[发明专利]基于云处理车载移动大气颗粒污染物的环境检测方法及系统

摘要

本发明公开了基于云处理车载移动大气颗粒污染物的环境检测方法及系统，针对城市区域PM2.5的检测，主要涉及前端车载检测器设备与后端云处理平台，前端大气颗粒物检测设备使用红外光散射法来进行大气颗粒物数据的检测，通过红外光传感器来采集PM2.5大气颗粒物数据，传感器通道利用红外光散射法来获取颗粒浓度，采集空气的通道有固定的加热源，通过加热源来进行空气颗粒物的动态采集，通过光电信号的转换，将大气颗粒浓度信息转换成相应PWM波形数据，再进行数据的汇集处理与数据拟合，测出的PM2.5大气颗粒物数据最后存入后端云存储与处理数据库，后台进行海量数据的存储与数据处理，通过无线通信网络进行大气数据的实时发布。

主权项

1.基于云处理车载移动大气颗粒污染物的环境检测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）前端车载移动PM2.5环境检测器部署步骤：通过环境检测器安装在城市公交车辆顶部位置，采集5米以下的大气颗粒物浓度信息，车辆电源对环境检测器进行供电；（2）前端车载移动PM2.5环境检测器数据检测步骤：包括气路模块、光电检测模块、前置放大器模块、A/D 转换模块、数据采集与处理模块、电压转换模块、CPU处理器以及GPRS无线数据传输模块部分；气路模块采集大气颗粒物PM2.5，光电检测模块进行数据采集，将光的变化转换成电量的变化，获取PM2.5颗粒浓度数据，输出电信号，电信号经过前置放大器放大后传输给A/D 转换模块，再由数据采集与处理模块将数据传输给CPU处理器，由CPU处理器进行PM2.5颗粒物检测，最终通过GPRS无线数据传输模块进行检测数据的传输，电压转换模块用于在检测的同时向光电检测模块、前置放大器以及A/D 转换模块提供电压；其中，所述光电检测模块包括红外光学传感器和外围电路，所述红外光学传感器由红外光源发射部分、加热器、散射光收集部分以及透镜四部分组成；红外光学传感器内置加热器，上升气流使传感器外部空气进入传感器内部，传感器内部的空气经过检测通道，利用光线传导原理并通过光与透镜的组合来进行光信号的检测；电压转换模块由运算放大器、电阻与电容组成，并且通过调节以改变红外光学传感器的供电电压，从而实现功率稳定与控制调节；作为红外光学传感器5V、 12V和3.3V 的3种工作电压，5V与 12V电压由车辆供电系统直接提供，3.3V工作电压则由12V电压通过电压转换模块转换，为保证红外光学传感器的功率稳定，选择压控电流源为红外光学传感器供电，为防止电压突变对红外光学传感器的二极管造成损害，作为红外光学传感器的保护电路，在压控电流源前增加二极管与电容，取R1=R2=R3=R4时，压控电流源工作电压Vo与系统给定输入电压Vi之间存在：Vo = Vi / R通过调节R值以改变红外光学传感器供电电压，从而实现功率稳定与控制调节；大气颗粒物PM2.5的计算步骤如下：a、经过光电检测模块的大气颗粒物检测，检测数据形成反映颗粒物粒径的PWM波形，低电平波形宽度为10 ~ 90微秒，利用PWM波形获取相关参数，通过计算低电平的占空比，从而获取对应数值，T表示30秒内低电平累积时间，L表示通道的低电平脉冲占空比，存在：L= (T/30)×100，采用P表示测试的采样值，b、当获取到的L < 0.08，则：P = 0.1×L×100×10 （微克/立方米） ；当0.08≤ L < 0.15，则：P = （（（L×100–8）/6.5 + 0.8））×10 （微克/立方米）；c、将光电检测模块其中1个通道设置为检测1微米以上的粒子值P1，另1个通道设置为检测2.5微米以上的粒子值P2，通过采集两个通道的采样值，采用下式计算最终的颗粒物PM2.5采样值PL：PL = P1 ‑ P2最终计算出大气中粒子直径小于或等于2.5微米的颗粒物含量；（3）进行后端云存储与云处理步骤：包括接入服务器模块、处理服务器集群、存储服务器集群及网络服务器模块部分；经过GPRS无线数据传输模块进行数据的接收，数据经处理服务器集群进行计算、处理，处理的数据存储在存储服务器集群、最终通过网络服务器模块进行实时发布。