈值函数，对小波分解得到的系数进行阈值化处理；
[0019]S2.3，对处理后的信号进行小波重构，得到去噪后的信号。
[0020]按照上述技术方案，所述的步骤S2.2中阈值函数：
[0021][0022]其中，W
j，k
为经过阈值处理的小波系数，j为分解层数，k为系数序号，λ为小波阈值，α为调整因子；
[0023]其中σ为噪声标准方差。
[0024]按照上述技术方案，数据模型化单元对数据的分析过程为：数据模型化单元采用Kriging 插值法估计监测坐标附近的VOCs浓度，根据各监测节点坐标以及浓度值绘制气体扩散等值线。
[0025]进一步地，等值线是物理量的数值和图像相结合，代表着物理量空间分布的一种直观的图像信息；大多数等值线都是在二维平面上进行绘制的，利用数学的插值方法将监测得到的离散的物理量的数值离散、网格化，将相同数值的点用平滑的曲线绘制而成。利用美国GoldenSoftware开发的Surfer软件绘制气体扩散等值线。
[0026]Kriging插值法的公式为：
[0027][0028]式(3)中Z(si)为第i个位置处的测量值，λi为第i个位置处的测量值的未知权重，si＝预测位置N为测量值数。导入Surfer各监测节点坐标以及浓度值，利用Kriging插值法绘制出气体扩散等值线。
[0029]本专利技术具有以下有益效果：
[0030]采用物联网方式进行VOCs监测单元的数据传输；站点具有布设便利、通信可靠、采样准确、运行稳定、功耗极低等特点，以保证站点设备在投入使用后无需人为干涉即可稳定进行数据采集和上传；将VOCs的排放信息实时反馈给当地环保部门，帮助当地部门实现监测区域内VOCs减排效果，减少有关部门人力成本的同时，及时有效的处理污染情况，提高治理效率。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例中基于物联网的VOCs监测及数据处理系统的工作流程图；
[0032]图2是本专利技术实施例中电化学气体监测芯片的结构示意图；
[0033]图3是本专利技术实施例中城市地图中监测节点的布置效果图；
[0034]图4是本专利技术实施例中改进的小波变换步骤图；
[0035]图5是本专利技术实施例中窄带物联网的示意图；
[0036]图6是本专利技术实施例中BC95模块连接示意图；
[0037]图中，1
‑
物联网平台，2
‑
NB
‑
IoT核心网，3
‑
NB
‑
IoT基站，4
‑
VOCs检测设备，5
‑
第三方应用。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。
[0039]参照图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，其特征在于，包括气体监测单元、物联网单元、数据处理单元和数据模型化单元，气体监测单元分别与物联网单元和数据模型化单元连接，物联网单元与数据处理单元连接，数据处理单元与数据模型化单元连接。2.根据权利要求1所述的基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，其特征在于，物联网单元通过服务器云平台将数据发送至数据处理单元；物联网单元为窄带物联网。3.根据权利要求1所述的基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，其特征在于，气体监测单元包括多个VOCs监测节点，每个VOCs监测节点包括基于高性能电化学纳米阵列气体检测芯片的电化学阻抗传感器。4.根据权利要求3所述的基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，其特征在于，VOCs监测节点以梯度式网格分布，梯度式网格分布即在综合考虑区域的重要性、大气污染物的污染程度、工业化发展水平的高低的基础上，对所在区域进行网格划分，在网格的交点处设立监测点位。5.根据权利要求4所述的基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，其特征在于，对城市主城区域采用1.2～1.5km
×
1.2～1.5km网格划分，对工业园区域采用0.3～0.5km
×
0.3～0.5km网格划分，对郊区域采用1.8～2km
×
1.8～2km网格划分。6.根据权利要求4所述的基于物联网的VOCs监测及数据处理系统，其特征在于，若网格直线交点落于湖泊等难...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏定元，俞诗源，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：