一种基于大数据的区域环境监测预警系统及方法与流程

本发明涉及环境监测，具体为一种基于大数据的区域环境监测预警系统及方法。

背景技术：

1、大气环境监测是对大气环境中污染物的浓度进行观察、分析和对环境影响的测定过程，在大气环境监测中，采样点的位置和数量的合理布设，是完成监测目的和保证数据具有代表性的重要工序之一，通过布设合适的监测站点对某一区域进行大气环境监测，能够帮助更好地对区域进行环境监测；

2、然而，现有的环境监测方式仍存在一些弊端：现有技术中，利用固定的监测站点对区域进行大气环境监测，可能会出现监测范围覆盖不全导致局部区域出现污染超标但未被任一监测站点监测到的问题，从而影响到监测数据的准确性，即使后续核查到未覆盖的局部区域污染超标的问题，由于监测站点固定不变，也无法后续对污染区域继续进行环境监测，不利于保障环境监测数据的全面性和准确性。

3、所以，人们需要一种基于大数据的区域环境监测预警系统及方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于大数据的区域环境监测预警系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的区域环境监测预警系统，所述系统包括：监测信息采集模块、数据库、环境监测模块、协同监测判断模块和协同监测规划模块；

3、所述监测信息采集模块的输出端连接所述数据库的输入端，所述数据库的输出端连接所述环境监测模块和协同监测规划模块的输入端，所述环境监测模块的输出端连接所述协同监测判断模块的输入端，所述协同监测判断模块的输出端连接所述协同监测规划模块的输入端；

4、通过所述监测信息采集模块采集区域环境监测站点信息和用于协同监测站点监测区域环境的待协同无人机信息，将采集到的全部数据传输到所述数据库；

5、通过所述数据库存储接收到的全部数据；

6、通过所述环境监测模块利用监测站点进行区域环境监测，在监测到未被监测站点监测范围覆盖的区域污染超标时进行预警；

7、通过所述协同监测判断模块判断是否需要无人机协同监测站点进行大气环境监测：若需要，利用无人机对未被监测站点监测范围覆盖的区域进行环境监测；

8、通过所述协同监测规划模块在判断需要无人机协同时，规划协同监测的无人机数量。

9、进一步的，所述监测信息采集模块包括站点信息采集单元、设备信息采集单元和历史监测数据采集单元；

10、所述站点信息采集单元、设备信息采集单元和历史监测数据采集单元的输出端连接所述数据库的输入端；

11、所述站点信息采集单元用于采集用于监测固定区域大气环境的所有监测站点位置信息以及监测站点的监测范围信息；

12、所述设备信息采集单元用于采集用于协同监测站点监测固定区域大气环境的待协同无人机的续航时间信息；

13、所述历史监测数据采集单元用于采集以往一次性完成大气环境监测的无人机数量、监测区域面积以及无人机的续航时间信息；

14、一次性完成大气环境监测表示无人机能够在不充电的条件下完成所要监测区域的大气环境监测工作。

15、进一步的，所述环境监测模块包括大气环境监测单元、监测范围分析单元和污染超标预警单元；

16、所述大气环境监测单元和数据库的输出端连接所述监测范围分析单元的输入端，所述监测范围分析单元的输出端连接所述污染超标预警单元的输入端；

17、所述大气环境监测单元用于利用监测站点对区域进行大气环境监测；

18、所述监测范围分析单元用于分析对应区域内所有监测站点的监测范围信息，确认未被监测站点监测范围覆盖的区域；

19、所述污染超标预警单元用于将监测站点监测到的大气环境数据传输到监测终端，对区域内的大气污染情况进行核查，在核查到未被覆盖的区域污染超标时，发送预警信号至所述协同监测判断模块。

20、进一步的，所述协同监测判断模块包括协同区域筛选单元和无人机协同监测单元；

21、所述协同区域筛选单元的输入端连接所述污染超标预警单元的输出端，所述协同区域筛选单元的输出端连接所述无人机协同监测单元的输入端；

22、所述协同区域筛选单元用于若接收到预警信号，判断需要无人机进行协同监测，筛选出未被监测站点监测范围覆盖的区域，分析筛选出的区域的总面积；

23、若未接收到预警信号，判断不需要无人机进行协同监测；

24、所述无人机协同监测单元用于利用无人机对筛选出的区域进行大气环境监测；

25、操控无人机到筛选出的区域上方固定高度处，无人机对区域进行扫描，利用自动规划航线功能进行检测，利用传感器进行气体检测的同时打开高清相机进行影像记录，将获取到的检测数据和影像数据发送到监测终端，在监测终端通过可视化软件显示对应区域的气体成分、浓度等信息；

26、通过利用无人机协同固定监测站点的方式进行大气环境监测，固定监测站点对其监测范围内的区域进行环境监测，无人机对监测范围未覆盖到的区域进行环境监测，有利于保障最终监测结果的准确性和全面性。

27、进一步的，所述协同监测规划模块包括历史监测数据调取单元、分配模型建立单元和设备数量规划单元；

28、所述历史监测数据调取单元的输入端连接所述无人机协同监测单元和数据库的输出端，所述历史监测数据调取单元的输出端连接所述分配模型建立单元的输入端，所述分配模型建立单元的输出端连接所述设备数量规划单元的输入端；

29、所述历史监测数据调取单元用于调取并分析以往一次性完成大气环境监测的无人机数量、监测区域面积以及无人机的续航时间信息至所述分配模型建立单元；

30、所述分配模型建立单元用于依据接收到的数据建立设备数量分配模型；

31、所述设备数量规划单元用于将当前待协同无人机的续航时间以及筛选出的区域的总面积代入设备数量分配模型，规划对对应筛选出的区域进行大气环境监测的无人机数量。

32、一种基于大数据的区域环境监测预警方法，包括以下步骤：

33、s1：采集区域环境监测站点信息和用于协同监测站点监测区域环境的待协同无人机信息；

34、s2：利用监测站点进行区域环境监测，在监测到未被监测站点监测范围覆盖的区域污染超标时进行预警；

35、s3：判断是否需要无人机协同监测站点进行大气环境监测：若需要，利用无人机对未被监测站点监测范围覆盖的区域进行环境监测；若不需要，执行步骤s2；

36、s4：在判断需要无人机协同时，规划协同监测的无人机数量。

37、进一步的，采集到随机一个固定区域内共有f个监测站点，对应固定区域的总面积为z，采集f个监测站点的位置信息，获取到每一个监测站点的监测范围为：以监测站点为圆心、半径为r的圆形区域所覆盖范围，采集到当前用于协同监测站点监测对应固定区域大气环境的待协同无人机的最大续航时间为t，所有待协同无人机的最大续航时间都相同，采集到以往k次能够一次性完成大气环境监测的无人机数量集合为b={b1，b2，…，bk}，每次监测的区域面积集合为s={s1，s2，…，sk}，每次所用无人机的最大续航时间集合为t={t1，t2，…，tk}，每次使用的所有无人机的最大续航时间都相同。

38、进一步的，将监测站点监测到的大气环境数据传输到监测终端后，对对应固定区域内的大气污染情况进行核查，在核查到未被监测站点监测范围覆盖的区域污染超标时，发送预警信号。

39、进一步的，若接收到预警信号，判断需要无人机协同监测站点进行大气监测，利用无人机对未被监测站点监测范围覆盖的区域进行环境监测，筛选出未被监测站点监测范围覆盖的区域，根据公式s’=z-f*(π*r2)计算得到筛选出的区域面积s’；

40、在接收到预警信号后再利用无人机对未覆盖区域进行环境监测，是因为本身固定监测站点设置具备一定的合理性，监测到的数据具有一定的代表性，当未在其监测范围内的区域未出现污染超标时，没有必要进行协同监测，在未在其监测范围内的区域出现污染超标时再利用无人机对该区域进行环境监测，有利于提高无人机协同监测的有效性和意义。

41、进一步的，建立设备数量分配模型：z=λ0+λ1*x+λ2*y，其中，x和y表示设备数量分配模型中的自变量，z表示设备数量分配模型中的因变量，λ0、λ1和λ2表示偏回归系数，分别求解λ1、λ2和λ0得到最终的设备数量分配模型：

42、λ1=[∑ki=1(bi×ti)∑ki=1(si)2-∑ki=1(bi×si)∑ki=1(ti×si)]

43、/[∑ki=1(ti)2∑ki=1(si)2-(∑ki=1(ti×si))2]；

44、λ2=[∑ki=1(bi×si)∑ki=1(ti)2-∑ki=1(bi×ti)∑ki=1(ti×si)]

45、/[∑ki=1(ti)2∑ki=1(si)2-(∑ki=1(ti×si))2]；

46、λ0=(∑ki=1bi)/k-λ1×[(∑ki=1ti)/k]-λ2×[(∑ki=1si)/k]；

47、其中，bi表示以往第i次能够一次性完成大气环境监测的无人机数量，si表示第i次监测的区域面积，ti表示第i次所用无人机的最大续航时间，将t和s’代入设备数量分配模型中，令x=t、y=s’，得到监测当前筛选出的区域需要的无人机数量为λ0+λ1*t+λ2*s’，对λ0+λ1*t+λ2*s’做四舍五入处理，分配λ0+λ1*t+λ2*s’个无人机对筛选出的区域进行大气环境监测；

48、在利用无人机进行协同监测时，由于无人机的飞行时间较短，一次监测的范围有限，通过大数据技术采集并分析以往能够一次性完成区域环境监测工作的无人机续航时间、无人机数量以及对应监测区域的面积数据，依据历史数据建立设备数量分配模型，来为当前筛选出的区域分配合适数量的无人机进行大气环境监测，有利于帮助一次性地完成对应区域的环境监测，在提高监测效率的同时减少了不必要的监测成本。

49、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

50、本发明通过利用无人机协同固定监测站点的方式进行大气环境监测，固定监测站点对其监测范围内的区域进行环境监测，无人机对监测范围未覆盖到的区域进行环境监测，保障了最终监测结果的准确性和全面性；在未在监测站点监测范围内的区域出现污染超标时再利用无人机对该区域进行环境监测，提高了无人机协同监测的有效性和意义；通过大数据技术采集并分析以往能够一次性完成区域环境监测工作的无人机续航时间、无人机数量以及对应监测区域的面积数据，依据历史数据建立设备数量分配模型，来为当前筛选出的区域分配合适数量的无人机进行大气环境监测，帮助一次性地完成对应区域的环境监测，在提高监测效率的同时减少了不必要的监测成本。