[發(fā)明專利]基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110611914.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN113419492A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭曉亮;曾英勇;姚逸程;陸悅悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)環(huán)境友好材料與職業(yè)健康研究院（蕪湖）;安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418;G01D21/02;H04W4/38
• 代理公司: 泉州企記知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35264
• 代理人: 許壽寧

1.基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：感知層，用于定時(shí)采集感知工業(yè)生產(chǎn)過程中所排放的廢氣、廢水、廢渣、粉塵、惡臭氣味等污染物數(shù)據(jù)信息；感知層包括傳感器模塊、主控模塊和NB-IoT通信模塊；傳感器模塊是根據(jù)被測(cè)對(duì)象不同選取特定的傳感器；主控芯片模塊是對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)過濾，完成多路數(shù)據(jù)的信號(hào)統(tǒng)一并傳輸至NB-IoT通信模塊；NB-IoT模塊則將整合的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送；傳輸層，用于對(duì)感知層采集的污染物數(shù)據(jù)信息通過傳輸層的無(wú)線網(wǎng)側(cè)發(fā)送到附近的通信基站；傳輸層包括無(wú)線網(wǎng)側(cè)和核心網(wǎng)，平臺(tái)層，用于接收以及解析工業(yè)污染排放物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息和定位信息，并建立多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)的融合模型；平臺(tái)層包括監(jiān)控中心服務(wù)器和傳感器數(shù)據(jù)融合引擎，應(yīng)用層，用于向用戶呈現(xiàn)友好界面，對(duì)工業(yè)污染物排放的可視化展示；將所有研究?jī)?nèi)容的結(jié)果和采集分析的數(shù)據(jù)詳細(xì)直觀地展示給用戶；

通過傳感器技術(shù)、NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)對(duì)工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)的傳感器數(shù)據(jù)信息的收集匯總，建立多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合模型，在工業(yè)污染物排放監(jiān)測(cè)預(yù)警大數(shù)據(jù)平臺(tái)，根據(jù)非結(jié)構(gòu)化指標(biāo)數(shù)據(jù)來完善工業(yè)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，采用并行處理算法框架對(duì)工業(yè)污染排放物指標(biāo)預(yù)警模型優(yōu)化，利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)工業(yè)生態(tài)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)，最后給出工業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的決策建議。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，感知層中傳感器模塊是針對(duì)監(jiān)測(cè)工業(yè)污染物的不同而選取特定的傳感器；主控模塊采用STM32L4RCT微處理器為核心的主控模塊；NB-IoT通信模塊采用的是BC20通信模塊，通過NB-IoT無(wú)線電通信協(xié)議，即3GPP Rel.13，BC20模塊可與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的基礎(chǔ)設(shè)備建立通信。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，傳輸層包括無(wú)線網(wǎng)側(cè)和核心網(wǎng)，無(wú)線網(wǎng)側(cè)是用于實(shí)現(xiàn)NB-IoT通信模塊與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信道之間連接，核心網(wǎng)是用于NB-IoT通信模塊的訪問，負(fù)責(zé)將感知層采集的工業(yè)污染物數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)控中心服務(wù)器用于對(duì)傳輸層轉(zhuǎn)發(fā)的工業(yè)生產(chǎn)污染物數(shù)據(jù)信息和設(shè)備定位信息的接收和解析，對(duì)多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合進(jìn)行預(yù)處理操作；數(shù)據(jù)融合引擎則用于建立多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用層通過對(duì)工業(yè)污染排放大數(shù)據(jù)地可視化展示，用戶看到所有工業(yè)排污的實(shí)時(shí)狀態(tài)，同時(shí)用戶通過應(yīng)用層對(duì)工業(yè)污染排放進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控、參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的管理。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)控中心服務(wù)器對(duì)多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合進(jìn)行預(yù)處理操作包括：

數(shù)據(jù)解析：對(duì)接收的NB-IoT通信模組的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，解析成各工業(yè)污染物的數(shù)據(jù)信息和設(shè)備定位信息；

數(shù)據(jù)清洗：處理缺失的數(shù)據(jù)、重復(fù)的數(shù)據(jù)以及噪音點(diǎn)；

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理、歸一化；

特征提取：提取數(shù)據(jù)的算術(shù)平均數(shù)、方差、協(xié)方差、一階差分、二階差分等特征，獲取多個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)源。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合的NB-IoT的工業(yè)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)融合引擎是建立多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合模型，利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)工業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)源進(jìn)行融合分析；包括數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、決策支持度計(jì)算、OWA算子權(quán)重向量計(jì)算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與排序4個(gè)模塊；

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)：通過數(shù)據(jù)選擇、特征提取和統(tǒng)計(jì)等操作實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的集成、消除數(shù)據(jù)的異構(gòu)性和差異性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供數(shù)據(jù)源；

決策支持度計(jì)算：根據(jù)決策屬性從數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)獲取相關(guān)維度的數(shù)據(jù)，并計(jì)算各數(shù)據(jù)源對(duì)決策的支持度值，即數(shù)據(jù)源i對(duì)第j決策的支持度；

OWA算子權(quán)重向量計(jì)算：根據(jù)決策者提供的模糊語(yǔ)義原則計(jì)算出OWA權(quán)重,模糊語(yǔ)義參數(shù)的選擇體現(xiàn)了決策者對(duì)數(shù)據(jù)源的偏好態(tài)度；

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與排序：根據(jù)決策者提供的數(shù)據(jù)源可信度或重要度，結(jié)合OWA權(quán)重向量對(duì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果按大小順序排序，最后將排序后的結(jié)果與通過求和計(jì)算出最終決策值。