一种环境质量在线监测系统及方法与流程

1.本发明涉及智能监管技术领域，尤其涉及一种环境质量在线监测系统及方法。


背景技术：

2.基于工业生产和环保的需要，常需要对环境质量进行监测，现有的环境监测方法一般是先将各种环境监测采集器放置于待监测环境的各个采样点中，然后定时收集各环境监测采集器采集的环境监测数据，再对监测数据进行判断是否超标，若超标则发出预警，以此来实现对环境质量的监测。
3.然而，上述现有的环境监测方法，需要采用较多的采集器，才能够达到对更广范围的环境数据的采集的目的，使得采集器等设备的用量较多，不利于节约资源，同时，较多的采集器也会加大对采样点布置采集器的工作量，且现有的环境监测方法只能对当前的环境指标数据进行检测和结果显示，难以对环境指标数据未来的变化趋势进行提前预测，以致不能尽早对潜在环境风险进行提前干预，因此，利用较少硬件资源提供更加准确的环境监测数据和预测数据具有积极意义。


技术实现要素：

4.本发明为了克服现有的环境监测方法需要安装较多采集器，使得消耗较多人力物力，且难以对环境指标数据未来的变化趋势进行提前预测，以致不能尽早对潜在环境风险进行提前干预的缺点，提出一种能够利用少量硬件设备实现较大范围的环境质量监测，且能够对环境指标数据进行提前预测的环境质量在线监测系统及方法。
5.本发明提供一种环境质量在线监测系统，包括：无人机数据采集模块，由搭载在数据采集用专用无人机上的各类采集器组成，用于采集环境中各种监测指标的数据；监控中心，用于对环境的监测数据进行监视和发送控制指令；数据处理模块，用于将所述采集器采集的数据转换成指标参数，同时根据所述指标参数生成环境地图，所述环境地图用于集中呈现各采样点实时的监测指标数据，其中地图中超标和未超标的数据区域用不同颜色区分；视频模块，搭载在所述数据采集用专用无人机上，用于在数据超标的时刻记录当前的环境照片或影像片段，以便于对现场环境进行确认；客户端，用于接收监控数据、发送控制指令、提供位置信息和显示所述环境地图；预警模块，安装于数据采集用专用无人机上，用于发出预警信号，所述预警信号包括预警消息、警报声和指示灯信号；通讯模块，用于无人机数据采集模块、监控中心、数据处理模块、视频模块、客户端和预警模块之间的通讯和数据传输，所述通讯模块的数据传输方式为有线或无线网络传输。
6.进一步的，所述客户端为手机或其他能够通过网络接收和显示图文及音视频信息
并提供实时位置信息的设备。
7.进一步的，所述无人机数据采集模块的数量至少配置为1个。
8.一种环境质量在线监测方法，基于所述的环境质量在线监测系统，包括以下步骤：s1、将安装有各类采集器的数据采集用专用无人机布置在预设的采样中心点，以所述预设采样中心点为起降点按预设的巡检范围、路径以及采样频率执行环境数据采样作业；s2、通过无人机上的各类采集器按照预设采样频率采集各采样中心点和巡检路径的环境数据，将采集的各类环境数据分别转换成对应的指标参数，根据所述指标参数生成环境地图并显示在监控中心和客户端，同时判断所述指标参数是否小于指标阈值，若是，则直接进入s3；否则先计算当前指标参数与指标阈值的差值，并根据所述差值发出对应等级的预警，同时通过视频模块向监控中心和客户端发送当前采样点的环境照片或影像片段，再进入s3；s3、将同一采样点的历史指标参数做滑动平均处理，计算指定采样时序的预测值；s4、判断指定采样时序的预测值是否小于所述指标阈值，若是，则回到s2，否则，根据所述预测值发出对应等级的预警，同时通过视频模块向监控中心和客户端发送当前采样点的环境照片或影像片段；s5、监控中心或客户端根据不同等级的预警信号配置对应的处理方案。
9.进一步的，所述同一采样点为无人机数据采集模块为巡检范围同一空间坐标的采样位置。
10.进一步的，所述步骤s3计算指定采样时序的预测值，具体包括以下步骤：s3.1、确定用于计算滑动平均值的时序个数n；s3.2、根据公式ft＝[a(t-1)＋a(t-2)＋a(t-3)＋
…
＋a(t-n)]/n计算滑动平均值，式中，ft表示当前指标参数对应的滑动平均值，a(t-1)表示前一时序的指标参数值，a(t-2)，a(t-3)和a(t-n)分别表示前二采样时序、前三采样时序直至前n采样时序的指标参数值；s3.3、计算相邻时序的滑动平均值间的差值m；s3.4、根据所述差值m计算指定采样时序的预测值y=at＋m
×
n，式中，at为当前采样数据对应的指标参数值，m为a(t-1)与a(t-2)的差值，n为指定采样时序与当前采样时序的差值。
[0011]
进一步的，所述采集器的监测目标为空气质量相关的指标参数，具体为pm10、pm2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的含量，各指标参数均由对应的采集器采集得到。
[0012]
进一步的，所述预警的等级划分方法为：将所述差值或预测值达到指标阈值的情况设为初级预警；之后将所述差值或预测值超出指标阈值的预设倍数的指标参数对应的预警等级逐级增加。
[0013]
进一步的，所述预警的等级通过警报声的音量及指示灯的颜色进行区分。
[0014]
本发明的有益效果是：1、本发明利用无人机数据采集模块，能够完成较大范围的环境数据的采集工作，节省了环境质量在线监测系统的硬件资源，减少了对采样点布置采集器的工作量。
[0015]
2、本发明方法首先通过确定用于计算指标参数的滑动平均值的时序个数，然后计算滑动平均值，再计算预设时序的预测值，能够实现对环境质量进行指定时序的提前预测功能，以便于提前做出应对方案，相较于其他预测模型，更加便于操作。
[0016]
3、本发明系统可以在监控中心和客户端直观显示各监测指标的参数值及分布范围，同时方便对户内外环境质量进行实时远程在线监控。
附图说明
[0017]
图1为本发明一种环境质量在线监测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0018]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0019]
实施例1：一种环境质量在线监测系统，包括：无人机数据采集模块，由搭载在数据采集用专用无人机上的各类采集器组成，用于采集环境中各种监测指标的数据，如空气中pm10、pm2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的含量；监控中心，用于对环境的监测数据进行监视和发送控制指令；数据处理模块，用于将所述采集器采集的数据转换成指标参数，同时根据所述指标参数生成环境地图，所述环境地图用于集中呈现各采样点实时的监测指标数据，其中地图中超标和未超标的数据区域用不同颜色区分；视频模块，搭载在所述数据采集用专用无人机上，用于在数据超标的时刻记录当前的环境照片或影像片段，以便于对现场环境进行确认，其中，包括对采集器工作状态的拍摄画面；客户端，用于接收监控数据、发送控制指令、提供位置信息和显示所述环境地图，所述客户端为手机或其他能够通过网络接收和显示图文及音视频信息并提供实时位置信息的设备，显示环境地图后，监控人员可以获取当前位置所对应的环境质量数据。
[0020]
预警模块，安装于数据采集用专用无人机上，用于发出预警信号，所述预警信号包括预警消息、警报声和指示灯信号，预警消息可以通过网络发送至监控中心和监管人员手机上，警报声的音量和指示灯的颜色随预警等级的不同而产生变化；通讯模块，用于无人机数据采集模块、监控中心、数据处理模块、视频模块、客户端和预警模块之间的通讯和数据传输，所述通讯模块的数据传输方式为有线或无线网络传输，如可以通过5g网络进行通讯和数据传输。
[0021]
实施例2：在实施例1的基础上，将无人机数据采集模块的数量设置为6个，以扩大环境数据采集和监测的范围。
[0022]
实施例3：一种环境质量在线监测方法，参考图1所示，基于实施例2所述的环境质量在线监测系统，对工业园区内的环境质量进行监测，具体包括以下步骤：s1、将安装有各类采集器的6个数据采集用专用无人机布置在预设的采样中心点，以所述预设采样中心点为起降点按预设的巡检范围、路径以及采样频率执行环境数据采样作业，通过对应的采集器收集空气中pm10、pm2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的含量数据，其中，预设的采样中心点可设置在园区内边长为200米的各正方形网格间的交点
上；s2、通过搭载在数据采集用专用无人机上的各类采集器采集各采样中心点及采样路径内的数据并将其转换成对应的指标参数，根据所述指标参数生成环境地图并显示在监控中心和客户端，同时判断所述指标参数是否小于指标阈值，若是，则直接进入s3；否则先计算当前指标参数与指标阈值的差值，并根据所述差值发出对应等级的预警，同时通过视频模块向监控中心和客户端发送当前采样点的环境照片或影像片段，再进入s3；所述采集器的监测目标为空气质量相关的指标参数；其中，所述空气质量相关的指标参数为pm10、pm2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的含量。本实施例中，通过在安装在无人机上的空气颗粒物检测仪来采集监测园区内空气中pm10的浓度并将其转为以μg/m 3
为计量单位的指标参数，以采样中心点为圆心，半径为100米的圆形空域范围为单个无人机数据采集模块的巡检范围，采样高度根据地形情况自定义，如可设置为距地面高20米，采样路径为巡检范围内半径相差10米的10个同心圆，巡检频率可设为每30分钟巡检一次，巡检周期内，按照由内向外依次按各同心圆轨迹采集，所述预设采样频率取值为每10秒悬停采样一次，每采样完一次马上通过通讯模块发送采样数据给数据处理模块进行处理，所述指标阈值设为50μg/m 3
；同样的，可以利用安装在无人机上二氧化硫采集器对巡检范围的二氧化硫含量进行采样和监控。
[0023]
s3、将同一采样点的历史指标参数做滑动平均处理，计算指定采样时序的预测值；所述同一采样点为无人机数据采集模块为巡检范围同一空间坐标的采样位置；s3.1、确定用于计算滑动平均值的时序个数n，假设同一采样点当前已经采样了3次，且3次pm10的浓度数据依次为20μg/m 3
,30μg/m 3
,40μg/m 3
，则用于计算滑动平均值的时序个数n确定为2；s3.2、根据公式ft＝[a(t-1)＋a(t-2)＋a(t-3)＋
…
＋a(t-n)]/n计算滑动平均值，本实施例中，ft表示当前采样点pm10浓度对应的滑动平均值，a(t-1)表示前一采样时序的pm10浓度值，a(t-2)，a(t-3)和a(t-n)分别表示前二采样时序、前三采样时序直至前n采样时序的指标参数值；根据公式可得ft为(30+40)/2=35μg/m 3
，f(t-1)=(20+30)/2=25μg/m 3
。
[0024]
s3.3、计算相邻时序的滑动平均值间的差值m，本实施例m=35-25=10；s3.4、根据所述差值m计算指定采样时序的预测值y=at＋m
×
n，式中，at为当前采样数据对应的指标参数值，m为a(t-1)与a(t-2)的差值，n为指定采样时序与当前采样时序的差值，本实施例中指定采样时序与当前采样时序的差值设为1，即预测下一次待采样（第4次待采样）的pm10浓度值，则预测值y=40＋10
×
1=50μg/m 3
。
[0025]
s4、判断指定采样时序的预测值是否小于所述指标阈值，若是，则回到s2，否则，根据所述预测值发出对应等级的预警，同时通过视频模块向监控中心和客户端发送当前采样点的环境照片或影像片段，环境监管人员通过监控中心和客户端上的环境照片或影像片段确定当前的环境状况，本实施例由于指标阈值设为50μg/m 3
，此时根据前面计算可知，预测值y达到了50μg/m 3
，因此无人机上的预警模块会发出预警，同时会通过视频模块向监控中心和客户端发送当前采样点的环境照片或影像片段，以供环境监管人员确认处理；s5、监控中心或客户端根据不同等级的预警信号配置对应的处理方案，以应对环境质量变差带来的风险，同时提出相应的改善环境质量的方案。
[0026]
在本实施例的一个优选方案中，所述预警的等级划分方法为：将所述差值或预测值达到指标阈值的情况设为初级预警；之后将所述差值或预测值超出指标阈值的预设倍数的指标参数对应的预警等级逐级增加，如本实施例指标阈值为50μg/m 3
，此时设为一级预警，设所述预设倍数为2，则150μg/m 3
时为二级预警，250μg/m 3
为三级预警，以此类推，相应地，报警灯用不同颜色进行显示，警报声的音量则由小到大变化。
[0027]
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种环境质量在线监测系统，其特征在于，包括：无人机数据采集模块，由搭载在数据采集用专用无人机上的各类采集器组成，用于采集环境中各种监测指标的数据；监控中心，用于对环境的监测数据进行监视和发送控制指令；数据处理模块，用于将所述采集器采集的数据转换成指标参数，同时根据所述指标参数生成环境地图，所述环境地图用于集中呈现各采样点实时的监测指标数据，其中地图中超标和未超标的数据区域用不同颜色区分；视频模块，搭载在所述数据采集用专用无人机上，用于在数据超标的时刻记录当前的环境照片或影像片段，以便于对现场环境进行确认；客户端，用于接收监控数据、发送控制指令、提供位置信息和显示所述环境地图；预警模块，安装于数据采集用专用无人机上，用于发出预警信号，所述预警信号包括预警消息、警报声和指示灯信号；通讯模块，用于无人机数据采集模块、监控中心、数据处理模块、视频模块、客户端和预警模块之间的通讯和数据传输，所述通讯模块的数据传输方式为有线或无线网络传输。2.根据权利要求1所述的一种环境质量在线监测系统，其特征在于，所述客户端为手机或其他能够通过网络接收和显示图文及音视频信息并提供实时位置信息的设备。3.根据权利要求1所述的一种环境质量在线监测系统，其特征在于，所述无人机数据采集模块的数量至少配置为1个。4.一种环境质量在线监测方法，基于权利要求1所述的环境质量在线监测系统，其特征在于，包括以下步骤：s1、将安装有各类采集器的数据采集用专用无人机布置在预设的采样中心点，以所述预设采样中心点为起降点按预设的巡检范围、路径以及采样频率执行环境数据采样作业；s2、通过无人机上的各类采集器按照预设采样频率采集各采样中心点和巡检路径的环境数据，将采集的各类环境数据分别转换成对应的指标参数，根据所述指标参数生成环境地图并显示在监控中心和客户端，同时判断所述指标参数是否小于指标阈值，若是，则直接进入s3；否则先计算当前指标参数与指标阈值的差值，并根据所述差值发出对应等级的预警，同时通过视频模块向监控中心和客户端发送当前采样点的环境照片或影像片段，再进入s3；s3、将同一采样点的历史指标参数做滑动平均处理，计算指定采样时序的预测值；s4、判断指定采样时序的预测值是否小于所述指标阈值，若是，则回到s2，否则，根据所述预测值发出对应等级的预警，同时通过视频模块向监控中心和客户端发送当前采样点的环境照片或影像片段；s5、监控中心或客户端根据不同等级的预警信号配置对应的处理方案。5.根据权利要求4所述的一种环境质量在线监测方法，其特征在于，所述同一采样点为无人机数据采集模块为巡检范围同一空间坐标的采样位置。6.根据权利要求4所述的一种环境质量在线监测方法，其特征在于，所述步骤s3计算指定采样时序的预测值，具体包括以下步骤：s3.1、确定用于计算滑动平均值的时序个数n；s3.2、根据公式ft＝[a(t-1)＋a(t-2)＋a(t-3)＋
…
＋a(t-n)]/n计算滑动平均值，式
中，ft表示当前指标参数对应的滑动平均值，a(t-1)表示前一时序的指标参数值，a(t-2)，a(t-3)和a(t-n)分别表示前二采样时序、前三采样时序直至前n采样时序的指标参数值；s3.3、计算相邻时序的滑动平均值间的差值m；s3.4、根据所述差值m计算指定采样时序的预测值y=at＋m
×
n，式中，at为当前采样数据对应的指标参数值，m为a(t-1)与a(t-2)的差值，n为指定采样时序与当前采样时序的差值。7.根据权利要求4所述的一种环境质量在线监测方法，其特征在于，所述采集器的监测目标为空气质量相关的指标参数，具体为pm10、pm2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的含量，各指标参数均由对应的采集器采集得到。8.根据权利要求4所述的一种环境质量在线监测方法，其特征在于，所述预警的等级划分方法为：将所述差值或预测值达到指标阈值的情况设为初级预警；之后将所述差值或预测值超出指标阈值的预设倍数的指标参数对应的预警等级逐级增加。9.根据权利要求4所述的一种环境质量在线监测方法，其特征在于，所述预警的等级通过警报声的音量及指示灯的颜色进行区分。

技术总结
本发明提供一种环境质量在线监测系统及方法。一种环境质量在线监测方法，包括以下步骤：通过搭载在数据采集用专用无人机上的各类采集器采集各采样中心点及采样路径内的数据并将其转换成对应的指标参数，同时生成环境地图并显示在监控中心和客户端，在指标参数大于指标阈值时发出预警；将同一采样点的历史指标参数做滑动平均处理，计算指定采样时序的预测值；根据所述预测值是否大于指标阈值判断是否发出预警；监控中心或客户端根据不同等级的预警信号配置对应的处理方案。本发明利用无人机数据采集模块，能够完成较大范围的环境数据的采集工作，节省了环境质量在线监测系统的硬件资源，减少了对采样点布置采集器的工作量。减少了对采样点布置采集器的工作量。减少了对采样点布置采集器的工作量。


技术研发人员：林嵩佶
受保护的技术使用者：林嵩佶
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/31