基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的跨區(qū)域氣象環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：在氣象污染方面，不同區(qū)域氣象環(huán)境污染不同，各個地區(qū)的信息關(guān)聯(lián)性微弱，導致現(xiàn)地區(qū)氣象環(huán)境污染指數(shù)測量設(shè)備無法對其他區(qū)域污染信息準確檢測，因此，本文通過提出以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支持的跨區(qū)域氣象環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)，提出軟硬件設(shè)計方式，系統(tǒng)以分層、模塊、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)，通過以HMP45D傳感器為基礎(chǔ)的污染信息采集系統(tǒng)及以S3C2410處理器為基礎(chǔ)的信息處理系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)可單獨運作，且系統(tǒng)設(shè)計MMA7260傳感節(jié)點加速器加入到節(jié)點中，克服跨區(qū)域?qū)е碌臐穸葌鞲衅髡`差，設(shè)計防治信號沖突軟件，確保系統(tǒng)實用性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);跨區(qū)域;氣象環(huán)境;污染監(jiān)測;數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.086

Abstract： In terms of meteorological pollution， the meteorological environment pollution in different regions is different， and the information correlation in each region is weak. As a result， the meteorological environmental pollution index measurement equipment in the current region cannot accurately detect the pollution information in other regions. Therefore， this article proposes to take the Internet of Things technology as the Supports a cross-regional meteorological and environmental pollution monitoring system. A software and hardware design method is proposed. The system uses a layered， modular， and network-structured Internet of Things. It uses a HMP45D sensor-based pollution information collection system and an S3C2410 processor-based information processing system. Composition， each system can operate independently， and the system design MMA7260 sensor node accelerator is added to the node to overcome the humidity sensor error caused by cross-regions， design software to prevent signal conflicts， and ensure system practicality.

Keywords： Internet of Things; Cross-region; Meteorological environment; Pollution monitoring; Data processing

社會發(fā)展產(chǎn)生嚴重氣象環(huán)境污染問題，影響人們正常生活，需對氣象環(huán)境污染信息收集，對空氣環(huán)境評估，制定治理污染有效方案。當下，氣象環(huán)境污染信息收集主要以人工觀測完成，時效性差、惡劣環(huán)境無法準確收集信息，故需構(gòu)建一體化自動氣象環(huán)境污染數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1]。

1 系統(tǒng)原理

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支持的氣象環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)考慮到氣象污染數(shù)據(jù)的多樣性、復雜性，系統(tǒng)較大范圍設(shè)置不同類傳感器，可對多樣數(shù)據(jù)及時、準確傳遞，通過多樣化傳感器組網(wǎng)，準確收集數(shù)據(jù)[2]。物聯(lián)網(wǎng)信息收集包含可收集空氣污染信息的傳感器節(jié)點，節(jié)點相互傳遞信息，以無線網(wǎng)絡(luò)通信和末端外圍設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)，實現(xiàn)跨區(qū)域污染信息監(jiān)測。系統(tǒng)收集整體污染信息，而后將多范圍信息匯總，傳遞給控制終端分析處理。

2 物聯(lián)網(wǎng)污染信息采集系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計

2.1 監(jiān)測中無線傳感器節(jié)點硬件

污染信息收集傳感器節(jié)點是系統(tǒng)核心，傳感器節(jié)點由不同屬性信息操作模塊構(gòu)成，信息操作模塊相互聯(lián)系，完成節(jié)點操作[3]。其中，污染信息收集上：模塊收集大范圍污染信息，涵蓋多種范圍污染信異常變化信息收集。信息差異運算模塊：對收集的污染信息干擾因素充分過濾，保存正確污染信息。信息差異運算可融合不同差異的污染信息，以無線傳輸?shù)较录壞K[4]。

信息通信模塊：聯(lián)系不同傳感器節(jié)點，傳遞污染信息、差異信息及異常，為系統(tǒng)提供全面信息，確保監(jiān)測的有效性及精準性。

2.2 信息傳遞加速傳感器設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的跨區(qū)域氣象環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)其“跨區(qū)域”是一特色，系統(tǒng)跨區(qū)域運行，易導致傳感器高、中濕校準點出現(xiàn)較大誤差。只有保證信息高效傳輸，才能確保監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行。為減少傳感器跨區(qū)域?qū)е碌恼`差，設(shè)計在系統(tǒng)硬件加入MMA7260Q（加速度傳感器），提高監(jiān)測系統(tǒng)運行可靠性[5]。MMA7260Q自身為單芯片結(jié)構(gòu)，可收集信號傳遞加速度，針對速度控制信號傳遞，確保網(wǎng)絡(luò)信息高速、安全傳輸。此外，MMA7260Q自身運行原理簡單，消耗能量較少，有出色的抗干擾能力，其芯片屬性分為1.6、3、5g可選，運行的能量僅為620μA，停止運行耗能僅為2μA。在電壓方面，運行電壓處于3.5～4.7V之間，使用安全。靈敏度方面，MMA7260Q可以收集750mV/g·1.6g信號變化，靈敏度突出。

3 軟件設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)查詢?nèi)藱C接口模塊

人機接口模塊上，可以為用戶及系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)信息交互提供直觀顯示，以面對對象為基本原理，按照用戶的實際需求，落實對應設(shè)計。用戶在人機接口模塊支持下，可以對顯示的數(shù)據(jù)進行切實分析，了解氣象環(huán)境現(xiàn)狀。設(shè)備上顯示的數(shù)據(jù)信息主要是最底層搜集到的信息的集中展示。底層數(shù)據(jù)中包含系統(tǒng)時間、污染指數(shù)、近距離及遠距離的污染指數(shù)等。通過數(shù)據(jù)融合算法，可有效獲取所需數(shù)據(jù)，分析空氣污染程度，針對溫差確定天氣情況。

3.2 污染指數(shù)顯示

污染指數(shù)顯示上，主要包含污染信息及歷史污染數(shù)據(jù)顯示。污染指數(shù)上顯示當下環(huán)境污染及兩年內(nèi)的環(huán)境污染信息，為用戶進行有效分析及判斷奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.3 氣象污染數(shù)據(jù)儲存模塊

儲存模塊主要對數(shù)據(jù)有效儲存，傳感器節(jié)點搜集到的數(shù)據(jù)儲存在此，為日后氣象分析提供數(shù)據(jù)支持。儲存模塊分析當下信息庫及歷史信息庫，當下信息庫提供記錄監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，以不同形式呈現(xiàn)給用戶，多采用動態(tài)曲線方式呈現(xiàn)出來，部分數(shù)值信息則通過文本形式保存到歷史信息庫中。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)及實際應用分析

為分析以物聯(lián)網(wǎng)為支持的空氣污染監(jiān)測系統(tǒng)是否具有可行性及先進行，需對其實際應用進行相應試驗。試驗從當?shù)貧庀蠊芾聿块T采集樣本數(shù)據(jù)，為兩個不同區(qū)域、不同范圍空氣污染信息。試驗通過IDATA平臺仿真技術(shù)落實，檢測對應樣本數(shù)據(jù)，檢測系統(tǒng)軟件參數(shù)為：（1）誤差監(jiān)測收集橫跨范圍：650km;（2）傳感器最大間距：0.345m;（3）傳感器最小間距：0.006m;（4）收集環(huán)境平均溫度：13.18℃。

經(jīng)運算得到無線傳感器傳播速度為1012.2m/s。試驗考慮到室外環(huán)境中污染顆粒富含多種物質(zhì)，可能導致傳感信號受到不良影響，導致監(jiān)測出現(xiàn)較大誤差，故將污染程度測量公式融入到實際誤差分析中：

（其中，為環(huán)境跨區(qū)污染指數(shù)誤差數(shù)據(jù)）

系統(tǒng)對遠程污染顆粒濃度收集，確保系統(tǒng)搜集到的空氣污染信息的全面性及有效性，可對異常污染出現(xiàn)及時預警。系統(tǒng)對跨區(qū)域污染程度顆粒濃度的實際檢測曲線如圖1所示。

通過圖1分析得到，采用上文所述的系統(tǒng)對最高空氣污染濃度檢測，位于650m位置，實際上最高空氣污染濃度在645m位置。由此可見，采用上述系統(tǒng)收集的空氣數(shù)據(jù)存在相對誤差，誤差在1%，也就是說，文章提出以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的空氣污染檢測系統(tǒng)具有及時性、準確性，且系統(tǒng)性能良好。由此可見，文章提出的基于物聯(lián)網(wǎng)空氣污染監(jiān)測系統(tǒng)可準時監(jiān)測對應空氣污染信息，可應用到相關(guān)實踐中去。

5 結(jié)語

綜上所述，文章以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支持，提出一種跨區(qū)域的信息采集氣象環(huán)境污染信息監(jiān)測系統(tǒng)，并通過IDATA平臺仿真測試分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)精確度滿足要求。

參考文獻

[1]綦亮，武枝，盛有錫，et al.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)平臺開發(fā)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應用，2017（10）：152-153.

[2]中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所.作物生長環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（6）：56-59.

[3]吳林.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測應用研究[J].信息系統(tǒng)工程，2017（9）：32-32.

[4]吳珊珊，劉清闖，王書旺，et al.基于物聯(lián)網(wǎng)的水體環(huán)境監(jiān)測無人船的設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應用，2017（5）：165-166.

[5]陳明武，唐桂林.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的非接觸式高溫工業(yè)爐監(jiān)測系統(tǒng)[J].河北北方學院學報：自然科學版，2019（5）：42-45.

收稿日期：2019-12-02

作者簡介：羅芳（1985-），女，漢族，碩士研究生，中級職稱，研究方向為環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境管理等。