一種環境污染趨勢監控系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種環境污染趨勢監控系統，包括用于采集相應檢測點的環境污染數據的n個前端設備；輸入端分別與各個前端設備的輸出端連接的傳輸網絡；輸入端連接傳輸網絡的輸出端，并對接收到的數據進行存儲和計算的數據立方；輸入端連接數據立方的輸出端，且與傳輸網絡之間交互連接，用于進行數據的最后處理和公布的WEB服務器。本發明造價低廉、且監控效果實時性強、準確度高，且可全面地反映環境質量現狀及發展趨勢的環境污染趨勢。
【專利說明】一種環境污染趨勢監控系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種環境污染趨勢監控系統。
【背景技術】
[0002]隨著工業及交通運輸業的不斷發展，我國空氣污染狀況十分嚴重，主要呈現為城市大氣環境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標。空氣污染是一個復雜的現象，在特定時間和地點空氣污染物濃度受到許多因素影響。來自固定和流動污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質量的最主要因素之一，其中包括車輛、船舶、飛機的尾氣、工業企業生產排放、居民生活和取暖、垃圾焚燒等。城市的發展密度、地形地貌和氣象等也是影響空氣質量的重要因素。
[0003]目前由于國外一套環境監測系統價價格昂貴，所以許多城市的環境監測中心站點較少，分布分散，環境監測的數據僅從宏觀上反映城市的整體的空氣質量，但是不能從微觀上反映局部區域、特定區域的空氣質量的好壞。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有環境檢測系統昂貴、檢測點較少，從而無法準確、全面的反映環境質量現狀及發展趨勢的缺點，提供了一種利用大量廉價檢測點采集PM2.5的數據，來準確、及時、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢的環境污染趨勢監測系統。
[0005]為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是:一種環境污染趨勢監控系統，該系統包括:前端設備:其數目為n，分布設置在待監控的范圍內的各個監測點，用于采集相應檢測點的環境污染數據；傳輸網絡:其輸入端分別與各個前端設備的輸出端連接；數據立方:其輸入端連接傳輸網絡的輸出端，并對接收到的數據進行存儲和計算；WEB服務器:其輸入端連接數據立方的輸出端，且與傳輸網絡之間交互連接，用于進行數據的最后處理和公布。
[0006]本發明通過在待監控的范圍內的各個監測點設置大量廉價檢測點采集環境污染數據，來準確、及時、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢；本發明采用數據立方進行存儲與計算采集到的數據，具有高實時性、高可靠性、可伸縮性、高擴容性、高性價比和全業務支持等優點。
[0007]作為本發明的一種改進方案，所述前端設備包括η個采樣器，所述η > I的自然數，還包括ΡΜ2.5通訊平臺、電源以及無電源通訊平臺，采樣器的輸出端均連接ΡΜ2.5通訊平臺的輸入端，電源為ΡΜ2.5通訊平臺供電，ΡΜ2.5通訊平臺的輸出端連接無電源通訊平臺的輸入端。
[0008]作為本發明的一種改進方案，所述WEB服務器采用B/S結構。B/S結構(Browser/Server,瀏覽器/服務器模式)是WEB興起后的一種網絡結構模式，WEB瀏覽器是客戶端最主要的應用軟件。這種模式統一了客戶端，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用。客戶機上只要安裝一個瀏覽器(Browser)，如NetscapeNavigator 或 Internet Explorer,月艮務器安裝 Oracle、Sybase、Informix 或 SQL Server等數據庫。瀏覽器通過Web Server同數據庫進行數據交互。這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本(TCO)。
[0009]本發明的優點是:提供更多的實時的環境監測數據，配合城市現有的環境監測站點，準確、及時、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢，為環境管理、污染源控制、環境規劃等提供科學依據，并結合天氣狀況、城市交通、人口密度、工業產值等元素，進行系統的研究，為保護環境，改善城市的大氣環境質量改善起到技術支撐作用。【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明系統的結構示意框圖。
[0011]圖2是傳感器檢測過程示意圖。
[0012]圖3是本發明文件在HDFS中存儲圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0014]如圖1所示，本發明包括以下部分:
前端設備:其數目為n，分布設置在待監控的范圍內的各個監測點，用于采集相應檢測點的環境污染數據；所述前端設備包括η個采樣器，所述η≥I的自然數，還包括ΡΜ2.5通訊平臺、電源以及無電源通訊平臺，采樣器的輸出端均連接ΡΜ2.5通訊平臺的輸入端，電源為ΡΜ2.5通訊平臺供電，ΡΜ2.5通訊平臺的輸出端連接無電源通訊平臺的輸入端；所述前端設備采用超低成本傳感器:該傳感器的特點為PWM脈寬調制輸出，采用粒子計數原理，可靈敏檢測直徑I微米以上的粒子，內置加熱器可實現自動吸入空氣，小尺寸重量輕，易安裝使用。
[0015]傳輸網絡:其輸入端分別與各個前端設備的輸出端連接；傳輸網絡采用GPRS進行無線數據傳輸:數據在前端設備基于TCP/IP協議，經過GPRS的數據傳輸，通過移動網絡傳輸數據。
[0016]數據立方:其輸入端連接傳輸網絡的輸出端，并對接收到的數據進行存儲和計算；采用數據立方進行存儲與計算采集到的數據有以下幾點優點:
實時性:平臺在高效率并行分布式軟件的支撐下，可以實時完成ΡΜ2.5監測平臺數據入庫、分析和管理工作。海量數據入庫不會出現數據堆積現象，各類分析和查詢工作基本都在秒級完成，具有如所未有的聞效性。
[0017]高可靠性:基于對云計算可靠性深厚的研究積累，徹底解決了當前分布式計算平臺易出現的單點故障問題。任何一個節點出現故障，系統將自動屏蔽，而且不會出現丟失數據的現象。包括查詢任務分配節點、計算任務分配節點、HDFS元數據節點、HDFS數據存儲節點、MapReduce Job Tracker 節點、MapReduce Worker 節點、HBase 管理節點、HBase Region節點等。
[0018]可伸縮性:在不停機的情況下，增加節點，平臺的處理能力自動增加；減少節點，平臺的處理能力自動縮減。這樣，可以做到與云計算平臺的無縫對接，根據計算和存儲任務動態地申請或釋放資源，最大限度地提高資源利用率。[0019]高擴容性:PM2.5監測平臺監測前端設備可以根據需求進行增加設備，擴展整個系統的覆蓋面積，但不需要繼續復雜的操作，可以動態的增加PM2.5監測平臺測試的節點，接入到該系統，并能自動組網，具有很強的擴容性。
[0020]高性價比:采用X86架構廉價計算機構建云計算平臺，用軟件容錯替代硬件容錯，大大節省成本。在目標性能和可靠性條件下，可比傳統的小型機加商用數據庫方案節省10倍左右的成本。
[0021]全業務支持:采用分布式數據庫模式，絕大部分海量數據存放于分布式平臺并進行分布式處理，少量實時性要求很高的數據存放于關系數據庫中，可支撐各種類型的業務。
[0022]WEB服務器:其輸入端連接數據立方的輸出端，且與傳輸網絡之間交互連接，用于進行數據的最后處理和公布。
[0023]本發明系統的工作過程包括以下幾個方面:
一、數據采集
如圖2所示，本發明的傳感器采用紅外光散射法來進行測試相關的數據。通過相關的探頭來進行采集相關的數據；通過采集的通道利用紅外光散射來進行獲取顆粒濃度；采集空氣的通道有固定的加熱源，通過加熱源來進行空間的動態的采集；將相關的顆粒濃度轉換成相關的數據通過無線通信進行數據傳輸。
[0024]傳感器的特點:PWM脈寬調制輸出、采用粒子計數原理、可靈敏檢測直徑I微米以上的粒子、內置加熱器可實現自動吸入空氣、小尺寸重量輕、易安裝使用。傳感器模塊內置一個加熱器，熱引起上升氣流使外部空氣流進模塊內部。空氣通過檢測通道，利用光的原理、通過光和透鏡以及處理模塊來進行檢測。
[0025]二、數據傳輸
數據在前端設備基于TCP/IP協議，經過GPRS的數據傳輸，通過移動網絡傳輸數據，然后將數據存入數據立方后，進行數據的處理，最后通過WEB服務器將數據展現出來。
[0026]每個前端設備有一個供應商的SM卡進行數據通信，該SM卡需要有GPRS業務，同時使用的地點必須有供應商的信號。例如使用中國移動的SM卡，該卡需要有GPRS的業務，同時放置PM2.5測試前端的地點需要有中國移動的信號才可以正常的通信。
[0027]三、數據存儲與處理
數據立方是一種超級的計算模式，可以把網絡中的計算機虛擬為一個資源池，將所有的計算資源集中起來，并用特定軟件實現自動管理，使得各種計算資源可以協同工作。
[0028]基于云計算的海量數據存儲模型,是依據云計算的核心計算模式MapReduce,并依托實現了 MapReduce計算模式的開源分布式并行編程框架Hadoop,將存儲模型和云計算結合在一起，實現海量數據的分布式存儲。
[0029]Hadoop是一個實現了 MapReduce計算模型的開源分布式并行編程框架,程序員可以借助Hadoop編寫程序，將所編寫的程序運行于計算機集群上，從而實現對海量數據的處理。
[0030]分布式文件系統HDFS被設計為將海量文件存儲在一個大集群的多臺計算機上。HDFS將每一個文件以分塊序列的形式進行存儲，一個文件的所有分塊除去最后一個分塊外都是等大小的。
[0031]如圖3所示，為文件在HDFS中存儲圖，本發明所采用的處理處理海量數據的處理框架，特點是實時性高。主從式的管理節點監控著所有處理節點(slave)，并接受任務，分配子任務，監控任務以及處理各類異常情況。處理節點(slave)，接受子任務，監控子任務，向主節點匯報任務。
[0032]對前臺頁面傳來的json字符串信息進行解析并分析各個變量，得到需要查詢的信息，然后把這些信息在封裝成與數據庫端相合的協議，調用數據庫提供的接口對后臺數據庫進行查詢。數據庫端查詢完畢后將byte形式的結果存放在指定文件中。接口服務器受到信號，讀取文件，并將結果封裝成字符串發送到前臺界面顯示。下圖是網頁查看實時PM2.5監測平臺數據
四、數據展示
本發明的界面展示采用B/S方式，采用地圖形式開展示PM2.5濃度分布情況、柱狀圖、曲線圖的不同形式來表示PM2.5的變化趨勢，從而形象直觀的展示PM2.5的分布情況以及發展趨勢情況。
[0033]采用與數據立方提供專用AP1、Web訪問和Web Services接口進行數據交互操作。數據立方能夠支撐千萬級并發訪問，PB級數據存儲、秒級數據處理能力，大大提高了客戶體驗感。用戶訪問時，同時系統通過負載均衡與隊列模式，做到資源公平。
【權利要求】
1.一種環境污染趨勢監控系統，其特征是，該系統包括: 前端設備:其數目為n，所述η > I的自然數，分布設置在待監控的范圍內的各個監測點，用于采集相應檢測點的環境污染數據； 傳輸網絡:其輸入端分別與各個前端設備的輸出端連接； 數據立方:其輸入端連接傳輸網絡的輸出端，并對接收到的數據進行存儲和計算； WEB服務器:其輸入端連接數據立方的輸出端，且與傳輸網絡之間交互連接，用于進行數據的最后處理和公布。
2.根據權利要求1所述的一種環境污染趨勢監控系統，其特征是，所述前端設備包括η個采樣器，所述η≥I的自然數，還包括ΡΜ2.5通訊平臺、電源以及無電源通訊平臺，采樣器的輸出端均連接ΡΜ2.5通訊平臺的輸入端，電源為ΡΜ2.5通訊平臺供電，ΡΜ2.5通訊平臺的輸出端連接無電源通訊平臺的輸入端。
3.根據權利要求1或2所述的一種環境污染趨勢監控系統，其特征是，所述WEB服務器采用B/S結構。
【文檔編號】H04L29/08GK103595792SQ201310570964
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】張真, 吳亞洲, 吳修文, 袁在康, 趙洪濤, 宋文艷 申請人:南京云創存儲科技有限公司