本發(fā)明涉及空氣質(zhì)量監(jiān)測，具體涉及一種基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量實時監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，空氣質(zhì)量問題日益嚴(yán)峻，對公眾健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為了有效監(jiān)測和控制空氣污染，需要建立一套高效、準(zhǔn)確的空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測方法存在諸多不足，如監(jiān)測范圍有限、數(shù)據(jù)更新不及時、異常數(shù)據(jù)處理能力弱等，難以滿足當(dāng)前對空氣質(zhì)量監(jiān)測的迫切需求。

2、目前，雖然市場上已經(jīng)存在一些空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大多基于固定的監(jiān)測站點，監(jiān)測范圍有限，且難以實時反映空氣污染物的動態(tài)變化。此外，這些系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理和異常識別方面也存在不足，往往只能提供簡單的數(shù)據(jù)展示，而無法對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，并提供針對性的處理策略。

3、為了克服傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的不足，近年來，基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量實時監(jiān)測技術(shù)逐漸受到關(guān)注。單片機(jī)具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)等特點，非常適合用于構(gòu)建實時監(jiān)測系統(tǒng)。然而，如何將單片機(jī)技術(shù)與空氣質(zhì)量監(jiān)測相結(jié)合，實現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的實時監(jiān)測，仍然是一個技術(shù)難題。

4、在空氣質(zhì)量監(jiān)測方面，排放數(shù)據(jù)的整合與模型初始化是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過搜集并整合新污染物的排放數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建動態(tài)排放模型，精確定位排放熱點，并為每個熱點分配特定的排放合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。然而，這一過程需要處理大量的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時效性對模型的準(zhǔn)確性有著至關(guān)重要的影響。

5、此外，監(jiān)測區(qū)域的細(xì)分與監(jiān)測點的部署也是實現(xiàn)高效監(jiān)測的重要因素。合理的監(jiān)測區(qū)域劃分和監(jiān)測點部署可以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性，從而更準(zhǔn)確地反映空氣污染物的動態(tài)變化。然而，這一過程需要綜合考慮排放熱點的地理分布、污染物的擴(kuò)散特性以及監(jiān)測成本等因素，實現(xiàn)起來難度較大。

6、在數(shù)據(jù)處理方面，傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)往往只能提供簡單的數(shù)據(jù)展示，而無法對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。為了實現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的自動識別和處理，需要引入先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法和異常識別技術(shù)。然而，這些技術(shù)的引入也帶來了額外的計算復(fù)雜性和成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量實時監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中不足。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量實時監(jiān)測方法，包括：

3、s10：排放數(shù)據(jù)整合與模型初始化，搜集并整合新污染物的排放數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建動態(tài)排放模型，在模型中精確定位排放熱點，并為每個熱點分配特定的排放合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；

4、s20：監(jiān)測區(qū)域細(xì)分與監(jiān)測點部署，根據(jù)排放熱點的地理分布，智能劃分空氣質(zhì)量監(jiān)測區(qū)域，在每個細(xì)分區(qū)域內(nèi)精心部署監(jiān)測點，形成密集的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以全面捕捉污染物動態(tài)；

5、s30：虛擬區(qū)域構(gòu)建與交互網(wǎng)絡(luò)搭建，基于監(jiān)測點的布局，構(gòu)建一系列相互連接的虛擬區(qū)域模型，形成智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，利用排放數(shù)據(jù)，建立虛擬區(qū)域間的動態(tài)交互關(guān)系，模擬污染物擴(kuò)散路徑；

6、s40：實時數(shù)據(jù)監(jiān)測與異常識別，監(jiān)測點實時采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)的合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，自動識別并標(biāo)記超出標(biāo)準(zhǔn)的異常數(shù)據(jù)，觸發(fā)警報機(jī)制，并將異常數(shù)據(jù)集成到相關(guān)虛擬區(qū)域模型中；

7、s50：異常區(qū)域可視化，利用虛擬區(qū)域模型的交互關(guān)系，動態(tài)展示包含異常數(shù)據(jù)的區(qū)域，通過直觀的可視化界面，呈現(xiàn)污染物排放的異常區(qū)域。

8、優(yōu)選地，所述排放數(shù)據(jù)整合與模型初始化包括：

9、排放數(shù)據(jù)的采集與三維模型的構(gòu)建，利用高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)和實時數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，收集新污染物的排放途徑、排放位置及其相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)，基于所采集的排放數(shù)據(jù)，采用地理信息系統(tǒng)（gis）技術(shù)和三維空間建模算法，構(gòu)建一個包含排放點位置、排放路徑及空間分布特征的三維排放模型；

10、排放點的識別與模型的標(biāo)記，運用預(yù)設(shè)的算法邏輯和條件篩選標(biāo)準(zhǔn)，對三維排放模型中的潛在排放點進(jìn)行識別，采用圖形標(biāo)記技術(shù)，在三維排放模型中標(biāo)記出所有識別出的排放點，并為每個標(biāo)記提供詳細(xì)的屬性信息；

11、排放限制信息的配置與動態(tài)管理，針對每個標(biāo)記的排放點，根據(jù)環(huán)境保護(hù)法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)境影響評估的結(jié)果，配置明確的排放限制信息。

12、優(yōu)選地，所述監(jiān)測區(qū)域細(xì)分與監(jiān)測點部署包括：

13、排放熱點地理分布分析與監(jiān)測區(qū)域智能劃分，利用地理信息系統(tǒng)（gis）技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析手段，對排放熱點的地理分布進(jìn)行深入分析，基于分析結(jié)果，智能劃分出多個空氣質(zhì)量監(jiān)測區(qū)域，確保每個區(qū)域都能準(zhǔn)確反映其特有的排放特征和污染物動態(tài)；

14、監(jiān)測范圍選定與細(xì)分子范圍規(guī)劃，在每個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，根據(jù)排放點的實際位置和排放途徑，精心選定對應(yīng)的新污染物監(jiān)測范圍，對選定的監(jiān)測范圍進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，規(guī)劃出多個子范圍，以便更精確地捕捉污染物的空間分布和動態(tài)變化；

15、監(jiān)測特征網(wǎng)設(shè)置與監(jiān)控點部署，在每個子范圍內(nèi)，根據(jù)污染物的特性和監(jiān)測需求，設(shè)置新污染物監(jiān)測特征網(wǎng)，對應(yīng)每個監(jiān)測特征網(wǎng)，精心部署多個監(jiān)控點，確保監(jiān)控點能夠全面覆蓋監(jiān)測范圍，并準(zhǔn)確捕捉污染物的動態(tài)變化；

16、監(jiān)控點關(guān)聯(lián)關(guān)系建立與子控點生成，基于新污染物監(jiān)測范圍，建立多個監(jiān)控點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

17、優(yōu)選地，所述虛擬區(qū)域構(gòu)建與交互網(wǎng)絡(luò)搭建包括：

18、監(jiān)控點位置信息獲取與布設(shè)網(wǎng)構(gòu)建，利用定位技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（gis），基于新污染物監(jiān)測范圍精確獲取多個監(jiān)控點的地理位置信息，根據(jù)獲取的監(jiān)控點位置信息，將各個監(jiān)控點進(jìn)行兩兩連接，構(gòu)建出一個覆蓋整個監(jiān)測范圍的布設(shè)網(wǎng)，該布設(shè)網(wǎng)能夠直觀地展示監(jiān)控點的分布和連接關(guān)系；

19、安全球模型構(gòu)建與監(jiān)控點映射，在布設(shè)網(wǎng)的中心位置，設(shè)定一個中心點作為原點，該原點代表整個監(jiān)測區(qū)域的中心，以原點為球心，構(gòu)建一個三維的安全球模型，該模型用于模擬污染物在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)散和影響范圍，根據(jù)監(jiān)控點的地理位置信息，將每個監(jiān)控點映射到安全球模型上的相應(yīng)位置，并記錄每個監(jiān)控點距離原點的實際距離；這一步驟確保了監(jiān)控點在三維空間中的精確定位；

20、監(jiān)控點信息綁定與關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建，對于每個監(jiān)控點，將其在安全球模型上的映射位置以及距離原點的距離作為驗證信息，將每個監(jiān)控點與其對應(yīng)的驗證信息進(jìn)行信息綁定，形成監(jiān)控點的唯一身份標(biāo)識，基于驗證信息，建立多個監(jiān)控點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這些關(guān)聯(lián)關(guān)系反映了監(jiān)控點在空間上的相對位置和相互影響。

21、優(yōu)選地，所述實時數(shù)據(jù)監(jiān)測與異常識別包括：

22、區(qū)局模型構(gòu)建，根據(jù)多個新污染物監(jiān)測范圍的需求，構(gòu)建多個獨立的區(qū)局模型，在每個區(qū)局模型中，根據(jù)實際需求，精確地標(biāo)記出多個子控點的位置，為每個標(biāo)記的子控點位置配置相應(yīng)的云服務(wù)器資源，從而生成多個與區(qū)局模型相對應(yīng)的虛擬板塊模型；

23、通信連接設(shè)置，建立子控點與對應(yīng)虛擬板塊模型之間的通信連接，確保實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，通過通信連接，子控點能夠?qū)崟r采集各子區(qū)域內(nèi)的污染物信息，并將這些信息傳輸至對應(yīng)的虛擬板塊模型中；

24、信息關(guān)聯(lián)與分析，接收并存儲從子控點傳輸?shù)奈廴疚镄畔ⅲ谶@些排放信息，建立多個虛擬板塊模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以便進(jìn)行更全面的污染物監(jiān)測和分析，將接收到的污染物信息與預(yù)設(shè)的排放閾值進(jìn)行對比，識別出超出閾值的異常污染物信息，并觸發(fā)相應(yīng)的警示機(jī)制，將識別出的異常信息整合到對應(yīng)的虛擬板塊模型中。

25、優(yōu)選地，所述異常區(qū)域可視化包括：

26、通信通道建立，根據(jù)實際需求，構(gòu)建子控點與虛擬板塊模型之間的通信通道；

27、信息對應(yīng)與驗證，在子控點與通信通道之間設(shè)置信息球，信息球與預(yù)設(shè)的安全球形狀一致，用于存儲和傳輸數(shù)據(jù)，對信息球進(jìn)行驗證，確保其中的數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性，驗證通過后，將信息球中的位置作為儲存點，建立儲存點與對應(yīng)的監(jiān)控點之間的對應(yīng)關(guān)系，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析；

28、連接與數(shù)據(jù)傳輸，基于信息球與通信通道，將子控點與虛擬板塊模型進(jìn)行通信連接，通過通信通道，將監(jiān)控點采集的新污染物信息以信息球的形式傳輸至對應(yīng)的虛擬板塊模型中，傳輸過程中，需確保數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性，以便及時反映空氣質(zhì)量狀況；

29、異常信息判斷與處理，在虛擬板塊模型中，設(shè)置判斷模塊，用于接收并處理從監(jiān)控點傳輸來的新污染物信息，判斷模塊通過對比新污染物信息與預(yù)設(shè)的排放限制信息，將不滿足排放限制的新污染物信息作為異常信息，對異常信息進(jìn)行標(biāo)記和存儲，以便后續(xù)的分析和處理；

30、數(shù)據(jù)負(fù)載與傳輸優(yōu)化，基于驗證信息，將監(jiān)控點采集的新污染物信息以特定的格式載于信息球中對應(yīng)的儲存點，對信息球進(jìn)行壓縮和優(yōu)化處理，以減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捳加煤吞岣邆鬏斝剩ㄟ^通信通道，將優(yōu)化后的信息球傳輸至對應(yīng)的虛擬板塊模型中；

31、動態(tài)演示與決策支持，利用虛擬板塊模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對包含異常信息的模型進(jìn)行動態(tài)演示，通過演示結(jié)果，直觀展示污染物排放的異常位置、濃度以及變化趨勢等信息，根據(jù)演示結(jié)果，為后續(xù)的污染控制和治理提供決策支持，包括制定針對性的減排措施、優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局等。

32、優(yōu)選地，還包括：異常數(shù)據(jù)識別單元，用于實時監(jiān)測并識別空氣質(zhì)量監(jiān)測點采集的數(shù)據(jù)中超出預(yù)設(shè)排放閾值的異常數(shù)據(jù)；

33、異常數(shù)據(jù)緩存與分析單元，用于將識別出的異常數(shù)據(jù)緩存至專用存儲器中，并應(yīng)用預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)分析算法對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以確定異常數(shù)據(jù)的類型、來源、影響范圍及可能的原因；

34、異常處理策略生成單元，根據(jù)異常數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，結(jié)合環(huán)境保護(hù)法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及歷史處理經(jīng)驗，自動生成針對性的異常處理策略，包括但不限于污染源排查指令、減排措施建議或監(jiān)測點調(diào)整方案；

35、處理效果評估與反饋單元，用于實施異常處理策略后，通過對比處理前后的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，評估處理策略的有效性，并將評估結(jié)果以可視化的方式呈現(xiàn)給用戶，同時，根據(jù)用戶反饋對處理策略進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化和調(diào)整。

36、優(yōu)選地，還包括：系統(tǒng)性能監(jiān)測與評估，對監(jiān)測系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行實時監(jiān)測和評估，包括數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)處理能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)，確保系統(tǒng)能夠滿足實時監(jiān)測的需求；

37、技術(shù)迭代與功能升級，根據(jù)系統(tǒng)性能監(jiān)測和評估的結(jié)果，結(jié)合最新的技術(shù)發(fā)展趨勢和用戶需求，對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)迭代和功能升級，包括但不限于傳感器技術(shù)升級、數(shù)據(jù)處理算法優(yōu)化、用戶界面改進(jìn)等；

38、升級效果驗證與測試，對升級后的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行全面的驗證和測試，確保升級后的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，且各項性能指標(biāo)均有所提升；

39、用戶培訓(xùn)與文檔更新，針對升級后的新功能和新特性，對用戶進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)，確保用戶能夠熟練掌握和使用監(jiān)測系統(tǒng)，同時，更新相關(guān)的技術(shù)文檔和用戶手冊，為用戶提供全面的技術(shù)支持和服務(wù)。

40、一種基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括：排放數(shù)據(jù)整合與模型初始化模塊，搜集并整合新污染物的排放數(shù)據(jù)，構(gòu)建動態(tài)排放模型，精確定位排放熱點，分配排放合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；

41、排放數(shù)據(jù)細(xì)化處理模塊，采集排放數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維排放模型，識別并標(biāo)記排放點，配置排放限制信息；

42、監(jiān)測區(qū)域細(xì)分與監(jiān)測點部署模塊，分析排放熱點地理分布，智能劃分監(jiān)測區(qū)域，選定監(jiān)測范圍，規(guī)劃子范圍，設(shè)置監(jiān)測特征網(wǎng)，部署監(jiān)控點，建立監(jiān)控點關(guān)聯(lián)關(guān)系；

43、虛擬區(qū)域構(gòu)建與交互網(wǎng)絡(luò)搭建模塊，獲取監(jiān)控點位置信息，構(gòu)建布設(shè)網(wǎng)和安全球模型，映射監(jiān)控點，綁定監(jiān)控點信息，構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系；

44、實時數(shù)據(jù)監(jiān)測與異常識別模塊，構(gòu)建區(qū)局模型和虛擬板塊模型，設(shè)置通信連接，接收并存儲污染物信息，建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，識別異常污染物信息；

45、異常區(qū)域可視化與數(shù)據(jù)處理模塊，建立通信通道，驗證信息球，傳輸數(shù)據(jù)，判斷異常信息，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸，動態(tài)演示異常信息，提供決策支持。

46、異常數(shù)據(jù)處理與策略生成模塊，實時監(jiān)測并識別異常數(shù)據(jù)，緩存并分析異常數(shù)據(jù)，生成異常處理策略，評估處理效果并反饋；

47、系統(tǒng)性能監(jiān)測與升級模塊，監(jiān)測并評估系統(tǒng)性能，進(jìn)行技術(shù)迭代和功能升級，驗證與測試升級效果，對用戶進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)，更新技術(shù)文檔和用戶手冊。

48、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點：

49、1、本發(fā)明通過全面數(shù)據(jù)整合與模型初始化，搜集并整合新污染物的排放數(shù)據(jù)，構(gòu)建動態(tài)排放模型，實現(xiàn)排放熱點的精確定位和合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的分配，利用高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)和實時數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時效性。

50、2、本發(fā)明通過智能監(jiān)測區(qū)域劃分與監(jiān)測點部署，根據(jù)排放熱點的地理分布，智能劃分空氣質(zhì)量監(jiān)測區(qū)域，實現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測，在每個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)精心部署監(jiān)控點，形成密集的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，全面捕捉污染物動態(tài)。

51、3、本發(fā)明通過虛擬區(qū)域構(gòu)建與交互網(wǎng)絡(luò)搭建，構(gòu)建虛擬區(qū)域模型，形成智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，模擬污染物擴(kuò)散路徑，利用定位技術(shù)和gis，精確獲取監(jiān)控點位置信息，建立監(jiān)控點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

52、4、本發(fā)明通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、異常識別與可視化，實時監(jiān)測空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，自動識別并標(biāo)記異常數(shù)據(jù)，觸發(fā)警報機(jī)制，通過動態(tài)演示包含異常信息的虛擬區(qū)域模型，直觀展示污染物排放的異常位置、濃度及變化趨勢，設(shè)置異常數(shù)據(jù)處理與策略生成模塊，實現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的自動識別、深入分析和針對性處理策略的自動生成，提高異常處理的效率和準(zhǔn)確性。