本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測，具體涉及一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置及方法。

背景技術：

1、智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測是一個綜合性的系統(tǒng)，它利用信息技術、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等手段，對城市環(huán)境進行全方位、實時、精準的監(jiān)測與管理。城市環(huán)境監(jiān)測的項目一般有空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)等，是在避免人群活動的位置安裝多個監(jiān)測傳感器，將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器上進行匯總。

2、數(shù)字孿生是將物理模型與傳感器實時數(shù)據(jù)相結合進行展示的一種技術手段，還可運行歷史數(shù)據(jù)行程比較，來分析物理實體的各個數(shù)據(jù)變化趨勢，預測未來可能的數(shù)據(jù)節(jié)點或衰退。這一技術，給居民生活帶來的一定的預測性，作為生產(chǎn)生活的指導，有利于智慧城市的構建。

3、現(xiàn)有城市環(huán)境監(jiān)測，往往在指定區(qū)域固定一個監(jiān)測站，還要避開人群聚集的地方，而監(jiān)測站中各個傳感器固定在當前位置，探測范圍局限于監(jiān)測站的監(jiān)測點位，采用合金桿支撐各個傳感器，仍需手動改變監(jiān)測點位，智能化程度較大，不方便在一個較寬范圍內(nèi)自行改變監(jiān)測點位。因此，我們提出一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置及方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置及方法，能夠在一個較寬范圍內(nèi)智能化改變各個數(shù)據(jù)的采集點位，實現(xiàn)水陸空一體化數(shù)據(jù)監(jiān)測，對于數(shù)字孿生模型的動態(tài)更新有著極大的幫助。

2、本發(fā)明采取的技術方案具體如下：

3、一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置及方法，包括服務器，還包括：

4、滑軌，所述滑軌水平固定在城市河道邊緣且位于水面之上，所述滑軌呈凹形開口結構且該開口處設置有擺動機構，所述滑軌上方固定有控制柜，所述控制柜內(nèi)部固定有控制器以及與控制器信號連接的wifi模塊，所述wifi模塊通過信號基站接入服務器；

5、載板，所述載板設置在城市河道水面上，所述載板上邊緣安裝有驅動機構，所述載板下表面沿軸向依次設置有渦輪、浮筒和水質(zhì)傳感器，所述渦輪轉動安裝在載板遠離擺動機構的下邊緣，通過驅動機構轉動，所述浮筒上表面固定連接于載板下表面的中間，所述水質(zhì)傳感器檢測端朝下探入城市河道水中，末端朝上貫穿于載板，所述水質(zhì)傳感器和驅動機構均信號連接于控制器；

6、立柱，所述立柱包括若干呈輻射狀分布的斜桿，所述立柱上邊緣間隔固定有噪聲傳感器和空氣質(zhì)量傳感器，所述噪聲傳感器和空氣質(zhì)量傳感器均信號連接于控制器；

7、土壤質(zhì)量傳感器，所述土壤質(zhì)量傳感器信號連接于控制器，使用時，服務器采用指定配置安裝在值班室，滑軌安裝在城市河道邊緣，為浮筒充入足量的惰性氣體，即使水位發(fā)生變化，浮筒始終帶動載板在水面上漂浮，使得立柱在水面高懸，通過水質(zhì)傳感器實時監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)，噪聲傳感器實時監(jiān)測噪聲數(shù)據(jù)，空氣質(zhì)量傳感器實時監(jiān)測空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，土壤質(zhì)量傳感器實時監(jiān)測土壤質(zhì)量數(shù)據(jù)，并且控制器控制wifi模塊將這些數(shù)據(jù)通過信號基站的無線網(wǎng)絡上傳到服務器，服務器將各個數(shù)據(jù)在數(shù)字孿生模型上實時更新；

8、然后，在值班室通過服務器下達運動指令，控制器啟動驅動機構正轉渦輪，在水中推動載板和擺動機構沿滑軌正向移動，或反轉渦輪，拉動載板和擺動機構沿滑軌反向移動，在一個較寬范圍內(nèi)智能化改變各個數(shù)據(jù)的采集點位，無需手動移動環(huán)境監(jiān)測裝置，還能避開居民活動區(qū)，實現(xiàn)水陸空一體化數(shù)據(jù)監(jiān)測，對于數(shù)字孿生模型的動態(tài)更新有著極大的幫助。

9、所述滑軌上邊緣固定有儲線盒，所述儲線盒開口處滑動安裝有穿線塊，利用儲線盒容納控制柜所需的線纜，并將穿線塊固定在線纜外部，能夠對線纜限位，避免線纜落入水中，還能隨擺動機構滑動，實時改變線纜的位置，并且線纜外部均采用硅膠進行防水處理。

10、所述擺動機構包括滑動安裝在滑軌開口處的滑塊，所述滑塊上表面固定連接于穿線塊下表面，還包括呈弧形桿狀的擺臂，所述擺臂兩端均呈環(huán)形結構且該環(huán)形結構的中間均轉動安裝有鉸接軸；

11、其中，一個所述鉸接軸轉動連接于滑塊一側，另一個鉸接軸轉動連接于載板遠離渦輪的一側，水位升高或降低，載板能夠相對另一個鉸接軸旋轉，擺臂能夠相對一個鉸接軸旋轉，使得擺臂始終能夠拉緊載板和滑塊，方便載板在渦輪的推動下沿滑軌前進或后退。

12、所述立柱上邊緣還固定有紅外二氧化碳傳感器，所述紅外二氧化碳傳感器信號連接于控制器，通過紅外二氧化碳傳感器實時監(jiān)測該點位的二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，通過wifi模塊將這些數(shù)據(jù)通過信號基站的無線網(wǎng)絡上傳到服務器，服務器將各個數(shù)據(jù)在數(shù)字孿生模型上實時更新。

13、所述立柱內(nèi)側固定有北斗定位模塊，所述北斗定位模塊信號連接于控制器，同時，通過北斗定位模塊實時監(jiān)測該點位的位置信息，通過wifi模塊將這些位置信息通過信號基站的無線網(wǎng)絡上傳到服務器，在數(shù)字孿生模型上實時更新，能夠實時顯示各個數(shù)據(jù)的準確位置。

14、所述浮筒的寬度大于載板的寬度，所述浮筒遠離擺動機構的一側固定有配重塊，配重塊可選用石頭材質(zhì)，耐水浸泡，這樣配重塊和擺動機構分別在浮筒兩邊進行平衡，方便載板保持水平狀態(tài)。

15、所述驅動機構包括呈環(huán)狀結構的皮帶，所述皮帶內(nèi)部插設有兩個傳動輪；

16、其中一個所述傳動輪的中間沿軸向固定連接于渦輪的中間，所述載板上邊緣固定有馬達，所述馬達輸出端固定連接于另一個傳動輪的中間，啟動馬達驅動皮帶和兩個傳動輪，正轉渦輪可推動載板正向移動，反轉渦輪可推動載板反向移動，無需手動移動載板，可在程序控制智能化移動載板來改變各個檢測點位。

17、一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測方法，包括以下步驟：

18、s1、選取站點：基于城市規(guī)劃圖，在城市觀光河道中以指定間距選定若干個監(jiān)測站點，各個站點的河道邊緣安裝智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置；

19、s2、構建模型：服務器采用指定配置安裝在值班室，搭載控制分析單元，用于構建數(shù)字孿生模型，分析城區(qū)不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化率；

20、s3、采集數(shù)據(jù)：通過各個傳感器分別采集二氧化碳濃度數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)沿信號基站的無線網(wǎng)絡上傳到服務器，服務器將各個數(shù)據(jù)在數(shù)字孿生模型上實時更新；

21、s4、范圍移動：啟動馬達旋轉渦輪可推動載板移動，在滑軌輻射范圍內(nèi)改變各個傳感器的監(jiān)測點位，同時通過北斗定位模塊實時監(jiān)測該點位的位置信息，在數(shù)字孿生模型上實時更新，能夠實時顯示各個數(shù)據(jù)的準確位置；

22、s5、數(shù)據(jù)統(tǒng)計：在一個較寬范圍內(nèi)智能化改變各個數(shù)據(jù)的采集點位，實現(xiàn)水陸空一體化數(shù)據(jù)監(jiān)測，并與歷史同期數(shù)據(jù)繪制在同一個折形圖上進行比對，數(shù)據(jù)比對更容易區(qū)分，對于數(shù)字孿生模型的動態(tài)更新有著極大的幫助。

23、本發(fā)明取得的技術效果為：

24、本發(fā)明的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置，使用時，安裝在城市河道邊緣，即使水位發(fā)生變化，浮筒始終帶動載板在水面上漂浮，使得立柱在水面高懸，通過水質(zhì)傳感器實時監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)，噪聲傳感器實時監(jiān)測噪聲數(shù)據(jù)，空氣質(zhì)量傳感器實時監(jiān)測空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，土壤質(zhì)量傳感器實時監(jiān)測土壤質(zhì)量數(shù)據(jù)，并且控制器控制wifi模塊將這些數(shù)據(jù)通過信號基站的無線網(wǎng)絡上傳到服務器，服務器將各個數(shù)據(jù)在數(shù)字孿生模型上實時更新；然后，控制器啟動驅動機構正轉或反轉渦輪，拉動載板和擺動機構沿滑軌移動，在一個較寬范圍內(nèi)智能化改變各個數(shù)據(jù)的采集點位，無需手動移動環(huán)境監(jiān)測裝置，還能避開居民活動區(qū)，實現(xiàn)水陸空一體化數(shù)據(jù)監(jiān)測，對于數(shù)字孿生模型的動態(tài)更新有著極大的幫助。

25、本發(fā)明的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置，利用儲線盒容納控制柜所需的線纜，并將穿線塊固定在線纜外部，能夠對線纜限位，避免線纜落入水中，還能隨擺動機構滑動，實時改變線纜的位置，并且線纜外部均采用硅膠進行防水處理。

26、本發(fā)明的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測裝置，水位升高或降低，載板能夠相對另一個鉸接軸獨立旋轉，擺臂能夠相對一個鉸接軸獨立旋轉，使得擺臂始終能夠拉緊載板和滑塊，方便載板和擺臂在渦輪的推動下沿滑軌前進或后退，這樣載板具有兩個方向的自由度，其前進后退和上下擺動互不干涉。

27、本發(fā)明的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市智能環(huán)境監(jiān)測方法，通過選取站點、構建模型、采集數(shù)據(jù)、范圍移動和數(shù)據(jù)統(tǒng)計的步驟，在一個較寬范圍內(nèi)智能化改變各個數(shù)據(jù)的采集點位，實現(xiàn)水陸空一體化數(shù)據(jù)監(jiān)測，并與歷史同期數(shù)據(jù)繪制在同一個折形圖上進行比對，數(shù)據(jù)比對更容易區(qū)分，對于數(shù)字孿生模型的動態(tài)更新有著極大的幫助。