CN112446536A - 基于大数据架构的生态环境监测网格化***及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境监测技术领域，公开了一种基于大数据架构的生态环境监测网格化***及其监测方法，包括ZigBee通信模块、5G信号通信模块、环境信息检测模块、信息收集模块、状态指示模块、云服务器模块、环境状态评估模块、预警模块和人机交互模块。本发明中能够实现同时对多个不同位置的环境信息进行同步监测，便于进行统一协调管理，提高对环境问题的处置效率，而且通过云服务器进行数据的存储，提高了数据的存储容量和存储稳定性，便于进行历史数据的查看和便于进行数据变化分析；通过对采集数据进行初步筛除处理可以对数据进行有效精简，减少数据传输负担，提高传输效率和后续的处理效率，从而提高***的反应速度。

Description

基于大数据架构的生态环境监测网格化***及其监测方法
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种基于大数据架构的生态环境监测网格化***及其监测方法。
背景技术
目前：随着工业化生产的发展，人类赖以生存的环境正遭受前所未有的挑战，由于我们生产时向空气中排放的气态污染物如硫氧化物、氮氧化物使得我们呼吸的空气日趋污浊。工业污水的大量任意排放，水资源受到严重的污染。城市噪音污染日益严重等对人类健康和生态环境都带来了极大的危害。
现有的生态环境监测***一般只能对特定位置的环境信息进行采集监测，不能实现同时对多个不同位置的环境信息进行同步监测。而且现有***数据无法进行海量存储和分析，影响到生态环境历史数据的分析和提取。而且现有***主要依赖中心或现场监测、事后处置，没有通过网格化管理的方式事先或第一时间响应、解决，降低了处置效率。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有的生态环境监测***只能对特定位置的环境信息进行采集监测，不能实现同时对多个不同位置的环境信息进行同步监测。
(2)现有的生态环境监测***不能通过网格化管理的方式事先或第一时间响应、解决，降低了处置效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于大数据架构的生态环境监测网格化***及其监测方法。
本发明是这样实现的，一种基于大数据架构的生态环境监测网格化***，所述基于大数据架构的生态环境监测网格化***包括：
ZigBee通信模块，与环境信息检测模块连接，用于通过ZigBee通信模组对同一网格位置的各个不同功能检测器的检测数据进行采集；
5G信号通信模块，与环境信息检测模块连接，用于通过5G通信模组将所处网格位置的采集信息传递到远程的信息收集模块；
环境信息检测模块，与信息收集模块连接，用于通过设置在不同的网格位置的传感器组对所处网格位置的各种环境信息进行检测采集；
所述环境信息检测模块包括：
空气质量检测单元，用于通过空气质量检测器对所处网格位置的空气质量进行实时检测；空气湿度检测单元，用于通过空气湿度检测器对所处网格位置的空气湿度进行实时检测；水质检测单元，用于通过水质检测器对所处网格位置的水体质量进行实时检测；水位检测单元，用于通过水位检测器对所处网格位置的水体深度进行实时检测；土壤湿度检测单元，用于通过土壤水分检测器对所处网格位置的土壤湿度进行实时检测；土壤酸碱度检测单元，用于通过土壤pH值检测器对所处网格位置的土壤酸碱度进行实时检测；光照检测单元，用于通过光照检测器对所处网格位置的光照时间和光照强度信息进行实时检测；
信息收集模块，与中央处理和控制模块连接，用于接收环境信息检测模块采集的环境信息，并对环境信息进行处理后，发送到中央处理和控制模块；
状态指示模块，与中央处理和控制模块连接，用于对与各个不同的网格位置的信息交互状态进行监测，并通过状态指示灯对监测结果进行指示；
云服务器模块，与中央处理和控制模块连接，用于通过云服务器对采集信息进行存储，并通过构建环境信息数据库对各个网格位置的标准环境信息进行存储预设；
中央处理和控制模块，与信息收集模块、状态指示模块、云服务器模块、环境状态评估模块、预警模块和人机交互模块连接，用于通过异构多核处理器对采集的环境信息进行处理，并根据处理结果和预设参数对各个受控模块进行协调控制；
环境状态评估模块，与中央处理和控制模块连接，用于将处理后的环境信息与环境信息数据库中的预存标准环境信息进行对比识别，对所处网格位置的环境状态进行等级判断评估；
预警模块，与中央处理和控制模块连接，用于在检测到某一网格位置的环境信息出现异常或状态指示模块检测到某一网格位置的数据交互状态存在异常时，通过人机交互模块发出报警提醒，并通过无线信号向所述网格位置的网格管理员的终端设备发出报警信息；
人机交互模块，与中央处理和控制模块连接，用于通过人机交互界面进行预设参数和预设信息的输入更新，并对采集信息和评估结果进行实时显示。
进一步，所述状态指示模块包括：
信号检测单元，用于对各个环境信息检测模块发送的无线信号进行不断扫描检测，并对接收到的无线信号进行数据包收取和分析，提取无线连接参数；
连接状态判断单元，用于根据提取的无线连接参数判断与不同网格位置的环境信息检测模块的数据交互状态；
状态显示单元，用于通过与各个网格位置对应的指示灯对各个网格位置的信息连接状态进行指示。
进一步，所述环境状态评估模块包括：
关键词对应单元，用于将处理后的环境信息中的各个数据的关键词与预存标准环境信息中的关键词进行一一对应；
数据对比单元，用于将对应后的关键词所对应的数据进行对比，确定处理后的环境信息中的各个数据是否在预存标准环境信息中的范围内；
等级评定单元，用于根据环境信息中的各个数据在预存标准环境信息中所处的范围标准进行等级评定。
本发明的另一目的在于提供一种生态环境监测网格化***的监测方法，所述基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法包括：
步骤一，通过人机交互界面对不同的网格位置的标准环境信息进行预设输入，并对***中各个模块进行初始化和运行参数的设定；
步骤二，通过环境信息检测模块设置在不同的网格位置的传感器组对所处网格位置的各种环境信息进行检测采集，各个传感器组通过ZigBee通信模块进行信息汇集；
步骤三，通过5G信号通信模块将汇集的检测信息传递到远程的信息收集模块，通过状态指示模块对与各个不同的网格位置的信息交互状态进行监测，并通过状态指示灯对监测结果进行指示；
步骤四，信息收集模块对环境信息检测模块采集的环境信息进行接收，对各个网格位置的检测信息中没有发生变化的环境数据进行初步筛除处理，并存储到云服务器；
步骤五，将信息收集模块中进行初步筛除处理的环境数据与环境信息数据库中的各个网格位置的标准环境信息进行对比识别，对所处网格位置的环境状态进行等级判断评估，并通过人机交互界面对采集信息和评估结果进行实时显示；
步骤六，在检测到某一网格位置的环境信息出现异常或状态指示模块检测到某一网格位置的数据交互状态存在异常时，通过人机交互模块发出报警提醒，并通过无线信号向对应网格位置的网格管理员的终端设备发出报警信息。
进一步，步骤一中，所述标准环境信息包括多个不同类别的环境参数，每个类别的环境参数对应有多个不同的数据范围，每个数据范围对应不同的环境质量等级。
进一步，步骤四中，所述对各个网格位置的检测信息中没有发生变化的环境数据进行初步筛除处理时，采用的筛除处理方法包括：
(1)将各个网格位置的环境信息检测模块采集的环境信息中的特征信息进行提取，所述特征信息包括与各个数据对应的环境信息检测模块中的检测单元的标识名称；
(2)将提取的特征信息对应的数据与云服务器中前一次采集的环境信息中的对应特征信息的数据进行对比；
(3)若对比数据相同，则删除本次采集环境信息中对应数据，将剩余的环境信息中的数据进行打包处理，实现数据的精简。
进一步，步骤五中，所述人机交互界面包括有与各个网格位置对应的地图界面，所述采集信息和评估结果的显示在对应的网格位置的地图界面位置。
进一步，步骤五中，所述通过人机交互界面对采集信息和评估结果进行实时显示，包括：对图像进行非线性矫正，建立彩色图像亮度模型并提取亮度信息，建立彩色图像色度模型并提取色度信息，对亮度做Retinex滤波，新亮度结合色度信息还原成图像进行显示。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明中的环境信息检测模块可以通过多个传感器组对不同的网格位置的环境信息进行检测，能够实现同时对多个不同位置的环境信息进行同步监测，便于进行统一协调管理，提高对环境问题的处置效率，而且通过云服务器进行数据的存储，提高了数据的存储容量和存储稳定性，便于进行历史数据的查看和便于进行数据变化分析；通过对采集数据进行初步筛除处理可以对数据进行有效精简，减少数据传输负担，提高传输效率和后续的处理效率，从而提高***的反应速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法流程图。
图2是本发明实施例提供的筛除处理方法流程图。
图3是本发明实施例提供的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的结构框图；
图3中：1、ZigBee通信模块；2、5G信号通信模块；3、环境信息检测模块；4、信息收集模块；5、状态指示模块；6、云服务器模块；7、中央处理和控制模块；8、环境状态评估模块；9、预警模块；10、人机交互模块。
图4是本发明实施例提供的环境信息检测模块的结构框图；
图4中：31、空气质量检测单元；32、空气湿度检测单元；33、水质检测单元；34、水位检测单元；35、土壤湿度检测单元；36、土壤酸碱度检测单元；37、光照检测单元。
图5是本发明实施例提供的状态指示模块的结构框图；
图5中：51、信号检测单元；52、连接状态判断单元；53、状态显示单元。
图6是本发明实施例提供的环境状态评估模块的结构框图；
图6中：81、关键词对应单元；82、数据对比单元；83、等级评定单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于大数据架构的生态环境监测网格化***及其监测方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法包括：
S101，通过人机交互界面对不同的网格位置的标准环境信息进行预设输入，并对***中各个模块进行初始化和运行参数的设定；
S102，通过环境信息检测模块设置在不同的网格位置的传感器组对所处网格位置的各种环境信息进行检测采集，各个传感器组通过ZigBee通信模块进行信息汇集；
S103，通过5G信号通信模块将汇集的检测信息传递到远程的信息收集模块，通过状态指示模块对与各个不同的网格位置的信息交互状态进行监测，并通过状态指示灯对监测结果进行指示；
S104，信息收集模块对环境信息检测模块采集的环境信息进行接收，对各个网格位置的检测信息中没有发生变化的环境数据进行初步筛除处理，并存储到云服务器；
S105，将信息收集模块中进行初步筛除处理的环境数据与环境信息数据库中的各个网格位置的标准环境信息进行对比识别，对所处网格位置的环境状态进行等级判断评估，并通过人机交互界面对采集信息和评估结果进行实时显示；
S106，在检测到某一网格位置的环境信息出现异常或状态指示模块检测到某一网格位置的数据交互状态存在异常时，通过人机交互模块发出报警提醒，并通过无线信号向对应网格位置的网格管理员的终端设备发出报警信息。
如图2所示，本发明实施例中的步骤S104中，对各个网格位置的检测信息中没有发生变化的环境数据进行初步筛除处理时，采用的筛除处理方法包括：
S201，将各个网格位置的环境信息检测模块采集的环境信息中的特征信息进行提取，所述特征信息包括与各个数据对应的环境信息检测模块中的检测单元的标识名称；
S202，将提取的特征信息对应的数据与云服务器中前一次采集的环境信息中的对应特征信息的数据进行对比；
S203，若对比数据相同，则删除本次采集环境信息中对应数据，将剩余的环境信息中的数据进行打包处理，实现数据的精简。
如图3所示，本发明实施例提供的基于大数据架构的生态环境监测网格化***包括：
ZigBee通信模块1，与环境信息检测模块3连接，用于通过ZigBee通信模组对同一网格位置的各个不同功能检测器的检测数据进行采集；
5G信号通信模块2，与环境信息检测模块3连接，用于通过5G通信模组将所处网格位置的采集信息传递到远程的信息收集模块；
环境信息检测模块3，与信息收集模块4连接，用于通过设置在不同的网格位置的传感器组对所处网格位置的各种环境信息进行检测采集；
信息收集模块4，与中央处理和控制模块7连接，用于接收环境信息检测模块采集的环境信息，并对环境信息进行处理后，发送到中央处理和控制模块；
状态指示模块5，与中央处理和控制模块7连接，用于对与各个不同的网格位置的信息交互状态进行监测，并通过状态指示灯对监测结果进行指示；
云服务器模块6，与中央处理和控制模块7连接，用于通过云服务器对采集信息进行存储，并通过构建环境信息数据库对各个网格位置的标准环境信息进行存储预设；
中央处理和控制模块7，与信息收集模块、状态指示模块、云服务器模块、环境状态评估模块、预警模块和人机交互模块连接，用于通过异构多核处理器对采集的环境信息进行处理，并根据处理结果和预设参数对各个受控模块进行协调控制；
环境状态评估模块8，与中央处理和控制模块7连接，用于将处理后的环境信息与环境信息数据库中的预存标准环境信息进行对比识别，对所处网格位置的环境状态进行等级判断评估；
预警模块9，与中央处理和控制模块7连接，用于在检测到某一网格位置的环境信息出现异常或状态指示模块检测到某一网格位置的数据交互状态存在异常时，通过人机交互模块发出报警提醒，并通过无线信号向所述网格位置的网格管理员的终端设备发出报警信息；
人机交互模块10，与中央处理和控制模块7连接，用于通过人机交互界面进行预设参数和预设信息的输入更新，并对采集信息和评估结果进行实时显示。
如图4所示，本发明实施例中的环境信息检测模块3包括：
空气质量检测单元31，用于通过空气质量检测器对所处网格位置的空气质量进行实时检测；
空气湿度检测单元32，用于通过空气湿度检测器对所处网格位置的空气湿度进行实时检测；
水质检测单元33，用于通过水质检测器对所处网格位置的水体质量进行实时检测；
水位检测单元34，用于通过水位检测器对所处网格位置的水体深度进行实时检测；
土壤湿度检测单元35，用于通过土壤水分检测器对所处网格位置的土壤湿度进行实时检测；
土壤酸碱度检测单元36，用于通过土壤pH值检测器对所处网格位置的土壤酸碱度进行实时检测；
光照检测单元37，用于通过光照检测器对所处网格位置的光照时间和光照强度信息进行实时检测。
如图5所示，本发明实施例中的状态指示模块5包括：
信号检测单元51，用于对各个环境信息检测模块发送的无线信号进行不断扫描检测，并对接收到的无线信号进行数据包收取和分析，提取无线连接参数；
连接状态判断单元52，用于根据提取的无线连接参数判断与不同网格位置的环境信息检测模块的数据交互状态；
状态显示单元53，用于通过与各个网格位置对应的指示灯对各个网格位置的信息连接状态进行指示。
如图6所示，本发明实施例中的环境状态评估模块8包括：
关键词对应单元81，用于将处理后的环境信息中的各个数据的关键词与预存标准环境信息中的关键词进行一一对应；
数据对比单元82，用于将对应后的关键词所对应的数据进行对比，确定处理后的环境信息中的各个数据是否在预存标准环境信息中的范围内；
等级评定单元83，用于根据环境信息中的各个数据在预存标准环境信息中所处的范围标准进行等级评定。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于大数据架构的生态环境监测网格化***，其特征在于，所述基于大数据架构的生态环境监测网格化***包括：
ZigBee通信模块，与环境信息检测模块连接，用于通过ZigBee通信模组对同一网格位置的各个不同功能检测器的检测数据进行采集；
5G信号通信模块，与环境信息检测模块连接，用于通过5G通信模组将所处网格位置的采集信息传递到远程的信息收集模块；
环境信息检测模块，与信息收集模块连接，用于通过设置在不同的网格位置的传感器组对所处网格位置的各种环境信息进行检测采集；
所述环境信息检测模块包括：
空气质量检测单元，用于通过空气质量检测器对所处网格位置的空气质量进行实时检测；空气湿度检测单元，用于通过空气湿度检测器对所处网格位置的空气湿度进行实时检测；水质检测单元，用于通过水质检测器对所处网格位置的水体质量进行实时检测；水位检测单元，用于通过水位检测器对所处网格位置的水体深度进行实时检测；土壤湿度检测单元，用于通过土壤水分检测器对所处网格位置的土壤湿度进行实时检测；土壤酸碱度检测单元，用于通过土壤pH值检测器对所处网格位置的土壤酸碱度进行实时检测；光照检测单元，用于通过光照检测器对所处网格位置的光照时间和光照强度信息进行实时检测；
信息收集模块，与中央处理和控制模块连接，用于接收环境信息检测模块采集的环境信息，并对环境信息进行处理后，发送到中央处理和控制模块；
状态指示模块，与中央处理和控制模块连接，用于对与各个不同的网格位置的信息交互状态进行监测，并通过状态指示灯对监测结果进行指示；
云服务器模块，与中央处理和控制模块连接，用于通过云服务器对采集信息进行存储，并通过构建环境信息数据库对各个网格位置的标准环境信息进行存储预设；
中央处理和控制模块，与信息收集模块、状态指示模块、云服务器模块、环境状态评估模块、预警模块和人机交互模块连接，用于通过异构多核处理器对采集的环境信息进行处理，并根据处理结果和预设参数对各个受控模块进行协调控制；
环境状态评估模块，与中央处理和控制模块连接，用于将处理后的环境信息与环境信息数据库中的预存标准环境信息进行对比识别，对所处网格位置的环境状态进行等级判断评估；
预警模块，与中央处理和控制模块连接，用于在检测到某一网格位置的环境信息出现异常或状态指示模块检测到某一网格位置的数据交互状态存在异常时，通过人机交互模块发出报警提醒，并通过无线信号向所述网格位置的网格管理员的终端设备发出报警信息；
人机交互模块，与中央处理和控制模块连接，用于通过人机交互界面进行预设参数和预设信息的输入更新，并对采集信息和评估结果进行实时显示。
2.如权利要求1所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***，其特征在于，所述状态指示模块包括：
信号检测单元，用于对各个环境信息检测模块发送的无线信号进行不断扫描检测，并对接收到的无线信号进行数据包收取和分析，提取无线连接参数；
连接状态判断单元，用于根据提取的无线连接参数判断与不同网格位置的环境信息检测模块的数据交互状态；
状态显示单元，用于通过与各个网格位置对应的指示灯对各个网格位置的信息连接状态进行指示。
3.如权利要求1所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***，其特征在于，所述环境状态评估模块包括：
关键词对应单元，用于将处理后的环境信息中的各个数据的关键词与预存标准环境信息中的关键词进行一一对应；
数据对比单元，用于将对应后的关键词所对应的数据进行对比，确定处理后的环境信息中的各个数据是否在预存标准环境信息中的范围内；
等级评定单元，用于根据环境信息中的各个数据在预存标准环境信息中所处的范围标准进行等级评定。
4.一种利用权利要求1～3任意一项所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法，其特征在于，所述基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法包括：
步骤一，通过人机交互界面对不同的网格位置的标准环境信息进行预设输入，并对***中各个模块进行初始化和运行参数的设定；
步骤二，通过环境信息检测模块设置在不同的网格位置的传感器组对所处网格位置的各种环境信息进行检测采集，各个传感器组通过ZigBee通信模块进行信息汇集；
步骤三，通过5G信号通信模块将汇集的检测信息传递到远程的信息收集模块，通过状态指示模块对与各个不同的网格位置的信息交互状态进行监测，并通过状态指示灯对监测结果进行指示；
步骤四，信息收集模块对环境信息检测模块采集的环境信息进行接收，对各个网格位置的检测信息中没有发生变化的环境数据进行初步筛除处理，并存储到云服务器；
步骤五，将信息收集模块中进行初步筛除处理的环境数据与环境信息数据库中的各个网格位置的标准环境信息进行对比识别，对所处网格位置的环境状态进行等级判断评估，并通过人机交互界面对采集信息和评估结果进行实时显示；
步骤六，在检测到某一网格位置的环境信息出现异常或状态指示模块检测到某一网格位置的数据交互状态存在异常时，通过人机交互模块发出报警提醒，并通过无线信号向对应网格位置的网格管理员的终端设备发出报警信息。
5.如权利要求4所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法，其特征在于，步骤一中，所述标准环境信息包括多个不同类别的环境参数，每个类别的环境参数对应有多个不同的数据范围，每个数据范围对应不同的环境质量等级。
6.如权利要求4所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法，其特征在于，步骤四中，所述对各个网格位置的检测信息中没有发生变化的环境数据进行初步筛除处理时，采用的筛除处理方法包括：
(1)将各个网格位置的环境信息检测模块采集的环境信息中的特征信息进行提取，所述特征信息包括与各个数据对应的环境信息检测模块中的检测单元的标识名称；
(2)将提取的特征信息对应的数据与云服务器中前一次采集的环境信息中的对应特征信息的数据进行对比；
(3)若对比数据相同，则删除本次采集环境信息中对应数据，将剩余的环境信息中的数据进行打包处理，实现数据的精简。
7.如权利要求4所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法，其特征在于，步骤五中，所述人机交互界面包括有与各个网格位置对应的地图界面，所述采集信息和评估结果的显示在对应的网格位置的地图界面位置。
8.如权利要求4所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法，其特征在于，步骤五中，所述通过人机交互界面对采集信息和评估结果进行实时显示，包括：对图像进行非线性矫正，建立彩色图像亮度模型并提取亮度信息，建立彩色图像色度模型并提取色度信息，对亮度做Retinex滤波，新亮度结合色度信息还原成图像进行显示。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求4～8任意一项所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法。
10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求4～8任意一项所述的基于大数据架构的生态环境监测网格化***的监测方法。
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