基于北斗通信的揚塵監測系統的研究與設計

劉金梅

摘要：本文詳細敘述了基于北斗導航系統建立的揚塵監測系統，包括數據采集控制模塊和系統服務器，數據采集控制模塊采用嵌入式系統為控制核心進行前端數據探測，北斗信息數據的接收以及處理，數據采集控制模塊與系統服務器端通過網絡進行數據傳輸，該系統能夠全天候進行揚塵的監測，通過網絡隨時可以查看各個監測點的數據以及超標報警等。

Abstract： In this paper， it is described in detail about the dust monitoring system based on Beidou navigation system. The data acquisition control section uses the embedded system as the control core to carry out the data detection， the receipt and processing of Beidou information data， and the data acquisition end and the system server side. There's data transmission between them through the network. The system can carry out dust monitoring around the clock， through the network at any time to view the data of various monitoring points and the alarm.

關鍵詞：北斗導航；傳感器；揚塵；監測

Key words： Beidou；sensor；dust；monitoring

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0178-02

0 引言

隨著社會的發展，城市化進程的大力推進，城市揚塵也成了PM2.5的重要來源之一，當前監測揚塵一般檢測范圍小，檢測效率低，而且浪費大量人力物力。科技的發展帶動的經濟的提高，人民的生存質量已經變得越來越高，對于自己賴以生存的地方的環境需求也越來越高，居住地的空氣質量的好壞也已經成為了人們日常關心的話題。在各種污染源中，城市揚塵是其中一種重要的污染源，而城市揚塵中又以工地揚塵為最，目前工地揚塵中的重要污染物大都由總懸浮顆粒物、PM10以及PM2.5組成，對于污染物24小時在線連續監測，全天候提供工地的空氣質量數據，是十分重要的。

1 北斗導航簡介

北斗衛星導航系統是繼GPS和GLONASS之后的第三個成熟的全球衛星定位系統。北斗衛星導航系統是我國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統，北斗衛星導航系統包括空間段、地面段和用戶段三部分。其通信功能可以實現用戶與用戶、用戶與控制中心之間的雙向簡短數字報文傳輸。北斗導航系統將在全球范圍內為各種終端用戶提供精確的定位、導航和授時等服務，24小時在線。北斗衛星導航系統已經完全覆蓋中國及周邊國家和地區，在亞太地區無通信盲區，特別適合集團用戶大范圍監控與管理多個終端，并且，北斗衛星導航系統獨特的中心節點式定位處理和指揮型用戶機設計，使終端在同一時間內告知其他用戶自己位置，并獲取其他用戶的位置。北斗衛星導航系統的機理是主動式雙向測距二維導航，地面中心控制系統解算，供用戶三維定位數據。

2 系統設計

2.1 系統簡介

北斗衛星的遠程數據傳輸與控制一般由一個監控和接收中心站與多個數據采集與監測點組成，中心站與采集點之間的模式分為主動自報式與交互查詢式兩種方式。主動自報式是指監測采集站按照一定的定時機制自動往中心站傳輸數據的模式。在主動自報模式下，監測點處于主動方，而中心站則被動的等待接收數據。交互查詢式是指中心站通過發送指令來獲得野外監測點的數據的模式。

本系統對于建筑工地、拆遷工地、住宅小區等揚塵24小時全天候監測，能夠在線監實時監控該區域顆粒物濃度變化，通過網絡將監測數據實時傳輸至云服務平臺及中心監控室，通過電腦、手機平板電腦等多個終端訪問訪問云平臺數據，對監測數據進行管理分析，為進一步貫徹落實大氣污染防治行動計劃，為完成環境空氣質量達標打下堅實基礎。系統在線實時在線監測揚塵濃度、噪音指數和空氣溫濕度等多項數據，系統服務器可以對數據采集模塊的數據進行監控以及對數據的報警處理、記錄、查詢、統計、報表輸出等多種功能。

2.2 系統組成

本系統包括數據采集控制模塊和系統服務器，數據采集控制模塊由STM32微處理器控制模塊、北斗通信終端模塊、傳感器模塊等電路、器件組成，當傳感器模塊將采集的數據送給STM32，然后處理器進行顯示、處理、存儲以及警報等工作，服務器實現數據收集、顯示、發布、報警等功能，通過網絡可以隨時查看。系統組成框圖如圖1所示。北斗定位通信模塊主要由RDSS處理模塊、RNSS處理模塊和人機界面組成，自主完成RNSS定位。

數據采集控制模塊主要實時監測接收目標的定位、通信信息，包括嵌入式處理器，北斗定位信息接收模塊，電源模塊，存儲模塊，網絡模塊，觸摸屏模塊以及報警模塊等。通過監控界面實時顯示定位信息以及傳感器模塊的信息等。數據采集控制模塊系統組成框圖如圖2所示。

2.3 北斗定位信息格式與提取

北斗導航定位模塊上電后，一般為定時返回相應格式的數據幀，北斗定位模塊采用NMEA0183傳輸協議，所以其數據格式與全球定位系統（GPS）基本相同，幀的起始字符都是位$，然后為相應的信息類型，接下來是定位參數，各段之間以英文逗號隔開。

揚塵監測系統中對數據信息進行采集是通過STM32嵌入式微處理器完成的，首先通過啟示ASCII碼字符識別，進行數據幀信息提取，再通過格式中的信息類型判斷來選擇是否接收，處理器識別無誤后，再通過檢索，來確定是否與當前北斗模塊所接收的定位參數一致，然后從中提取需要的定位信息，例如經緯度和時間等信息。

3 控制系統軟件設計

系統服務器可將數據信息傳輸至指定的環境監測網，實現數據的遠程控制和傳輸；可通過智能手機接收查看當前實時數據，并設定參數，主要包含如下功能：實時數據存儲于管理，用戶管理，角色管理，模塊管理，日志管理，查詢統計數據管理，指令下達，北斗位置服務管理，實時數據監測，數據網絡報送，指令管理，事務管理，重點監管對象的位置服務，大數據存儲功能等。

數據采集控制模塊主要負責傳感器的工作狀態，北斗位置，數據采集以及數據處理，數據通信等，會自動停止工作并報警輸出，具有自檢，故障判斷，故障提示等功能，數據采集模塊軟件程序流程圖如圖3所示。

4 結束語

北斗遠程數據傳輸技術擁有十分快速的數據傳輸能力，能夠做到實時傳輸數據，并且北斗衛星的全天候，全天時覆蓋，也同樣保證了數據傳輸的即時性和牢靠性，不會簡單地受到天氣氣候、污染和地形影響。在建工地揚塵污染實時在線監控系統能具有全天候全自動持續的揚塵預警、超標提醒數據查看設定操作方便，可將數據信息傳輸至指定的環境監測網，實現數據的遠程控制和傳輸；可通過智能手機接收查看當前實時數據，實現數據的存儲管理，對監測點的數據圖形展示，曲線分析，超限超標報警統計等，為監管部門提供決策依據，為用戶提供實時、有效的揚塵治理數據。隨著衛星通信、數據采集、精確定位等技術水平的提高，大數據的實時監測會發展迅速。

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