基于北斗通信的揚塵監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計

劉金梅

摘要：本文詳細(xì)敘述了基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建立的揚塵監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集控制模塊和系統(tǒng)服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集控制模塊采用嵌入式系統(tǒng)為控制核心進(jìn)行前端數(shù)據(jù)探測，北斗信息數(shù)據(jù)的接收以及處理，數(shù)據(jù)采集控制模塊與系統(tǒng)服務(wù)器端通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該系統(tǒng)能夠全天候進(jìn)行揚塵的監(jiān)測，通過網(wǎng)絡(luò)隨時可以查看各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)以及超標(biāo)報警等。

Abstract： In this paper， it is described in detail about the dust monitoring system based on Beidou navigation system. The data acquisition control section uses the embedded system as the control core to carry out the data detection， the receipt and processing of Beidou information data， and the data acquisition end and the system server side. There's data transmission between them through the network. The system can carry out dust monitoring around the clock， through the network at any time to view the data of various monitoring points and the alarm.

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航；傳感器；揚塵；監(jiān)測

Key words： Beidou；sensor；dust；monitoring

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0178-02

0 引言

隨著社會的發(fā)展，城市化進(jìn)程的大力推進(jìn)，城市揚塵也成了PM2.5的重要來源之一，當(dāng)前監(jiān)測揚塵一般檢測范圍小，檢測效率低，而且浪費大量人力物力?？萍嫉陌l(fā)展帶動的經(jīng)濟的提高，人民的生存質(zhì)量已經(jīng)變得越來越高，對于自己賴以生存的地方的環(huán)境需求也越來越高，居住地的空氣質(zhì)量的好壞也已經(jīng)成為了人們?nèi)粘ｊP(guān)心的話題。在各種污染源中，城市揚塵是其中一種重要的污染源，而城市揚塵中又以工地?fù)P塵為最，目前工地?fù)P塵中的重要污染物大都由總懸浮顆粒物、PM10以及PM2.5組成，對于污染物24小時在線連續(xù)監(jiān)測，全天候提供工地的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，是十分重要的。

1 北斗導(dǎo)航簡介

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是繼GPS和GLONASS之后的第三個成熟的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括空間段、地面段和用戶段三部分。其通信功能可以實現(xiàn)用戶與用戶、用戶與控制中心之間的雙向簡短數(shù)字報文傳輸。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)將在全球范圍內(nèi)為各種終端用戶提供精確的定位、導(dǎo)航和授時等服務(wù)，24小時在線。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)完全覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，在亞太地區(qū)無通信盲區(qū)，特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理多個終端，并且，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獨特的中心節(jié)點式定位處理和指揮型用戶機設(shè)計，使終端在同一時間內(nèi)告知其他用戶自己位置，并獲取其他用戶的位置。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的機理是主動式雙向測距二維導(dǎo)航，地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)簡介

北斗衛(wèi)星的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制一般由一個監(jiān)控和接收中心站與多個數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測點組成，中心站與采集點之間的模式分為主動自報式與交互查詢式兩種方式。主動自報式是指監(jiān)測采集站按照一定的定時機制自動往中心站傳輸數(shù)據(jù)的模式。在主動自報模式下，監(jiān)測點處于主動方，而中心站則被動的等待接收數(shù)據(jù)。交互查詢式是指中心站通過發(fā)送指令來獲得野外監(jiān)測點的數(shù)據(jù)的模式。

本系統(tǒng)對于建筑工地、拆遷工地、住宅小區(qū)等揚塵24小時全天候監(jiān)測，能夠在線監(jiān)實時監(jiān)控該區(qū)域顆粒物濃度變化，通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至云服務(wù)平臺及中心監(jiān)控室，通過電腦、手機平板電腦等多個終端訪問訪問云平臺數(shù)據(jù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析，為進(jìn)一步貫徹落實大氣污染防治行動計劃，為完成環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)打下堅實基礎(chǔ)。系統(tǒng)在線實時在線監(jiān)測揚塵濃度、噪音指數(shù)和空氣溫濕度等多項數(shù)據(jù)，系統(tǒng)服務(wù)器可以對數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控以及對數(shù)據(jù)的報警處理、記錄、查詢、統(tǒng)計、報表輸出等多種功能。

2.2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制模塊和系統(tǒng)服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集控制模塊由STM32微處理器控制模塊、北斗通信終端模塊、傳感器模塊等電路、器件組成，當(dāng)傳感器模塊將采集的數(shù)據(jù)送給STM32，然后處理器進(jìn)行顯示、處理、存儲以及警報等工作，服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、顯示、發(fā)布、報警等功能，通過網(wǎng)絡(luò)可以隨時查看。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。北斗定位通信模塊主要由RDSS處理模塊、RNSS處理模塊和人機界面組成，自主完成RNSS定位。

數(shù)據(jù)采集控制模塊主要實時監(jiān)測接收目標(biāo)的定位、通信信息，包括嵌入式處理器，北斗定位信息接收模塊，電源模塊，存儲模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊，觸摸屏模塊以及報警模塊等。通過監(jiān)控界面實時顯示定位信息以及傳感器模塊的信息等。數(shù)據(jù)采集控制模塊系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

2.3 北斗定位信息格式與提取

北斗導(dǎo)航定位模塊上電后，一般為定時返回相應(yīng)格式的數(shù)據(jù)幀，北斗定位模塊采用NMEA0183傳輸協(xié)議，所以其數(shù)據(jù)格式與全球定位系統(tǒng)（GPS）基本相同，幀的起始字符都是位$，然后為相應(yīng)的信息類型，接下來是定位參數(shù)，各段之間以英文逗號隔開。

揚塵監(jiān)測系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集是通過STM32嵌入式微處理器完成的，首先通過啟示ASCII碼字符識別，進(jìn)行數(shù)據(jù)幀信息提取，再通過格式中的信息類型判斷來選擇是否接收，處理器識別無誤后，再通過檢索，來確定是否與當(dāng)前北斗模塊所接收的定位參數(shù)一致，然后從中提取需要的定位信息，例如經(jīng)緯度和時間等信息。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)服務(wù)器可將數(shù)據(jù)信息傳輸至指定的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程控制和傳輸；可通過智能手機接收查看當(dāng)前實時數(shù)據(jù)，并設(shè)定參數(shù)，主要包含如下功能：實時數(shù)據(jù)存儲于管理，用戶管理，角色管理，模塊管理，日志管理，查詢統(tǒng)計數(shù)據(jù)管理，指令下達(dá)，北斗位置服務(wù)管理，實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)報送，指令管理，事務(wù)管理，重點監(jiān)管對象的位置服務(wù)，大數(shù)據(jù)存儲功能等。

數(shù)據(jù)采集控制模塊主要負(fù)責(zé)傳感器的工作狀態(tài)，北斗位置，數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)通信等，會自動停止工作并報警輸出，具有自檢，故障判斷，故障提示等功能，數(shù)據(jù)采集模塊軟件程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)束語

北斗遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)擁有十分快速的數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠做到實時傳輸數(shù)據(jù)，并且北斗衛(wèi)星的全天候，全天時覆蓋，也同樣保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r性和牢靠性，不會簡單地受到天氣氣候、污染和地形影響。在建工地?fù)P塵污染實時在線監(jiān)控系統(tǒng)能具有全天候全自動持續(xù)的揚塵預(yù)警、超標(biāo)提醒數(shù)據(jù)查看設(shè)定操作方便，可將數(shù)據(jù)信息傳輸至指定的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程控制和傳輸；可通過智能手機接收查看當(dāng)前實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲管理，對監(jiān)測點的數(shù)據(jù)圖形展示，曲線分析，超限超標(biāo)報警統(tǒng)計等，為監(jiān)管部門提供決策依據(jù)，為用戶提供實時、有效的揚塵治理數(shù)據(jù)。隨著衛(wèi)星通信、數(shù)據(jù)采集、精確定位等技術(shù)水平的提高，大數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測會發(fā)展迅速。

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