[發(fā)明專利]基于云處理車載移動(dòng)大氣顆粒污染物的環(huán)境檢測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510775910.1
• 申請(qǐng)日: 2015-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105300862B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 黃智明

本發(fā)明公開(kāi)了基于云處理車載移動(dòng)大氣顆粒污染物的環(huán)境檢測(cè)方法及系統(tǒng)，針對(duì)城市區(qū)域PM2.5的檢測(cè)，主要涉及前端車載檢測(cè)器設(shè)備與后端云處理平臺(tái)，前端大氣顆粒物檢測(cè)設(shè)備使用紅外光散射法來(lái)進(jìn)行大氣顆粒物數(shù)據(jù)的檢測(cè)，通過(guò)紅外光傳感器來(lái)采集PM2.5大氣顆粒物數(shù)據(jù)，傳感器通道利用紅外光散射法來(lái)獲取顆粒濃度，采集空氣的通道有固定的加熱源，通過(guò)加熱源來(lái)進(jìn)行空氣顆粒物的動(dòng)態(tài)采集，通過(guò)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將大氣顆粒濃度信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)PWM波形數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯集處理與數(shù)據(jù)擬合，測(cè)出的PM2.5大氣顆粒物數(shù)據(jù)最后存入后端云存儲(chǔ)與處理數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大氣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣環(huán)境檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于云處理平臺(tái)的車載移動(dòng)PM2.5大氣顆粒污染物的環(huán)境檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

研究適合于車載移動(dòng)的PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器與云計(jì)算技術(shù)，配合城市現(xiàn)有PM2.5監(jiān)測(cè)站，及時(shí)、準(zhǔn)確并全面地反映大氣質(zhì)量及趨勢(shì)，為環(huán)保、污染源監(jiān)控、城市規(guī)劃等提供科學(xué)的依據(jù)，結(jié)合工業(yè)布局、城市交通、人口等元素，進(jìn)行系統(tǒng)研究，密切監(jiān)控城市大氣質(zhì)量并起到積極的技術(shù)支撐作用。

懸浮在空氣中的液態(tài)與固態(tài)顆粒狀物質(zhì)統(tǒng)稱為大氣顆粒物。各種顆粒物分散在空氣中構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的懸浮體系，通常按照粒徑把大氣顆粒物分為：總懸浮顆粒物TSP、粗粒子PM10和細(xì)粒子PM2.5。粒徑大小是影響大氣顆粒物危害性的重要因素，細(xì)粒子PM2.5直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的十分之一，顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)粒徑大小決定其進(jìn)入呼吸道和在呼吸道內(nèi)的滯留。細(xì)粒子PM2.5被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部正常工作，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎等方面的多類疾病。Mie的散射理論指出：包括細(xì)粒子在內(nèi)的微小顆粒受到光線照射時(shí)，如果光波長(zhǎng)所在的數(shù)量級(jí)與顆粒直徑相當(dāng)，則光能主要以光散射的形式衰減。Mie 散射具備以下三大光學(xué)特征：1）散射光強(qiáng)度分布隨著角度的變化而變化。當(dāng)入射光波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于粒子直徑時(shí)，散射光光強(qiáng)分布復(fù)雜。2）隨顆粒物直徑增大，前向散射光子數(shù)相對(duì)增加，后向散射光子數(shù)則相對(duì)減少。3）當(dāng)顆粒物直徑遠(yuǎn)大于散射光波時(shí)，則主要發(fā)生光線的衍射，此時(shí)波長(zhǎng)和粒子直徑對(duì)散射光的影響很小。基于Mie散射的思路，細(xì)顆粒物受光照后會(huì)發(fā)出散射光信號(hào)，接收到的散射光與顆粒物濃度呈現(xiàn)一種線性關(guān)系，通過(guò)該原理可計(jì)算出大氣顆粒物濃度。目前城市區(qū)域350米以下基本都有顆粒污染物存在，我國(guó)城市尤其是大城市污染程度嚴(yán)重，由于工業(yè)信息化程度仍處于較低水平，城市公眾對(duì)于PM2.5的污染關(guān)注度不斷提升，使得城市區(qū)域PM2.5的監(jiān)測(cè)顯得日益重要。

現(xiàn)有采用光散射法的PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器依據(jù)微粒Mie散射理論進(jìn)行制造。其工作原理是通過(guò)光束檢測(cè)大氣顆粒物尺寸，大氣顆粒物尺寸數(shù)量級(jí)等于或大于光的波長(zhǎng)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生光能衰減，其表現(xiàn)形式主要是光的散射，該類監(jiān)測(cè)器主要包括光源、透鏡、反光鏡、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器與電信號(hào)分析電路等組成部分。當(dāng)大氣顆粒物受光線照射并發(fā)生光線散射現(xiàn)象時(shí)，光電探測(cè)器利用反光鏡聚焦透鏡的方式，通過(guò)捕獲散射光以完成光電信號(hào)轉(zhuǎn)化，隨后將獲取的光電信號(hào)通過(guò)前置放大與噪聲濾波等實(shí)時(shí)處理后，在電信號(hào)分析電路中進(jìn)行脈沖發(fā)生量計(jì)算。由于脈沖與大氣顆粒物相對(duì)濃度成正比，系統(tǒng)每接收到一次脈沖信號(hào)就表示檢測(cè)器接收一個(gè)散射光。通過(guò)在相同大氣環(huán)境下多組測(cè)量后收集的大氣數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)擬合技術(shù)計(jì)算并獲取PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器測(cè)出的大氣顆粒物數(shù)據(jù)。目前我國(guó)PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器生產(chǎn)企業(yè)大都采用光學(xué)方法設(shè)計(jì)與制造PM2.5檢測(cè)器，在設(shè)計(jì)中通過(guò)利用射線動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)技術(shù)以減少檢測(cè)誤差。在使用中采用鋰電池給檢測(cè)系統(tǒng)供電，由于鋰電池自身體積較大、成本、重量、充電等客觀因素，現(xiàn)有PM2.5環(huán)境檢測(cè)器并不適合車載移動(dòng)使用。通過(guò)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測(cè)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)仍主要基于傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，難以適應(yīng)日益增長(zhǎng)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大規(guī)模數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容