[发明专利]一种基于双摄像头和环境传感器数据的室外空气质量估计和预警系统

说明书

本发明的目的在于提供一种基于双摄像头和环境传感器的室外空气质量估计和预警系统，该系统由摄像头，环境传感器，图像采集和预处理模块，环境数据采集模块，主控模块，空气质量估计模块以及空气质量预警模块构成。本发明提出的室外空气质量估计和预警系统，能够得到对室外区域的整体空气质量估计，而且利用计算机视觉的方法避免了复杂的室外环境下普通PM2.5传感器抗干扰能力差，测量范围窄的缺点，同时能通过环境传感器的数据，判断未来一段时间的空气质量变化趋势，达到了一定的预警作用。

技术领域

本发明涉及到光学测距、图像处理、智能控制，分析领域和无线通信等技术领域，特别涉及一种基于双摄像头和环境传感器数据的室外空气质量估计和预警系统。

背景技术

在过去四分之一世纪里，工业及交通运输业的发展呈指数级增长。城市化、产业化、工业化的大格局扩张，使得城市规模不断扩大，工业性城市的高度集中，人口和汽车数量也在不断增加，导致能源和燃料需求不断提供，城市的空气污染日益严重，从而对大气环境、人体健康、生态系统和气候变化产生重要影响。特别是当我们生活在受到污染的空气之中健康就会受到影响。固定和移动源释放的各种化学污染物，包括悬浮颗粒物(SPM)，一氧化碳(CO)，氮氧化物(NO)，硫氧化物(SO)和挥发性有机化合物(VOC)。这些污染物增加了肺癌，肺炎，哮喘，慢性支气管炎，冠状动脉疾病和慢性肺疾病等疾病的发生。同时，任何有害气体都可能在短时间内扩散到广泛的区域，造成巨大和不可挽回的损害。当前我国大气污染的形势非常严峻，雾霾天气在我国不少地区频繁出现，尤其是在大城市，雾霾天气几乎成为常态。因此，对空气质量的监测和预警系统的需求不断增长。

目前，室外的空气质量监测基本依赖于城市中的空气质量监测站。以南京市为例，共有9个国控点、10个市控点和1个流动监测点。然而相对于南京市的规模，这些数量的监测站很难做到覆盖居民社区，工厂和学校等区域，而且由于区域内的空气质量和局部地理环境，交通情况以及居民活动都有关系，监测站也很难确切地提供这些区域的空气质量的评估数据。而且城市空气质量监测站的系统结构相对比较复杂，增加更多的空气质量监测站显然从人力、物力资源来说都是一种过渡的消耗。室外的环境十分复杂，而当前流行的PM2.5传感器等雾霾监测设备只对传感器附近的环境更加灵敏，而不是区域整体的雾霾情况，因而容易被传感器附近突然激增的少量粉尘影响判断结果(事实上这些少量粉尘可能对区域整体PM浓度值没有太大影响)。所以这些PM2.5传感器抗干扰能力差，测量范围窄，并不适合作为室外的空气质量监测中的雾霾监测设备使用。鉴于此，一种简单，稳定的可以评估室外区域的空气质量监测和预警系统更具有广泛的适用性。

发明内容

针对现有的对空气质量监测系统的高成本和高复杂度，以及雾霾传感器等监测设备抗干扰能力差，测量范围窄的缺点，本发明提供了一种基于双摄像头和环境传感器数据的室外空气质量估计和预警系统，可以简单、准确地评估室外区域的空气质量，并能够判断未来一段时间的空气质量变化趋势，达到了一定的预警作用。

基于以上，本发明采用如下技术方案：

一种基于双摄像头和环境传感器数据的室外空气质量估计和预警系统，其特征在于，包括摄像头，环境传感器，图像采集和预处理模块，环境数据采集模块，主控模块，空气质量估计模块以及空气质量预警模块。

摄像头为两个完全相同的摄像头组成。图像采集和预处理模块通过双摄像头采集室外场景图像，根据双目测距原理，利用目标点在左右两幅视图上成像的横向坐标直接存在的差异(即视差)与目标点到成像平面的距离存在着反比例的关系，获得待测场景图像中不同物体的距离深度L。

环境传感器，由温度，湿度，气压和VOC传感器组成。环境数据采集模块连接环境传感器，通过环境传感控制板，获取当前的温度，湿度，气压，挥发性有机化合物VOC以及其他有害气体的数据。

主控模块通过无线或有线的方式与环境数据采集模块和图像采集和预处理模块相连。主控模块将采集到的图像和环境数据送给空气质量估计模块和空气质量预警模块，再进一步处理。