專利名稱：溫室氣體排放遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫室氣體排放遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測及無線通信領(lǐng)域，是一種基于NDIR傳感器和無線通信網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在溫室效應(yīng)越來越顯著、氣象災(zāi)害頻發(fā)的今天，世界各國紛紛意識到溫室氣體減排工作的重要性。中國作為世界經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其溫室氣體減排工作的狀況受到世界各國的關(guān)注。根據(jù)1997年簽署的《京東議定書》，發(fā)展中國家將從2012年開始承擔(dān)減排任務(wù)，我國也明確提出了到2020年，國內(nèi)單位生產(chǎn)總值的二氧化碳排放量比2005年時下降40% -45%。因此，明確現(xiàn)有溫室氣體排放水平和排放狀況，對重點(diǎn)行業(yè)的溫室氣體排放量進(jìn)行監(jiān)控可以為我國制定減排計(jì)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，明確溫室氣體減排方向和手段。同時也為核查機(jī)構(gòu)進(jìn)行核查提供了對比材料，使溫室氣體排放核查工作更具準(zhǔn)確性和時效性。我國的溫室氣體排放監(jiān)測目前存在的主要問題:一是缺乏一種針對性強(qiáng)，數(shù)據(jù)細(xì)致的監(jiān)控系統(tǒng)。二是監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度不高。目前的氣體監(jiān)控系統(tǒng)基本上集中于煙氣污染物的監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)種類于溫室氣體排放量的監(jiān)測針對性不強(qiáng)，缺乏相應(yīng)的處理數(shù)據(jù)，不能為系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)溫室氣體監(jiān)測提供足夠有效的數(shù)據(jù)支持。此外，多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)以有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)施監(jiān)控工作工程量大，投入經(jīng)費(fèi)多，線路維護(hù)復(fù)雜，不便于隨時隨地獲取溫室氣體排放信息。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述背景技術(shù)，本發(fā)明解決了一下問題:一是通過專門設(shè)計(jì)的氣體感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了針對于溫室氣體相關(guān)數(shù)據(jù)的測定。二是通過GPRS信號發(fā)射器將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸，同時網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并即時發(fā)布至互聯(lián)網(wǎng)，提高了信息的實(shí)時性。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種基于NDIR監(jiān)測技術(shù)及無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)。其特征在于，包括NDIR氣體傳感器、信號發(fā)射器、網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端操作系統(tǒng)。氣體傳感器將收集到的數(shù)據(jù)通過GPRS信號發(fā)射器以TCP/IP協(xié)議發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)接收、處理并存儲結(jié)果，之后將結(jié)果發(fā)布至英特網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端操作系統(tǒng)通過英特網(wǎng)鏈接至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選地，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括位于多個待測點(diǎn)的多個傳感器和與傳感器對應(yīng)的信號發(fā)射器，所述溫室氣體傳感器通過匯聚節(jié)點(diǎn)將信號接入信號發(fā)射器。優(yōu)選地，所述網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)采用的是基于ARM的嵌入式系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述溫室氣體傳感器節(jié)點(diǎn)由采集板RS-232-GasBoard和CC2430高頻芯片組成。溫室氣體排放遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)方法包括如下步驟:I)由溫室氣體傳感器每隔一段時間對待測點(diǎn)的溫室氣體相關(guān)參數(shù)實(shí)時監(jiān)測；
2)由溫室氣體傳感器將采集到的參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)跳傳給GPRS信號發(fā)射器；3)信號發(fā)射器將信號發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)后，控制節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果存儲至數(shù)據(jù)庫中。4)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在接收到數(shù)據(jù)后，即時處理并存儲，并將更新的數(shù)據(jù)發(fā)布至互聯(lián)網(wǎng)。5)監(jiān)測人員通過在客戶端監(jiān)控系統(tǒng)中選擇不同監(jiān)測點(diǎn)的IP地址，即可查看對應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)的溫室氣體實(shí)時排放數(shù)據(jù)。并可以在任何可以連接互聯(lián)網(wǎng)的地方查看實(shí)時排放信息和數(shù)據(jù)庫中的歷史信息。優(yōu)選地，步驟I中監(jiān)測的參數(shù)包括時間，監(jiān)測點(diǎn)編號，C02、CH4、N20濃度，濕氧含
量，干氧含量，溫度，壓力，流速。優(yōu)選地，步驟I中監(jiān)測的參數(shù)每隔6秒鐘讀取一次。優(yōu)選地，步驟2中匯聚節(jié)點(diǎn)對監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行融合后再跳傳給GPRS信號發(fā)射器。優(yōu)選地，步驟3中的GPRS信號發(fā)射器不斷掃描最新的匯聚節(jié)點(diǎn)參數(shù)，并即時將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選地，步驟3中網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)會按最新一組溫室氣體排放數(shù)據(jù)計(jì)算出單位時間內(nèi)C02、CH4、N20的排放量以及C02當(dāng)量，并存儲結(jié)果至數(shù)據(jù)庫。綜上所述，本發(fā)明所述的溫室氣體排放遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)可以用于完成對企業(yè)溫室氣體排放情況的實(shí)時全面監(jiān)測，其所采用的監(jiān)測方法可以使監(jiān)管部門或核查機(jī)構(gòu)對企業(yè)溫室氣體排放情況的變化作出即時的了解，幫助其作出及時的應(yīng)對措施。本發(fā)明的有益效果:I)采用了 NDIR氣體傳感器和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程在線實(shí)時監(jiān)測；2)采用了無線通信方式來構(gòu)建溫室氣體排放遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，較好地克服了人工方式現(xiàn)場工作量大和無法保證數(shù)據(jù)實(shí)時性有效性的缺點(diǎn)；3)有效解決了有線方式在現(xiàn)場布線難度大、成本高及容易老化的問題，解決了因線路故障和老化造成的數(shù)據(jù)丟失，故障率上升的缺點(diǎn)。


圖1:本發(fā)明中所述監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2:本發(fā)明中匯聚節(jié)點(diǎn)功能流程圖；圖3:本發(fā)明中傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)圖；圖4:本發(fā)明中服務(wù)執(zhí)行流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明中溫室氣體排放的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)包括以下幾個部分:溫室氣體探測傳感器(1)、GPRS信號發(fā)射器(2)、網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)和遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端操作系統(tǒng)⑷。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能如下所述:溫室氣體傳感器(I)在待監(jiān)測位置監(jiān)測包括時間，監(jiān)測點(diǎn)編號，C02、CH4、N20濃度，濕氧含量，干氧含量，溫度，壓力，流速在內(nèi)的數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)的時間間隔為六秒。之后將監(jiān)測到的氣體數(shù)據(jù)匯聚為某一監(jiān)測點(diǎn)的一個數(shù)據(jù)包，GPRS信號發(fā)射器(2)通過衛(wèi)星訊號以TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)包發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)將數(shù)據(jù)接收、處理并將結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫中，之后將數(shù)據(jù)發(fā)布至英特網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端操作系統(tǒng)(4)通過英特網(wǎng)鏈接至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)進(jìn)行實(shí)時在線的溫室氣體排放情況監(jiān)控。監(jiān)測人員選擇不同監(jiān)測點(diǎn)的IP地址，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)即可查看對應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)的溫室氣體實(shí)時排放數(shù)據(jù)和歷史排放數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了在任何可以連接互聯(lián)網(wǎng)的地方查看實(shí)時排放信息和數(shù)據(jù)庫中的歷史信息。如圖2所示，流程描述了匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)形成分層次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆椒?。為了?jié)省傳感器節(jié)點(diǎn)能量，此匯聚節(jié)點(diǎn)任務(wù)由接收數(shù)據(jù)包事件驅(qū)動。步驟如下:I)任務(wù)進(jìn)入等待狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包事件的發(fā)生；2)當(dāng)接收到一個數(shù)據(jù)包是，程序結(jié)束等待狀態(tài)，進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)；3)判斷是否是其他幾點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，如果是同一節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包，那么執(zhí)行步驟4，否則執(zhí)行步驟8 ；4)提取數(shù)據(jù)包中的跳數(shù)字段；5)匯聚節(jié)點(diǎn)查看自己距離信號發(fā)送器的跳數(shù)是否為空，如果為空執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟7 ；6)將提取的數(shù)據(jù)包中的跳數(shù)字段加I變?yōu)樽约旱奶鴶?shù)，進(jìn)入步驟10 ；7)將提取的數(shù)據(jù)包中的跳數(shù)字段加I后看是否小于自己距離信號發(fā)送器的跳數(shù)，如果小于那么執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟10 ；8)判斷是否是同一個區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，如果是執(zhí)行步驟9，如果不是執(zhí)行步驟10 ；9)將各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，進(jìn)入步驟10 ；10)回到任務(wù)等待狀態(tài)。如圖3所示，結(jié)構(gòu)圖描繪了傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)融合。本發(fā)明運(yùn)用具有反饋分布卡爾曼濾波信息融合，然后將各自的局部估計(jì)結(jié)果送往匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全局融合。而且由于增加了反饋環(huán)節(jié)，使得層間傳感器具有雙向聯(lián)系，不僅底層融合信息向高層傳遞，高層信息也參與底層節(jié)點(diǎn)處理，各傳感器節(jié)點(diǎn)之間具有了一種層間的有線聯(lián)系。經(jīng)過融合處理后可以使融合精度高于單個傳感器精度，而且數(shù)據(jù)的傳輸率大大降低，從而減少了信息的傳輸量，減輕網(wǎng)絡(luò)沖突和堵塞。如圖4所示，流程圖描繪了通過英特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測的服務(wù)器執(zhí)行過程，其步驟如下:I)啟動WEB服務(wù)器，為后續(xù)做準(zhǔn)備；2)初始化定義；3)創(chuàng)建、設(shè)定、綁定套接字；4)監(jiān)聽端口，看是否有請求，若有則進(jìn)入步驟5，否則繼續(xù)監(jiān)聽端口 ；5)接收請求，解析請求內(nèi)容；6)查看是否有CGI請求，若有進(jìn)入步驟7，否則進(jìn)入步驟8 ； 7)對URL進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼并執(zhí)行該CGI程序；
8)對讀取靜態(tài)頁面給WEB瀏覽器；9)根據(jù)執(zhí)行結(jié)果把溫室氣體排放的參數(shù)從數(shù)據(jù)庫中讀出，并輸出給WEB服務(wù)器；10)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種溫室氣體排放的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括溫室氣體探測傳感器(1)、GPRS信號發(fā)射器(2)、網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)和遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端操作系統(tǒng)(4)，溫室氣體探測傳感器(I)將監(jiān)測到的氣體數(shù)據(jù)通過GPRS信號發(fā)射器(2)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)將數(shù)據(jù)接收、處理并存儲結(jié)果，之后將數(shù)據(jù)發(fā)布至英特網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端操作系統(tǒng)(4)通過英特網(wǎng)鏈接至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)進(jìn)行實(shí)時在線的溫室氣體排放情況監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室氣體排放的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的溫室氣體探測傳感器(I)包括位于多個監(jiān)測點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)對應(yīng)設(shè)置的ARM處理芯片，所述傳感器節(jié)點(diǎn)通過匯聚節(jié)點(diǎn)傳送至GPRS信號發(fā)射器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室氣體排放的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的溫室氣體探測傳感器(I)采用的是基于非色散紅外技術(shù)的傳感器NDIR。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室氣體排放的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的溫室氣體探測傳感器(I)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通基于ARM的處理芯片將數(shù)據(jù)傳送至GPRS信號發(fā)射器⑵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室氣體排放的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的GPRS信號發(fā)射器(2)通過TCP/IP協(xié)議以SMS形式將信息數(shù)據(jù)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)。
6.一種如權(quán)利要求1所述的溫室氣體排放的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)由溫室氣體探測傳感器(I)對監(jiān)測點(diǎn)的參數(shù)實(shí)時監(jiān)測； 2)由溫室氣體探測傳感器(I)將采集到的參數(shù)發(fā)送給ARM處理芯片，再將收集到的數(shù)據(jù)傳送至GPRS信號發(fā)射器(2); 3)GPRS信號發(fā)射器(2)將數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)將接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并存儲結(jié)果； 4)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)每隔一段時間將更新的數(shù)據(jù)發(fā)布至英特網(wǎng)；監(jiān)測人員通過遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端操作系統(tǒng)(4)查看監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)，并依據(jù)不同IP地址監(jiān)測不同監(jiān)測點(diǎn)的溫室氣體排放情況。
5)根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于，步驟I中傳感器采集的數(shù)據(jù)包括時間，監(jiān)測點(diǎn)編號，CO2濃度，CH4濃度，N2O濃度，濕氧含量，干氧含量，溫度，壓力和流速。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于，步驟2中ARM處理芯片將收集到的參數(shù)融合后再傳送給GPRS信號發(fā)射器(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于，步驟3中GPRS信號發(fā)射器(2)每隔一段時間就將刷新的數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于，步驟3中GPRS信號發(fā)射器(2)的數(shù)據(jù)刷新時間間隔為六秒鐘。
全文摘要
一種溫室氣體排放遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)及方法，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸模塊、溫室氣體排放數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)傳輸模塊包括位于監(jiān)測點(diǎn)的GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送器，存儲和處理數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)，用于Web發(fā)布的服務(wù)器模塊，實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的客戶端操作系統(tǒng)。本發(fā)明可用于溫室氣體排放的實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測，并可同時對多個監(jiān)測點(diǎn)的氣體排放量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成排放量報告。
文檔編號G01D21/02GK103177550SQ20121056277
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者張健, 李勝杰, 張小栓, 齊林, 張榮杰, 陳瀛, 徐曉莉, 馮飛, 張麗欣, 段志潔, 田曉飛, 張雋, 馬紅燁, 陳靜靜, 盧凱, 洪婕 申請人:北京信息科技大學(xué)