CN107449874A - 一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其包括云平台和若干恶臭气体数据采集装置;各个所述恶臭气体数据采集装置负责采集环境中基础数据并上传至所述云平台;所述云平台负责将接收到的基础数据输入云平台内的计算模型中进行运算,并将结果反馈至环境监测部门;所述云平台由服务器与恶臭污染预测模块组成;所述恶臭污染预测模块根据所述恶臭气体数据采集装置传输至的数据计算臭气浓度值,对恶臭污染情况做出评价、预测与预警,并将结果反馈至环境监测部门;所述恶臭污染预测模块内预置有多种臭气浓度计算模型,所述云平台内还预置有污染物扩散模型。本发明能实时准确监测环境臭气浓度与臭气强度、判断预测恶臭污染扩散以及对恶臭污染进行预警。
Description
技术领域
本发明涉及一种环境监测领域,特别是关于一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***。
背景技术
随着经济的发展,各类固体废弃物特别是有机废物的产生量在逐年增加。为满足有机废物处理的需求,有机废物处理设施的数量也在不断增加,但随之也带来了许多恶臭污染问题,居民对其反应也十分强烈,因此对有机废物处理设施及其周边环境进行恶臭气体监测十分必要。而有机废物处理过程产生的恶臭气体成分复杂,造成的恶臭污染也不是单一成分的污染,通常由多种物质复合而成,这些物质的气味会发生相互作用而不是简单的气味叠加,因此恶臭气体的监测需要大量的基础数据以及复杂的运算,对于恶臭监测***的数据采集与分析有特殊要求。但目前恶臭监测***通常计算能力有限,对复合恶臭气体臭气浓度的检测准确度不足。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其能实时准确监测环境臭气浓度与臭气强度、判断预测恶臭污染扩散以及对恶臭污染进行预警。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:该***包括云平台和若干恶臭气体数据采集装置;各个所述恶臭气体数据采集装置负责采集环境中基础数据并上传至所述云平台;所述云平台负责将接收到的基础数据输入云平台内的计算模型中进行运算,并将结果反馈至环境监测部门;所述云平台由服务器与恶臭污染预测模块组成;所述恶臭污染预测模块根据所述恶臭气体数据采集装置传输至的数据计算臭气浓度值,对恶臭污染情况做出评价、预测与预警,并将结果反馈至环境监测部门;所述恶臭污染预测模块内预置有多种臭气浓度计算模型,所述云平台内还预置有污染物扩散模型。
优选的,若干所述恶臭气体数据采集装置包括畜禽粪便处理厂数据采集装置、居民小区数据采集装置、有机垃圾转运站数据采集装置、有机肥堆肥厂数据采集装置和餐厨垃圾处理厂数据采集装置。
优选的,每一所述恶臭气体数据采集装置均包括处理器、数据存储模块、传感器模块、无线通讯模块和监控模块;所述传感器模块将采集到的恶臭气体数据传输至所述处理器,所述监控模块将采集到的图像信息也传输至所述处理器,经所述处理器处理后的数据由所述数据存储模块进行存储,并经所述无线通讯模块将数据传输至所述云平台。
优选的,所述传感器模块由气体传感器、气象传感器以及GPS模块构成。
优选的,所述云平台内恶臭污染预测模块处理过程如下:1)根据恶臭气体数据采集装置传输至的GPS定位数据确定恶臭气体数据采集装置所处在的区域与污染源类型,设置评价指标并选择相应的臭气浓度计算模型;其中,评价指标包括预测时间空间尺度和预警值;2)将接收到的气体传感器的数据带入臭气浓度计算模型中进行计算得到臭气浓度值;3)将GPS定位数据、气体传感器数据、气象数据以及计算得到的各个采样位置臭气浓度值带入云平台内置的污染物扩散模型,计算恶臭污染目前的污染状况以及未来恶臭污染的扩散趋势,并结合臭气浓度计算模型预测臭气浓度变化,对恶臭污染情况进行评价、预测与预警,并将所有结果反馈至环境监测部门。
优选的,所述臭气浓度计算模型为:OC=0.057c1+794.14c2-0.213c3+4188.24,其中,OC为臭气浓度,无量纲;c1、c2、c3分别乙醇、二硫化碳、柠檬烯的浓度,单位ppb。
优选的,所述污染物扩散模型采用高斯模型或ADMS模型。
优选的,所述步骤3)中,云平台根据得到的臭气浓度对该区域恶臭污染情况进行评价,采用臭气强度评价法评价恶臭污染情况,评价等级分为0-5共六个等级,计算方法为Y=0.54lnX-0.28,并对结果四舍五入,其中Y为评价等级,X为臭气浓度。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本发明数据处理任务由云平台进行,减轻了数据采集装置的计算量、减小了数据采集装置的成本、体积与功耗。2、本发明依靠云平台强大的计算能力将更多参数带入预测模型,实现了环境臭气浓度的准确计算与恶臭污染的实时预测。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明的数据采集装置结构示意图;
图3是本发明云平台内恶臭污染预测模块处理过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示,本发明提供一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其包括云平台和若干恶臭气体数据采集装置。各个恶臭气体数据采集装置负责采集环境中各类恶臭物质的浓度和气象条件等基础数据并上传至云平台;云平台负责将接收到的基础数据输入云平台内的计算模型中进行运算,得出臭气浓度值,对恶臭污染情况做出评价、预测与预警,并将结果反馈至环境监测部门。
在一个优选地实施例中,若干恶臭气体数据采集装置包括畜禽粪便处理厂数据采集装置、居民小区数据采集装置、有机垃圾转运站数据采集装置、有机肥堆肥厂数据采集装置和餐厨垃圾处理厂数据采集装置。
上述实施例中,如图2所示,每一恶臭气体数据采集装置均包括处理器、数据存储模块、传感器模块、无线通讯模块和监控模块。传感器模块将采集到的恶臭气体数据传输至处理器,监控模块将采集到的图像信息也传输至处理器,经处理器处理后的数据由数据存储模块进行存储,并经无线通讯模块将数据传输至云平台。其中:
处理器基于ARM架构,运行基于Linux开发的操作***。
数据存储模块由100G以上容量的硬盘构成,以满足实时监测数据以及图像监控数据的存储需求,对于监测数据采用AES混合加密以保证数据安全。
传感器模块由气体传感器(氨气、硫化氢、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、乙醇和柠檬烯传感器组成的传感器阵列,可根据需求增加)、气象传感器(温湿度、风速风向等)以及GPS模块构成。
无线通讯模块采用TD-LTE传输数据。
监控模块由具有红外功能的摄像头构成。
在一个优选地实施例中,云平台由高性能服务器与恶臭污染预测模块组成。恶臭污染预测模块根据恶臭气体数据采集装置传输至的数据计算臭气浓度值,对恶臭污染情况做出评价、预测与预警,并将结果反馈至环境监测部门。其中,恶臭污染预测模块内预置有多种臭气浓度计算模型。云平台内还预置有污染物扩散模型。
其中,如图3所示,云平台内恶臭污染预测模块处理过程如下:
1)根据恶臭气体数据采集装置传输至的GPS定位数据确定恶臭气体数据采集装置所处在的区域与污染源类型,设置评价指标并选择相应的臭气浓度计算模型;其中,评价指标包括预测时间空间尺度和预警值等。
以某餐厨垃圾处理厂为例,当云平台确认GPS数据后,确定臭气浓度计算模型为OC=0.057c1+794.14c2-0.213c3+4188.24,其中OC为臭气浓度(无量纲),c1、c2、c3分别乙醇、二硫化碳、柠檬烯的浓度(单位ppb)。
对于臭气浓度计算模型,可根据传感器类型进行调整。如在餐厨垃圾处理厂内只采用乙醇传感器时,臭气浓度计算模型使用OC=4911.4e0.0297c,其中OC为臭气浓度(无量纲),c为乙醇浓度(ppm);当仅采用柠檬烯传感器时,臭气浓度计算模型使用OC=5389.1e0.0692c,其中OC为臭气浓度(无量纲),c为柠檬烯浓度(ppm)。其他类型的有机废物处理设施如转运站、畜禽粪便处理厂等也有相应计算模型库,计算时可根据情况进行调整。
2)将接收到的气体传感器的数据带入臭气浓度计算模型中进行计算得到臭气浓度值,并根据气象传感器的数据对臭气浓度值进行修正;
3)将GPS定位数据、气体传感器数据、气象数据以及计算得到的各个采样位置恶臭物质浓度值带入云平台内置的污染物扩散模型,快速计算恶臭污染目前的污染状况以及未来恶臭污染的扩散趋势,并结合臭气浓度计算模型预测臭气浓度变化,对恶臭污染情况进行评价、预测与预警,并将所有结果反馈至环境监测部门。
上述步骤3)中,云平台根据得到的臭气浓度对该区域恶臭污染情况进行评价,在本实施例中采用臭气强度评价法评价恶臭污染情况,评价等级分为0-5共六个等级,计算方法为Y=0.54lnX-0.28,并对结果四舍五入,其中Y为评价等级,X为臭气浓度。
上述步骤3)中,在本实施例中,污染物扩散模型采用ADMS模型,ADMS模型计算过程为:
首先根据需要确定预测的时间尺度以及空间尺度,随后将气象数据、臭气浓度数据和预测范围输入后可得到污染物在预测范围的扩散情况。根据预测的各类污染物扩散浓度,将其带入臭气浓度计算模型中即得出预测范围内的臭气浓度,并与预测区域臭气浓度的限值进行比较,若预测浓度高于限值则发出预警信号。
在实际使用中,***中各类模型均可随时根据要求进行编辑修改。如在本实施例中恶臭污染预测模块中的污染物扩散模型也可采用高斯模型:
式中,c为任意点的污染物浓度,Q为源强,σy为侧向扩散系数,σz为竖向扩散系数,为排放口处的平均风速,H为烟囱的有效高度,x为排放点至下风向任一点的距离,y为烟气中心轴在直角水平方向上到任一点的距离,z为从地表到任一点的高度。
综上所述,本发明的工作原理和工作流程是:将恶臭气体数据采集装置安装于相应位置后,开启装置电源,与云平台建立无线连接。恶臭气体数据采集装置根据云平台实时指令或从云平台下载的监测计划开启监测设备,得到相应数据,将其保存在装置存储模块内并同时由无线通讯模块上传至云平台。云平台根据采集装置上传的气体传感器数据计算臭气浓度,并根据气象传感器的数据对结果进行修正;云平台在对不同采集装置上传的数据汇总后对整个地区恶臭污染情况进行评价、预测与预警,并将所有结果反馈至环境监测部门。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:该***包括云平台和若干恶臭气体数据采集装置;各个所述恶臭气体数据采集装置负责采集环境中基础数据并上传至所述云平台;所述云平台负责将接收到的基础数据输入云平台内的计算模型中进行运算,并将结果反馈至环境监测部门;
所述云平台由服务器与恶臭污染预测模块组成;所述恶臭污染预测模块根据所述恶臭气体数据采集装置传输至的数据计算臭气浓度值,对恶臭污染情况做出评价、预测与预警,并将结果反馈至环境监测部门;所述恶臭污染预测模块内预置有多种臭气浓度计算模型,所述云平台内还预置有污染物扩散模型。
2.如权利要求1所述的一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:若干所述恶臭气体数据采集装置包括畜禽粪便处理厂数据采集装置、居民小区数据采集装置、有机垃圾转运站数据采集装置、有机肥堆肥厂数据采集装置和餐厨垃圾处理厂数据采集装置。
3.如权利要求1或2所述的一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:每一所述恶臭气体数据采集装置均包括处理器、数据存储模块、传感器模块、无线通讯模块和监控模块;所述传感器模块将采集到的恶臭气体数据传输至所述处理器,所述监控模块将采集到的图像信息也传输至所述处理器,经所述处理器处理后的数据由所述数据存储模块进行存储,并经所述无线通讯模块将数据传输至所述云平台。
4.如权利要求3所述的一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:所述传感器模块由气体传感器、气象传感器以及GPS模块构成。
5.如权利要求1所述的一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:所述云平台内恶臭污染预测模块处理过程如下:
1)根据恶臭气体数据采集装置传输至的GPS定位数据确定恶臭气体数据采集装置所处在的区域与污染源类型,设置评价指标并选择相应的臭气浓度计算模型;其中,评价指标包括预测时间空间尺度和预警值;
2)将接收到的气体传感器的数据带入臭气浓度计算模型中进行计算得到臭气浓度值;
3)将GPS定位数据、气体传感器数据、气象数据以及计算得到的各个采样位置臭气浓度值带入云平台内置的污染物扩散模型,计算恶臭污染目前的污染状况以及未来恶臭污染的扩散趋势,并结合臭气浓度计算模型预测臭气浓度变化,对恶臭污染情况进行评价、预测与预警,并将所有结果反馈至环境监测部门。
6.如权利要求5所述的一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:所述臭气浓度计算模型为:OC=0.057c1+794.14c2-0.213c3+4188.24,其中,OC为臭气浓度,无量纲;c1、c2、c3分别乙醇、二硫化碳、柠檬烯的浓度,单位ppb。
7.如权利要求5所述的一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:所述污染物扩散模型采用高斯模型或ADMS模型。
8.如权利要求5所述的一种基于传感器的有机废物处理设施恶臭监测***,其特征在于:所述步骤3)中,云平台根据得到的臭气浓度对该区域恶臭污染情况进行评价,采用臭气强度评价法评价恶臭污染情况,评价等级分为0-5共六个等级,计算方法为Y=0.54lnX-0.28,并对结果四舍五入,其中Y为评价等级,X为臭气浓度。
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