一种基于物联网的环保监测系统及方法与流程

1.本发明涉及环保监测技术领域，具体涉及一种基于物联网的环保监测系统及方法。


背景技术：

2.由于环境污染问题带来的社会问题越来越明显，相关技术中，环保督察需要投入大量人员进行现场核查，人力成本较高，且不能做到全面的实时监控，不能得知采集的环保监测数据的质量如何，污染程度是否严重。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于物联网的环保监测系统及方法，能对大气、水质、土壤污染进行分类监控，并能对采集的环保监测数据进行质量判断，进行准确的生态环境污染分析，从而提高生态环境污染预警的准确性。
4.第一方面，本发明提供的一种基于物联网的环保监测系统，包括：数据采集终端、智能传感网关、传感数据管理平台和预警模块，其中，
5.所述数据采集终端用于采集土壤污染监测数据、水质污染监测数据和大气污染的监测数据，并将采集的监测数据传输到智能传感网关；
6.所述智能传感网关用于对接入的数据采集终端进行身份认证，接收身份认证通过的数据采集终端传输的数据，并对接收的数据进行协议转换，并将转换后的数据传输到传感数据管理平台；
7.所述传感数据管理平台包括数据融合模块和数据分析模块，所述数据融合模块用于对采集的监测数据进行融合处理得到融合结果，根据融合结果判断出监测数据质量信息，将监测数据质量信息最高的数据传输到数据分析模块进行分析；所述数据分析模块用于建立一个无污染的生态环境曲线函数，根据采集的监测数据建立实测生态环境曲线函数，将实测生态环境曲线函数与无污染生态环境曲线函数做差运算得到差值，根据差值判断生态环境污染程度，并分析出生态环境污染的规律；
8.所述预警模块用于根据生态环境污染程度进行预警，根据生态环境污染的规律作出相应的治理方案。
9.可选地，数据融合处理模块包括数据关联分析单元、数据冗余处理单元和数据合并单元，所述数据关联分析单元用于对各个传感器采集的数据的关联性分析；所述数据冗余处理单元用于对各个传感器采集的数据进行冗余处理，去除冗余数据；所述数据合并单元用于对各个传感器采集的数据进行融合计算出融合结果。
10.可选地，所述系统还包括区块链网络，所述区块链网络包含多个区块链网络节点，其中任一区块链网络节点可接收并广播监测数据，通过区块链网络对监测数据进行处理和存储。
11.可选地，数据采集终端包括大气污染监测模块，所述大气污染监测模块包括传感
器模块、处理器模块、无线收发模块和电源模块，所述传感器模块用于采集大气污染数据，所述处理器模块用于对大气污染数据进行分析和处理，得到处理后的数据，所述无线收发模块用于将处理后的数据发送到智能传感网关，所述电源模块为传感器模块、处理器模块和无线收发模块供电。
12.可选地，传感器模块包括二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、一氧化氮传感器和一氧化碳传感器。
13.可选地，数据采集终端还包括水污染监测模块，所述水污染监测模块包括定位单元、自动运行单元、自动计量单元和存储单元，所述定位单元用于对传感器投放的坐标进行定位，并将定位信息传输到智能传感网关，所述自动运行单元用于控制工作状态、停电保护和状态自动检测；所述自动计量单元用于自动采集水源污染数据、水源污染的排放量、自动完成水样的连续等比例收集和记录污染区域情况；所述存储单元用于存储本地数据。
14.可选地，智能传感网关包括：数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块用于接收不同类型的传感器数据，所述数据处理模块用于对不同类型的传感器数据进行解析和封装处理，并通过网络接口将数据传输到传感数据管理平台，并对传感数据管理平台发送的消息作出响应。
15.第二方面，本发明提供的一种基于物联网的环保监测方法，包括以下步骤：数据采集终端采集土壤污染监测数据、水质污染监测数据和大气污染的监测数据，并将采集的监测数据传输到智能传感网关；
16.智能传感网关对接入的数据采集进行身份认证，接收身份认证通过的数据采集终端传输的监测数据，并对接收的监测数据进行协议转换，并将转换后的数据传输到传感数据管理平台；
17.传感数据管理平台对采集的监测数据进行融合处理得到融合结果，根据融合结果判断出监测数据质量信息，将监测数据质量信息最高的数据进行进一步分析,分析的方法包括:建立一个无污染的生态环境曲线函数，根据采集的监测数据建立实测生态环境曲线函数，将实测生态环境曲线函数与无污染生态环境曲线函数做差运算得到差值，根据差值判断生态环境污染程度，并分析出生态环境污染的规律；
18.预警模块根据生态环境污染程度进行预警，根据生态环境污染的规律作出相应的治理方案。
19.可选地，传感数据管理平台对采集的监测数据进行融合处理的具体方法包括：对各个传感器采集的数据的关联性分析；对各个传感器采集的数据进行冗余处理，去除冗余数据；对各个传感器采集的数据进行融合计算出融合结果。可选地，方法还包括：区块链网络中的任一区块链网络节点接收并广播监测数据，通过区块链网络对监测数据进行处理和存储。
20.本发明的有益效果：
21.本发明实施例提供的一种基于物联网的环保监测系统，能对大气、水、土壤污染进行分类监控，能对数据采集终端进行身份认证，确保监测数据的真实性，并能对采集的环保监测数据进行质量判断，进行准确的生态环境污染分析，从而提高生态环境污染预警的准确性。
22.本发明实施例提供一种基于物联网的环保监测方法，与上述一种基于物联网的环
保监测系统出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
24.图1示出了本发明第一实施例所提供的一种基于物联网的环保监测系统的结构框图；
25.图2示出了本发明第二实施例所提供的一种基于物联网的环保监测方法的流程图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
28.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
29.还应当进一步理解，本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
30.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0031]
需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0032]
如图1所示，示出了本发明第一实施例所提供的一种基于物联网的环保监测系统的结构框图，该系统包括：数据采集终端、智能传感网关、传感数据管理平台和预警模块，其中，数据采集终端用于采集土壤污染监测数据、水质污染监测数据和大气污染的监测数据，并将采集的监测数据传输到智能传感网关；所述智能传感网关用于对接入的数据采集终端进行身份认证，接收身份认证通过的数据采集终端传输的监测数据，并对接收的监测数据进行协议转换，并将转换后的数据传输到传感数据管理平台；所述传感数据管理平台包括数据融合模块和数据分析模块，所述数据融合模块用于对采集的监测数据进行融合处理得到融合结果，根据融合结果判断出监测数据质量信息，将监测数据质量信息最高的数据传输到数据分析模块进行分析；所述数据分析模块用于建立一个无污染的生态环境曲线函
数，根据采集的监测数据建立实测生态环境曲线函数，将实测生态环境曲线函数与无污染生态环境曲线函数做差运算得到差值，根据差值判断生态环境污染程度，并分析出生态环境污染的规律；所述预警模块用于根据生态环境污染程度进行预警，根据生态环境污染的规律作出相应的治理方案。智能传感网关对接入的数据采集终端进行身份认证，判断数据采集终端是否被恶意替换或攻击，身份认证通过的数据采集终端才能向智能传感网关传输数据，确保了数据采集终端采集的监测数据的真实性。数据融合模块对采集的监测数据进行融合处理得到融合结果，根据融合结果判断出监测数据质量信息。本发明实施例提供一种基于物联网的环保监测系统，能对大气、水质、土壤污染进行分类监控，能对数据采集终端进行身份认证，确保监测数据的真实性，并能对采集的环保监测数据进行质量判断，进行准确的生态环境污染分析，从而提高生态环境污染预警的准确性。
[0033]
在本实施例中，在监控范围内安装数据采集终端，数据采集终端多采用无线传感器节点来采集土壤污染监测数据、水质污染监测数据和大气污染的监测数据，传感器节点之间，使用zigbee协议建造无线多跳网络，无线传感器节点会在网络内自行产生协调器节点。因此，每种传感器节点会把得到的土壤污染监测数据、水质污染监测数据和大气污染监测数据上传到汇聚节点内，依靠汇聚节点再上传到智能传感网关中，实现对大气、水质、土壤污染进行分类监控。通过智能传感网关进行信息整合后传输到传感数据管理平台中进行处理。传感数据管理平台对智能传感网关传输的数据进行数据融合和数据分析处理。数据分析模块先建立一个无污染的生态环境曲线函数，根据采集的监测数据建立实测生态环境曲线函数，将实测生态环境曲线函数与无污染生态环境曲线函数做差运算得到差值，根据差值判断生态环境污染程度，并分析出生态环境污染的规律，预警模块根据生态环境污染程度进行预警，根据生态环境污染的规律作出相应的治理方案。传感数据管理平台对采集的环保监测数据进行质量判断，进行准确的生态环境污染分析，从而提高生态环境污染预警的准确性。
[0034]
具体地，数据融合处理模块包括数据关联分析单元、数据冗余处理单元和数据合并单元，所述数据关联分析单元用于对各个传感器采集的数据的关联性分析；所述数据冗余处理单元用于对各个传感器采集的数据进行冗余处理，去除冗余数据；所述数据合并单元用于对各个传感器采集的数据进行融合计算出融合结果。数据融合处理模块采用集中式信息融合，按照数据融合处理方法对生态环境污染的各种监测数据进行处理，得到融合结果。采用自适应加权方法对传感器采集的数据进行加权比重处理，可以减少自身和外界干扰。
[0035]
为了防止监测数据被人为篡改，系统还将数据采集终端采集的监测数据写入区块链中进一步保障监测数据的安全性。在本实施例中，系统还包括区块链网络，区块链网络包含多个区块链网络节点，其中任一区块链网络节点可接收并广播监测数据，通过区块链网络对监测数据进行处理和存储。本实施例的区块链属于联盟链，区块链节点包括轻节点和全节点。全节点存储了整条区块链的所有数据，可以独立完成数据校验，轻节点则只存储了整条区块链的所有区块头，数据存储要求相对较低一些，区块头包括前一区块的哈希值、时间戳、区块链版本号、merkle根的哈希值和term(任期)。区块链的数据构造特点决定了其数据的安全性，当区块链网络中存在一定数量的节点时，用户若想通过修改区块链上的数据，其需要具备相当高的技术手段，且至少要掌握一半以上的区块链网络节点，而这样做的话，
其造假成本将会非常高昂，往往得不偿失，这就逼迫用户不得不采取有效的措施来对所排放的污染物进行处理，否则，将由环保监管部门或相关执法部门对其实施相应的惩罚。
[0036]
在本实施例中，数据采集终端包括大气污染监测模块，所述大气污染监测模块包括传感器模块、处理器模块、无线收发模块和电源模块，所述传感器模块用于采集大气污染数据，所述处理器模块用于对大气污染数据进行分析和处理，得到处理后的数据，所述无线收发模块用于将处理后的数据发送到智能传感网关，所述电源模块为传感器模块、处理器模块和无线收发模块供电。传感器模块包括二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、一氧化氮传感器和一氧化碳传感器。大气污染检测模块对空气中的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和一氧化氮的数据进行采集，处理器模块对传感器模块采集的这些数据进行分析和处理，通过无线收发模块将处理后的数据发送给智能传感网关，对大气污染情况的分析提供数据基础。
[0037]
在本实施例中，数据采集终端还包括水污染监测模块，所述水污染监测模块包括定位单元、自动运行单元、自动计量单元和存储单元，所述定位单元用于对传感器投放的坐标进行定位，并将定位信息传输到智能传感网关，所述自动运行单元用于控制工作状态、停电保护和状态自动检测；所述自动计量单元用于自动采集水源污染数据、水源污染的排放量、自动完成水样的连续等比例收集和记录污染区域情况；所述存储单元用于存储本地数据。水污染监测模块能对投放的坐标进行定位，能自动运行、停电保护与自动回复，并且能自动检测，有利于维修和紧急故障处理。自动计量单元对水源污染数据、水源污染的排放量、水样收集、污染区域情况的自动监控，实现对水环境污染进行全方面监测。
[0038]
在本实施例中，智能传感网关包括：身份认证模块、数据采集模块和数据处理模块，身份认证模块用于对数据采集终端的身份进行认证；所述数据采集模块用于接收不同类型的传感器数据，所述数据处理模块用于对不同类型的传感器数据进行解析和封装处理，并通过网络接口将数据传输到传感数据管理平台，并对传感数据管理平台发送的消息作出响应。为了避免数据采集终端遭受不法分子的恶意替换或攻击，导致采集的数据的不真实，智能传感网关设置身份认证模块保障监测数据的真实性。在数据采集终端在接入智能传感网关时，智能传感网关的身份认证模块对数据采集终端的身份进行认证，可以对数据采集终端进行实时监控，保障数据的真实性。身份认证是通过对传感器的特征信息进行识别，从而实现传感器身份的认证。可对传感器设备的序列号进行获取和识别，从而实现传感器身份认证。在本实施例中，采用stm32f4作为数据采集模块，采用rk3288作为数据处理模块，并为其配备lora、wifi、zigbee、 lan和4g等多种通信器件。stm32f4有高性能、低成本、低功耗的cortex-m 内核，具有模拟信号滤波、模数转换和多接口类型数据通信的功能，满足数据采集模块的要求。rk3288采用arm cortex-a17四核架构，16g外存存储，运行主频可达1.8ghz，具有更强的数据处理能力，且可以运行ubuntu、android等操作系统，可以完成与传感数据管理平台的交互功能。
[0039]
本发明实施例提供一种基于物联网的环保监测系统，能对大气、水质、土壤污染进行分类监控，能对数据采集终端进行身份认证，确保监测数据的真实性，并能对采集的环保监测数据进行质量判断，进行准确的生态环境污染分析，从而提高生态环境污染预警的准确性，通过将监测数据上传到区块链中，确保了监测数据的安全性，防止数据被人为篡改。
[0040]
在上述的第一实施例中，提供了一种基于物联网的环保监测系统，与之相对应的，
本技术还提供一种基于物联网的环保监测方法。请参考图2，其为本发明第二实施例提供的一种基于物联网的环保监测方法的流程图。由于方法实施例基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的方法实施例仅仅是示意性的。
[0041]
如图2所示，示出了本发明第二实施例提供的一种基于物联网的环保监测方法的流程图，该方法包括以下步骤：
[0042]
s1:数据采集终端采集土壤污染监测数据、水质污染监测数据和大气污染的监测数据，并将采集的监测数据传输到智能传感网关；
[0043]
s2:智能传感网关对接入的数据采集进行身份认证，接收身份认证通过的数据采集终端传输的监测数据，并对接收的监测数据进行协议转换，并将转换后的数据传输到传感数据管理平台；
[0044]
s3:传感数据管理平台对采集的监测数据进行融合处理得到融合结果，根据融合结果判断出监测数据质量信息，将监测数据质量信息最高的数据进行进一步分析,分析的方法包括:建立一个无污染的生态环境曲线函数，根据采集的监测数据建立实测生态环境曲线函数，将实测生态环境曲线函数与无污染生态环境曲线函数做差运算得到差值，根据差值判断生态环境污染程度，并分析出生态环境污染的规律；
[0045]
s4:预警模块根据生态环境污染程度进行预警，根据生态环境污染的规律作出相应的治理方案。
[0046]
具体地，传感数据管理平台对采集的监测数据进行融合处理的具体方法包括：对各个传感器采集的数据的关联性分析；对各个传感器采集的数据进行冗余处理，去除冗余数据；对各个传感器采集的数据进行融合计算出融合结果。方法还包括：区块链网络中的任一区块链网络节点接收并广播监测数据，通过区块链网络对监测数据进行处理和存储。
[0047]
本发明实施例提供一种基于物联网的环保监测方法，能对数据采集终端进行身份认证，确保监测数据的真实性，并能对采集的环保监测数据进行质量判断，进行准确的生态环境污染分析，从而提高生态环境污染预警的准确性，通过将监测数据上传到区块链中，确保了监测数据的安全性，防止数据被人为篡改。
[0048]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。