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[硕士论文] 李霄霄
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:粉尘污染问题日益加剧,备受世界各国关注。粉尘不仅对人们的身体健康造成损害,还严重污染着生态环境,制约着经济生产和生态文明的发展,对工农业、交通业等各个产业都有所影响,因而对粉尘浓度的监测在环境保护工作和保护人身安全方面都具有非常重要的意义。
  在众多的检测方法中,光学检测法以其成本低廉、灵敏度高、操作方便及能连续在线监测等优点,被广泛应用在粉尘浓度监测的研究中。其中透射式光学检测法方法简单,测量周期较短,不会干扰到待测粉尘环境,并且方便实现在线监测。
  针对大气中粉尘浓度的监测需求,开展了对粉尘颗粒的定量研究工作。基于双光路差分透射法和相关检测原理,建立了一套双光路透射式粉尘浓度探测装置。采用波长650nm的红色激光二极管作为测量光源,光源光强经过调制后由光分束镜一分为二,一路为参考光,另一路为测量光。测量光经光束扩束后经过粉尘样品池透射,被聚焦透镜汇聚收集并由光电二极管转换成电流信号,再经信号处理与相关检测后得到与透射光强成比例的电压信号。参考光经另一路光电转换、处理和相关检测电路得到与参考光强成比例的电压信号。对测量系统的光路和硬件电路设计进行了详细说明,利用烟尘颗粒进行试验,通过标定法结合最小二乘拟合得到烟尘颗粒的消光系数。对标定已知消光系数的烟尘颗粒实现了连续监测,由朗伯—比尔定律计算得出粉尘浓度值,并将计算结果与粉尘浓度检测仪测量结果进行了对比分析,发现两者结果相差5%以内,分析了产生这一误差的因素。
  研究结果表明,结合相关检测原理的双光路差分监测方法能够准确地获得已知消光系数的粉尘颗粒浓度,可以有效减小杂散光、光源光强波动等因素对测量结果的影响。该测量装置能够实现对工业生产中粉尘浓度进行实时连续监测,为复杂环境粉尘浓度监测提供技术支撑。
[硕士论文] 许汉武
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来空气质量检测频频出现爆表等状况,使得人们的注意力逐步转到空气质量上来。空气污染是对人民健康的主要威胁之一。随着大范围的雾霾、沙尘等异常天气现象出现的次数越来越多,不论是国家还是人民都迫切想通过具体的数字对空气质量进行实时评估或者研究。目前,我国对空气质量的监测和处理仍存在许多弊端,其主要表现在空气质量的检测数据无法进行数据共享仅局限于企业内部、性能较为单一、对空气质量的分析不够全面、无法进行数据实时共享、异地监控和报警。
  本设计在传统的空气质量检测系统上对其进行改进,增加了以下功能:空气质量检测数据实时上传到国家环保局,供科研人员对地区乃至全国空气质量进行分析;本文所提出的空气质量检测系统可以支持八通道不同物质检测,以供用户扩展检测范围,增强实用性同时更能全面的分析空气质量;空气质量检测终端同时支持多种通讯类型,例如GPRS/GSM、RS485等,可以通过这些通讯传输方式对数据进行实时上传。由于空气质量检测系统终端功能比较多,因此在进行系统设计时,采用稳定性较好、系统体积比较小的uC/OS操作系统。
  设备介绍方面,本文首先对整个系统的拓扑结构进行分析介绍,其次再对空气质量采集分站和空气质量采集终端的硬件电路及其工作原理进行介绍,再次对空气质量采集分站和空气质量采集终端的软件架构及其部分功能实现进行分析介绍。由于终端功能较为繁多,因此使用uC/OS操作系统,本文将在软件介绍的篇章里对uC/OS进行重点介绍。最后简单介绍测试方法和测试结果。
[硕士论文] 王慧
软件工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:环境保护是国家乃至世界可持续发展的保障,跟大家的日常生活也息息相关。按照山东省政府主要领导和全面整治的要求,将污染源和污水处理厂列为重点污染源。重点污染源的监测监控,是推动环保工作提质升级的重要保障,对数据有着更高质量的要求,在线自动监测设备可以将重点污染源的数据实时传送到环保厅,实时了解与监控企业的重点污染物的排放情况。但一些污染源企业迫于成本的压力,在自动监测过程中,通过仪器调整、参数修改、旁路偷排等行为,使系统采集的监测数据偏离真实数据,使得监控人员无法了解企业的实际排放情况。
  本系统对主要实现对重点污染企业排放物的动态监控,将监控数据实时上传至山东省环保局,省环保局根据上传数据取证,为环境管理和决策提供有力依据。对重点污染企业排放物的数据实时监测,并自动监测设备运行状态、工作参数和监测数据的“三同时”动态监测管控,完善和加强自动监测数据质量审核,提高自动监测数据的质量,避免企业的恶意篡改。论文按照软件工程的思想,对自动监测动态管控系统进行了需求分析,使用UML面向对象建模技术,给出了系统的用例图,并进行系统的总体设计。涉及的主要技术有面向对象分析设计技术、数据库设计和数据库应用技术。基于当前流行的Spring Web MVC框架,实现应用下的请求驱动类型的三层架构模式,将业务分为三层,简化开发,提高系统开发效率和稳定性。同时,为保证数据的安全,系统自动定时异地备份数据,防止数据丢。
[硕士论文] 张赛
环境工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,危化品泄露的事故时有发生,及时的环境监测对环境保护和人类的健康非常重要。苯胺作为常见的一种危化品,泄漏后易对周围环境造成危害,影响生物体健康。因此,本研究旨在找出一种能够快速、灵敏检测水中苯胺的分析方法。本研究建立了顶空-气相色谱/质谱法和分光光度法测定苯胺的方法,并对拉曼法测定苯胺进行了探讨。
  利用顶空-气相色谱/质谱联用技术研究水环境中苯胺,讨论了色谱柱种类、柱温、分流比、平衡温度、平衡时间等因素对测定结果的影响。在优化的实验条件下,做出了苯胺的标准工作曲线(线性回归方程为y=31.865x+5.4729,相关系数r2=0.9993,线性范围是10~1000μg/L。苯胺的最低检出限为4.3μg/L。测定环境中的两种实际水样时苯胺的回收率为96.99%~99.98%、89.28%~97.97%。结果表明,顶空-气相色谱/质谱法适合测定泄漏到水环境中的苯胺。
  用分光光度法测定水中的苯胺时,利用苯胺产生的重氮化合物与显色剂反应,其显色物在450nm处具有最大吸收波长。对重氮化反应的时间、各物料加入量、pH以及显色时间进行了实验讨论,得出了最佳的实验条件,并在最佳条件下做出了苯胺的标准工作曲线(线性回归方程为y=0.1338x+0.0008,r2=0.9994,线性范围是0~10 mg/L)。苯胺的最低检出限是13.5μg/L。测定环境中的两种实际水样时苯胺的回收率为96.46%~101.53%、95.13%~99.33%,且水样本底值与顶空-气相色谱质谱法得出的结果相吻合。
  从分析成本和方法学的角度比较了顶空-气相色谱质谱法和分光光度法。成本上:从仪器成本和时间成本来看,分光光度法更加容易实现快速检测的目的,从处理手段的便捷化来看,顶空-气相色谱/质谱法却更胜一筹。方法学上:两种方法的相关系数、精密度都在化学分析的正常范畴内,其中顶空-气相色谱质谱法较分光光度法的最低检出限更加低一些,更加适合测定水中痕量的苯胺。
[硕士论文] 吕东方
电子与通信工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:近年来随着机动车数量的迅速增长,城市交通污染问题日益突出,对居民健康造成严重威胁。加强城市交通污染环境监测,是改善城市空气质量的重要前提。传统的污染监测方法操作性差,监测效率低,只能进行简单的定时污染数据采集,不能进行实时在线远程监测。而且采集的监测数据相对孤立,不能很好的信息融合,指导价值不大。随着全球物联网的迅速发展,物联网技术为城市交通污染监测提供了有利的工具。
  本课题提出和设计了一种基于物联网技术的城市交通污染监测系统,实现了交通污染信息的远程在线实时监测。系统主要由城市交通污染监测数据采集、ZigBee无线通信网络、嵌入式网关控制、交通污染数据信息融合处理等部分组成。交通污染监测数据采集系统主要通过部署带有微处理器的无线传感器节点对道路区域的交通污染参数实时采集,包括PM2.5、PM10、一氧化碳和温湿度等参数;ZigBee无线通信网络系统实现短距离数据传输,通过无线方式连接数据采集系统和嵌入式网关控制系统;嵌入式网关控制系统的核心采用嵌入式微处理器S3C6410,为数据采集系统和监控中心提供数据传输接口,起着通信协议转换,数据交换,信息融合的作用;信息融合处理系统对多传感器采集的数据融合处理,消除冗余信息,从而获得准确的城市交通污染信息。
  本课题研究并设计了城市交通污染监测系统的信息融合方案,系统采用三层数据融合的方式,实现对城市交通污染数据的全面分析处理。系统利用大量分布在城市道路两旁的交通污染监测采集节点,采集城市道路交通污染物浓度及温湿度等参数,其中每一种参数的数据都是利用多个传感器测量得到的。第一层融合采用分布图法剔除疏失误差,对污染数据的一致性进行检验,为后续的融合处理奠定了基础;第二层融合采用基于自适应加权的数据融合算法,根据同源数据自身的比重赋予不同的权值,最终得到比较准确的数据;第三层融合采用基于BP神经网络的融合方法,通过对各种参数的综合分析处理,最终得到系统的融合结果,实现对城市交通污染数据的准确监测,对城市交通资源的合理规划及决策提供有效信息。
  本文针对每个系统模块,给出了相应的硬件选型及软件设计,从而构建了一个比较完善的城市交通污染数据的采集、传输、分析、处理系统。系统使用灵活,方便集成,不仅可以单独在局域范围内使用,而且可以组成监测网络集中使用,对于环境保护和智能交通的发展具有推动作用。
[硕士论文] 陈志文
通信与信息系统 华中师范大学 2017(学位年度)
摘要:众所周知,当前中国面临着严重的环境问题,严重的雾霾问题影响着社会的各方各面,包括社会出行、社会安全以及工业生产,其影响是多方面的,而且短时间内无法完全解决。环境的治理也是目前中国政府的工作重点,在第十八届三中全会上提出要加快生态文明制度建设,改革生态环境保护管理机制,同时修订环保法以加强对环境的管控。对环境的实时监测是环境治理的工作基础,也是环境治理的工作前提,环境监测为环境治理提供可靠的数据资料。同时,环境的实时监测也为企业提供环保证明,为企业的健康生产提供保障。
  本文主要设计了一种基于嵌入式Linux实现对环境各参数实时监测的系统。系统主要由采集子系统、数据处理子系统及数据传输子系统组成。采集子系统通过温湿度传感器、粉尘浓度传感器采集温湿度及PM2.5浓度数据,同时通过USB摄像头实现视频图像的采集。数据处理子系统采用SQLite数据库存放温湿度及PM2.5浓度数据,同时对所采集图像进一步处理,对视频图像进行编码封装。数据传输子系统采用嵌入式Boa服务器,将所采集的相关数据通过客户端浏览器实时显示,同时采用TCP/IP传输协议将视频数据传输至PC机。设计中的硬件系统选用S3C2440作为系统的主控芯片,选用DHT11实现对温湿度参数的采集,选用GY2Y1051实现对PM2.5参数的采集,同时采用EBS-800自动对焦高清USB摄像头模组实现视频图像的采集。系统中以太网模块DM9000用于数据通信实现远程传输,SD卡用于存储摄像头所采集到的视频及图像。设计中的软件系统采用嵌入式Linux操作系统作为软件平台,同时移植BOA服务器、SQLite数据库至平台中。程序通过多线程实现各环境参数数据及视频图像的采集,将各参数数据写入数据库,将视频图像进行编码封装后传输至PC机并同时存储在本地,利用Web服务器实现数据及视频图像在浏览器的查询显示。
  最后,对系统进行性能测试,系统能够及时准确地采集当前环境参数及图像信息,同时具有远程动态展示功能。系统具有成本低、功能全、操作简单等优点,符合预期设计要求。
[硕士论文] 薛子涵
集成电路工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:环境气体的监测既可以保障人类生活的安全,也能够避免生产事故的发生,如生产生活中常见的有厨房的天然气监测、矿井下瓦斯气体监测、化工厂敏感气体监测、库房温湿度粉尘监测等。因为环境具有流通性,气体具备扩散性,如果泄漏事故发生而警报不够迅速,那么轻微意外就可能造成严重后果,甚至带来人员伤亡。因此,实际应用中对环境信息监测系统的有效监测范围、灵敏度、实时性等技术指标有很高的要求。本文针对以上需求设计了一套基于SI4463的无线传感网气体监测系统。
  系统硬件包括协调器,终端固定监测节点以及终端车载监测节点。采用SI4463通信芯片进行数据传输,选用STM32F103主控芯片进行组网协议的具体实现,并由此创建无线传感器监测网络。协调器主要进行两部分工作,一是负责收集各个监测节点的检测数据,并通过USB将这些信息传输到客户端。二是将上位机的控制命令传递给车载节点。终端固定监测节点部署在不同的监测位置,开展环境信息的获取工作,并将收集的数据发送到协调器。终端设备上装有的检测装置包括TGS813可燃气体传感器以及DHT11温湿度测量模块。为了弥补固定监测节点的不足,增加系统整体的灵活性,扩展系统监测范围,设计了终端车载监测节点。该节点作为移动监测节点,可以接收协调器发送的控制命令,根据命令做出移动动作,以此前往目标区域。并在该区域进行环境信息监测,以及数据回传协调器的工作。客户端软件采用C#语言并结合MySQL数据库工具进行开发,可以收集、整理、显示并存储各个节点的监测数据,绘制重点区域数据变化折线,判断各区域安全情况并在危险情况下发出警报。同时为方便对移动节点进行控制,还在上位机软件中嵌入了移动节点操作界面。
  论文设计并完成了上述无线传感网监测系统。首先根据使用场景,分析气体监测网络的需求。对比几种组网技术优劣性,设计了系统的整体架构。然后绘制协调器、固定监测节点以及车载节点的硬件电路,进而由这三个部分组成传感器网,并且按照模块化设计思想介绍了SI4463通信单元、STM32F103最小系统、传感器电路、信息显示及报警装置、电源电路以及电机驱动模块。软件方面,本文设计了带准备命令的轮序组网方式,并使用该组网方式在MDK-ARM开发环境下分别开发协调器、固定监测节点以及车载节点的下位机控制程序,在VS2013开发环境下开发上位机。最后将硬件设备、控制程序和监控平台进行联合调试,并对方案可行性和功能完善性进行验证,达成设计目标。
[硕士论文] 陈亚运
仪器仪表工程 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:各个高校和企业的实验室作为国家科技创新战略的“桥头堡”和新技术的诞生地,伴随着国家和人民对高新科技大量不断的需求而日益涌现。无论是国家高校建设的还是民间企业建设的实验室,都是实施创新驱动发展战略、提高国家科技竞争优势的核心力量。然而在科技创新实验室大发展的同时,也总是出现各种本应避免的事故,造成不小的人员伤亡和财产损失。这使得与实验室配套的安全保障设施的建设变得尤为重要,其中包括对实验室气体环境中危险气体的监测。而大部分的危险气体都无色无味,使人不易察觉,这就需要智能的气体环境监测系统来保障环境的安全。
  目前,已有的一些实验室气体环境监测系统大多为配备落后管理系统的有线监测网络系统。这种系统安装布线杂乱,节点智能化程度低,维护性和扩展性差,而且查看数据以及管理系统都很困难。通过无线传感网络实现对气体环境的实时检测,辅以智能管理系统,再协同相应的报警排险系统的气体环境监测系统,必将成为企业安全生产创新应用的新方向。
  本文以智能实验室气体环境监测系统设计为研究对象,利用新型的物联网技术驱动整个系统的建设。依靠微软.NET平台设计了基于物联网相关的传感器技术、短距离无线通信技术和数据处理技术来完成本系统设计。在本监测系统的设计中,被监测的环境为实验室工作区域的气态环境,包括可燃、有毒气体的监测。其中,传感节点拥有数据采集、信息处理、无线传输等功能。本系统的上位机软件将对底层汇聚来的数据进行融合处理,并以友好的方式通过WPF(Windows Presentation Foundation)桌面应用展现在用户面前。如若出现危机情况,例如可燃、易爆或有毒气体出现泄露,本系统将在第一时间通知用户出现险情并提示险情区域,从而达到智能监测环境的目的。因此,本系统主要解决的任务包括对传感器节点数据的及时采集,以及为提高数据可读性而进行的数据处理和展示。
[硕士论文] 田兆鹏
检测技术与自动化装置 山东建筑大学 2017(学位年度)
摘要:空气质量问题制约着人们的生活水平。当前雾霾天气频发,粉尘作为雾霾的主要成因成为研究重点。城市一直是粉尘污染的重灾区,主要来源是汽车尾气和建筑扬尘。面向道路交通和建筑工地等开放大气环境下的粉尘实时检测系统成为研究重点之一。本课题针对以上问题设计开发一套面向开放大气环境下的粉尘浓度网络测控系统。
  本文首先介绍了粉尘颗粒物的种类及危害,表明粉尘浓度测控的重要性。对比常用的粉尘浓度检测方法与除尘方法,选择光散射法作为实时检测方法。同时充分调研国内外主流光散射颗粒物浓度检测装置的性能指标。
  然后分析光散射的相关理论,详细阐述了Mie散射原理,并以此作为基础理论。通过分析光电检测装置输出的电信号,建立检测信号同颗粒物粒径之间的关系,实现粉尘颗粒数浓度到质量浓度的转换。为了提高检测精度及稳定性,在设计粉尘颗粒物浓度传感器时,选用双测量光路的方案。采用分光镜同步测量入射光强度变化,利用光强补偿方法有效消除因入射光强改变带来的测量误差。设计了传感器转换电路及系统原理电路,并通过GPRS模块与信号处理器组成分布式网络,实现大范围的数据采集及除尘装置控制。利用 LabVIEW平台开发上位机程序,对不同检测点的数据进行显示与存储,并控制检测位置的除尘装置,从而实现开放大气环境下的粉尘浓度有效测控。
  最后对传感器进行标定,确定传感器系数K,并对数据进行分析。针对课题进行总结与展望,并对课题中存在的问题提出相应的改进措施,明确了今后研究的方向。
[硕士论文] 刘琴琴
信号与信息处理 浙江理工大学 2017(学位年度)
摘要:目前以水质分析仪为主的水质分析设备虽备受青睐,但在实现远程在线监测以及水样(污水)毒性物质成分与含量的分析方面仍缺失,同时,监测系统存在采集终端高并发的数据访问、数据标准异构导致难以实现数据流快速响应和实时处理等问题。本文在研制出的水质分析仪的基础上,搭建了水质远程在线监测系统,该系统以对水样中毒性物质成分和浓度的识别为核心目的,并根据数据流动过程分别研究数据采集、数据处理和数据存储相关设计和优化技术,实现对未知水样的远程实时监测的同时提高系统的通信性能与数据处理能力。
  本文主要完成了以下几项工作:
  1、水质远程在线监测系统的搭建。针对目前水质的远程在线监测系统以及对水质毒性物质成分和浓度预测方面的短缺问题,设计并搭建了一种水质远程在线监测系统,利用发光细菌发光原理,以明亮发光杆菌T3变种作为毒性测试物种,实现了对水样中毒性物质成分和浓度的识别、水质分析仪的远程管理与在线监测。
  2、曲线拟合模型构建与特征提取。针对使用常用的曲线拟合函数对反应机理曲线进行拟合时,出现的变质现象及拟合精度不高等问题,提出了一种基于改进的B样条曲线拟合算法,解决了在模型构建时因追求拟合精度而违背毒性物质对发光细菌抑制性作用等问题,并将拟合后的模型参数结合毒性物质属性设定为特征向量。
  3、毒性物质成分和浓度的识别。由于数据的冗余性,对提取的特征向量使用PCA和LDA算法进行降维处理,并结合BP神经网络对未知样本中的毒性物质成分进行识别处理,后针对使用BP神经网络训练时所需要的迭代次数多、收敛速度慢以及容易出现在未达到训练目标时训练终止等问题,提出了基于改进的BP神经网络算法对毒性物质成分和浓度进行识别,有效地改善了算法的性能,且LDA与改进后的BP网络模型相结合对毒性物质成分的识别正确率达到了100%,浓度识别率达到了92%以上。
  4、对水质远程在线监测系统的优化与研究。针对系统实际应用中遇到的高并发访问请求、数据的实时性能、数据传输效率以及数据包的封装和解析速率低等问题,分别对数据采集、数据处理以及数据存储三个方面进行优化。面对高速率数据访问请求时,在IOCP模型的基础上,提出了基于对象池模式的自适应线程池技术,有效的解决了对共享资源的并发访问效率低的问题,提高了系统的通信效率。针对数据传输效率以及数据包的封装和解析速率,提出了基于JSON和TLV的消息格式优化。最后针对数据的实时性和系统的使用率等问题,提出了高效数据流处理算法,对数据库管理技术进行改迸。
  5、将以上研究成果用VC++语言实现,按一定的逻辑集成为数据处理模块,加入到水质远程在线监测系统中,使采集到的数据得到了利用,最后通过系统的实现和实际应用验证了本文提出的曲线拟合构建、毒性物质成分和识别的方法。
  研究结果表明,本文提出的基于改进的B样条曲线拟合方法弥补了常见拟合函数的拟合精度不佳和“变质失性”问题,提高了曲线拟合效果,为后续的特征提取工作提供了有利的支撑;基于改进的BP神经网络算法,弥补了传统BP神经网络的不足,提高了毒性物质成分和浓度的识别正确率;基于完成端口模型的网络通信性能的优化,解决了在实际应用中遇到的并发处理能力不强、数据传输效率低以及数据包的封装和解析速率低等问题,使系统的稳定性、性能得到了改善。
[硕士论文] 高艳囡
控制科学与工程 天津理工大学 2017(学位年度)
摘要:空气中的可吸入颗粒物浓度,尤其是PM2.5,一直是评价空气质量好坏的重要指标。这些颗粒物长期悬浮在空气中,很难消散,并且这些颗粒物本身吸附着大量的重金属、细菌等有毒物质,不仅降低了大气能见度,而且对人类的身体健康造成很大危害。传统的监测方法如称重法、筛分法等,自动化程度和检测精度都比较低,已经不能满足现代社会对可吸入颗粒物监测的要求,因此,为了提升系统的自动化程度和检测精度,本文采用根据光的散射原理制成的传感器 GP2Y1010AU0F完成对监测数据的采集,采用ZigBee无线传感网络技术完成监测数据的传输,并设计了上位机监测平台,完成监测数据的实时显示。本文的主要研究内容如下:
  一、无线传感网络通信技术研究
  详细分析无线通信技术当中ZigBee技术,包括ZigBee的设备类型、拓扑结构、工作模式、地址分配模式、数据传输方式以及ZigBee协议架构。在深入研究ZigBee无线传感网络的基础上,结合GPRS技术,确立了可吸入颗粒监测系统的整体方案。
  二、完成可吸入颗粒物监测系统的硬件系统设计
  采用CC2530作为主控芯片,完成节点的硬件系统结构设计。终端节点的硬件电路包括处理器模块、传感器模块、JTAG接口电路和电源模块;ZigBee-GPRS网关节点的硬件电路包括处理器模块、JTAG接口电路、GPRS无线通信模块、SIM卡电路、GPRS电源模块。
  三、完成可吸入颗粒物监测系统的软件系统设计
  在Z-STACK协议栈的基础上完成了下位机节点的软件设计,实现数据的采集与传输;提出一种改进的节能路由算法—DE-LEACH算法,加入了距离和剩余能量因素,通过仿真实验证明该算法可以有效延长网络的运行寿命;采用LABVIEW软件完成系统监测平台的设计,实现数据的图形化显示。
  四、系统整体测试与分析
  对可吸入颗粒物监测系统的功能进行测试,包括节点的通信能力测试、ZigBee-GPRS网关节点性能测试和上位机软件测试。
  实验结果显示,节点通信能力强,节点之间组网快速、可靠,传输数据具有实时性;上位机软件运行稳定,能够实时显示监测信息。本系统不仅具有较高的自动化程度,还具有较长的使用寿命,更加方便用户使用。
[硕士论文] 郭凯
计算机科学与技术 浙江大学 2016(学位年度)
摘要:随着空气污染的日益加剧,空气质量监测已引起政府、学术界和工业界的关注。空气污染物中,PM2.5由于可严重影响人体身体健康尤为大家所关心。本文设计与实现了用于监测城市PM2.5值的低成本移动节点系统。该系统将空气质量监测节点部署在公交车上,通过少数节点即可监测较大范围的PM2.5值。但是,目前使用的低成本粒子传感器是基于光散射原理的,部署在移动交通工具上会对其结果产生影响。为解决此问题,本文设计实现了移动空气质量监测节点——Mosaic节点,该节点通过内部气流结构以及基于GPS的数据过滤,可以获得稳定结果。而且,本文提出了公交选择算法用于选出部署节点的公交,该算法同时兼顾了高覆盖率和低计算成本。采集的数据通过已有的推导算法,可进一步计算出没有直接测量值的位置的PM2.5值。本文选取一城市区域,含70余个兴趣点,应用Mosaic节点的结果显示,本文的方法可实现以高覆盖率和低成本获得城市空气质量情况。
[硕士论文] 赛力克·乃比
软件工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:在电子设备和通信系统的日益增加的今天,无线电电子行业的发展迅速,这将会导致空间无线电使用环境状况变得拥挤与复杂。无线电使用环境将关系到人们的生活质量与经济的可持续性发展,所以大多数国家都对城市无线电使用环境极度重视,采取了各种无线电使用环境标准,很多发达国家早在已在上个世纪30年代就制定了无线电辐射的安全使用标准,将无线电辐射的管理和监测归入到正常的工作中。在无线电管理工作中,为了准确描述电磁环境的状况,会使用“恶化”、“复杂”等词语描述电磁环境变化趋势,这表明电波使用环境在无线电管理工作中的重要性。对于无线电使用环境的衡量,经常以好坏加以区分,因此需要正确快速的对无线电环境进行判定,进而查找出影响无线电环境的因素,如干扰等,在此基础上无线电管理部门进行行之有效的无线电秩序管理,科学规划无线电使用频谱资源,充分利用有限的频率资源,充分发挥好维护电波使用秩序非常重要的作用。
  本论文在分析现有电磁环境频谱测量方法的基础上,根据国家电磁环境频谱管理相关标准,开发智能测控软件,实现全自动、智能化地针对超宽频带电磁环境(航空导航、广播电视、公众移动通信基站、固定于移动无线电业务等)进行电磁环境扫描与侦查等功能。该系统依据C/S架构,采用C#开发平台,对测量目标频段内无线电信号的频率值、场强值/功率值以及占用带宽等指标进行全自动测量,同时可统计目标频率的频谱占用度,并自动生成监测报告。
  测试系统完成后,先后在无线电监测相关工作中使用,系统运行稳定、具有较高的适应性,而且操作及管理界面人性化、表现得比较实用和自动化,很大程度的提高了电磁使用环境测试效率,使管理工作者很快了解周边环境的电磁使用状况,以便对周边电磁使用环境进行管理和规划,防止电磁环境被污染。组建无线电环境监测系统,对无线电资源进行管理,有效掌握周边电磁环境的使用情况,对那些非法设备产生的电磁污染采取一系列有效措施以减少它们的危害。同时,电磁环境监测系统也可以应用于一些大型集会,以保障活动所使用的电子通讯设备不受到非法干扰。
[硕士论文] 张志涛
计算机技术 内蒙古科技大学 2016(学位年度)
摘要:随着物联网技术的飞速发展与推进,越来越多的技术应用到我们生活和工业的各个领域中。无线传感器网络是当今全国乃至整个世界非常关注的前沿热点领域,同时它被评为未来科技的三大产业支柱之一。在物流、Smart Home、汽车等众多领域都用到了物联网技术。由于ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络通信协议,它可以免去我们布线带来的麻烦。并且ZigBee有:近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率的特点。所以,本文设计基于ZigBee的环境监测系统。
  本文首先介绍了ZigBee的相关技术,以IEEE802.15.4技术标准为基础,分析了ZigBee网络总体结构和ZigBee网络各层之间的规范。介绍了GPRS技术,主要包括:分包技术、网络结构、协议模型和GPRS与IP的原理。然后阐述了环境监测系统的总体构架,其中硬件系统包括ZigBee无线局域传感网络的设计,主控芯片MSP430模块的开发与设计,外围电路,复位时钟电路,电源电路,串口和JTAG口电路的设计等。最后进行了后台上位机程序的编写。由于复杂的应用环境和硬件设备的影响导致野值的出现,提高所采集信息的准确性成为衡量系统设计成功与否的重要因素。因此,对野值进行剔除,本文在介绍莱特准则剔除野值的方法的基础上,对其进行了改进,达到剔除野值,提高数据准确性的目的。
  在此基础上,对本系统进行了实验验证,设计的环境监测系统可以正确的采集到各个传感器接收到的数据,并通过GPRS上传给后台上位机。经过对不同时间采集数据的比较,在没有数据剔除前数据正确率在94.5%-96.5%,传统的莱特准则剔除野值后的到的正确率为96.7%-98.0%。改进后的莱特准则剔除野值后的正确率为99.1%-99.9%。从实验数据可以得出改进后的剔除野值算法提高了数据的准确性,为呼伦湖区域环境监测的研究提供技术支持。
[硕士论文] 姚龙
控制工程 内蒙古科技大学 2016(学位年度)
摘要:湖泊是地表水资源的载体,对湖泊的生态环境保护刻不容缓。呼伦湖是内蒙古自治区最大的淡水湖,具有极高的生态地位,由于气候的变化和人类活动的干扰,出现了湖面萎缩、水质持续恶化、渔牧业遭到影响、草原退化等环境问题,急需对呼伦湖流域建立环境远程监测系统。
  针对呼伦湖现有的监测系统监测点不足、复杂度高、可扩展性差、信息化建设水平低、重复建设浪费资源等问题提出建设以云计算和物联网技术为核心的信息共享平台。物联网分为感知层、网络层、应用层,感知层主要由各种异构传感器对呼伦湖流域水生态数据、土壤数据、气象数据进行采集。如何实现异构传感器的无缝接入是必须解决的问题,本文使用 Arduino作为传感器节点通过 ZigBee无线网络将采集的数据汇聚到感知层网关,网关使用树莓派通过RESTful API将JSON格式数据进行上传。应用层就是建立云计算平台,对外提供开放的资源接口和各种应用服务。云计算主要提供三种服务类型:IaaS、PaaS、SaaS。通过介绍和比较,本文使用IaaS即云计算服务商提供一个按需使用的、易伸缩的、具有一个应用编程接口的虚拟私有服务器,经过比较最终选择阿里云服务器ECS搭建开发运行环境,在 REST架构风格约束下以敏捷开发思想进行整体设计,借助于简洁优雅的 Laravel框架和轻量级的 jQuery前端框架,实现用户管理、实时监测、地理位置、历史数据图表展示等服务并采用 HTTPS协议对外提供安全开放的资源接口。
  最后,总结了环境远程监测系统的实现方案,并讨论了系统还存在的不足之处,对将来呼伦湖流域检测站数量增加及监测数据增多之后,如何实现数据的深度挖掘进行了展望。
[硕士论文] 周丽军
计算机科学与技术 安徽理工大学 2016(学位年度)
摘要:人类的生存与发展离不开环境和资源,矿山资源作为自然资源的重要组成部分,近年来,其开采量日趋增大。然而,它为人类发展贡献巨大能量的同时,也引发了一系列问题,其中,最主要的有两点:第一,受巨大经济利益驱动,矿山盗采活动频繁发生,使国家利益遭受严重损失;第二,矿山资源开采活动加剧了环境污染,正威胁着人类的生存和可持续发展。
  为了应对以上问题,我们有必要对矿山资源区以及周边环境进行实时监测。近年来,物联网技术,特别是无线传感器网络技术,因其布网容易、性价比好的优点脱颖而出,从而在技术方面为本监测系统的实现提供了有效保障。本课题即是基于物联网中的无线传感器网络新技术,研究并设计一套矿山环境监测系统。
  在该系统中,感知层采用基于ZigBee技术的无线传感器网络,构建矿山环境感知系统,其核心芯片是CC2530,通过在ZigBee节点上连接各种类型传感器,可实时采集矿山环境的各种参数,包括空气环境、土壤环境、水环境,同时可通过红外模块,构建矿区防盗采栅栏;数据传输方面,ZigBee节点间的传输基于ZigBee协议,采用的射频模块是CC2591,考虑到矿区偏僻,故ZigBee汇聚节点数据远程传输至上位机的过程则借助目前覆盖范围广且信号稳定的移动3G/4G网络完成;数据传输协议间的转换通过网关节点完成,本课题的网关节点以ARM920T内核的S3C2410A微控制器芯片为核心;本系统的上位机可以基于.Net开发,且可借助地理信息系统GIS相关技术实现对矿区地形地貌的浏览功能。
  本系统的研究目的是方便监控中心和相关管理部门实时掌握矿区环境信息,辅助相关部门的治污工作,此外,该系统构建的防盗栅栏可以防止矿山资源的盗挖盗采,可以有效地保护矿山资源。
[硕士论文] 周亚强
计算机应用技术 青海师范大学 2016(学位年度)
摘要:传统的环境或温室信息查询需要在现场由人工采集或者通过有线传输监测点的实时数据,而需要放置环境监测设备的地区有时较为恶劣,甚至缺少电力供应,采用有线传输信号投入较大,且施工困难,采取人为现场检测和记录数据的方式耗费时间和人力资源。这些监测方法中设备获取的环境信息(传感器种类)种类无法根据用户要求定制,也无法对特定的小范围地域环境信息实行监测,市场上现售的无线监测装置体积较大、较昂贵、移动不方便,并且缺少远程控制执行机构的功能。
  基于移动网络的多传感信息查询和控制系统由太阳能电池供电,绿色且移动灵活,大气或温室内的温度、湿度、光照度、气压、CO2浓度环境信息不仅可以在液晶屏上本地显示,也可通过手机指令进行实时查询,获取到包含多路环境信息的短信,当有环境信息超限时可以短信报警。当用户远行时,可以通过发送短信指令远程开启水阀等执行机构,达到灌溉等目的。本系统首先远程查询到环境中多路传感器的综合实时信息,从而判断大气或温室环境的状态,进而远程控制和优化环境的不利因素。本系统能够以低成本给用户远程提供精准环境信息和控制功能,可以让用户实现无人值守的监测和控制功能。
[硕士论文] 曾琦云
仪器科学与技术 电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:在21世纪,无线传感器网络技术被认为是中国有着巨大发展潜力的新兴技术,对社会的进步和经济发展有着重要作用,它与环境监测相结合,使得环境信息的获取逐渐趋向智能化。在收集土壤温湿度、叶面积指数等环境参数的同时具有观测当地地貌情况的监控系统对用户的意义更加重大。由此,本文设计了面向环境监测的视频无线传感器网络应用层系统。
  本文中软件开发环境基于Windows平台的.NET架构,服务器端采用Winform架构,结合C#语言不仅完成对研究区域的土壤温湿度等环境信息的获取,而且完成了视频图像的获取及处理,然后估算出叶面积指数入库,客户端采用 ASP.NET MVC框架和JQUERY EASYUI框架,结合html语言和C#语言完成了web动态网站的开发,具体研究工作如下:
  (1)本文通过无线传感器网络实现了监控区域的视频监控,并且在固定时刻对获取的视频图像进行处理分析,然后估算出叶面积指数这个环境参量,这不仅解决了使用者每次去实地使用冠层分析仪获取叶面积指数的不便,又解决了通过遥感图像法反演叶面积指数时获取图像成本高的问题,而且整套系统成本低并且采用太阳能供电能够长期运行于野外。
  (2)本文既解决了用Miller公式法估算时受到光线、地形等的影响获取的孔隙度数据不准确的问题,又解决了拍摄图像有部分缺失数据仍能使用单角度法估算叶面积指数的问题,通过图像分析估算的LAI值与LAI-2000冠层分析仪获取的LAI值的相关系数可达0.858。
  (3)本文实现了无人值守下数据智能获取和查询系统,此系统实现了对多个监控区域环境信息的分类接收与存储,并且设计了信息查看权限,实现了历史环境信息和节点电量数据查询及导出功能,还有曲线图显示,同时也实现了动态节点图在百度地图上显示等功能,给用户提供了友好的人机交互的web界面。
  本文提出的通过无线传感器网络获取半球图像,并自动对获取的图像进行分析估算出叶面积指数这种方法,目前在现有文献中没有见过相关报道。
[硕士论文] 薛成慧
软件工程 厦门大学 2016(学位年度)
摘要:随着经济社会发展水平的提高,广大人民群众对物质文化生活水平的需求日趋提升,在物质生活越来越丰富的今天,群众对环境、生态等生存环境给予了更多的关心和关注,都渴望清新的空气、安全的饮用水、优良的生态环境和更多的青山绿水。温州市环境保护局监测中心主要负责全市范围内重点区域和重点污染因子的管理监测工作,主要提供对环境保护数据的自动采集、自动传输、处理分析和快速反应于一体的服务工作,负责对空气、水、污染源等监测系统建设和运用。
  本文主要介绍了温州市环境监测系统的研发过程,结合软件工程的理论知识,在调研的基础上获取了软件功能需求,对软件功能进行了详细的划分和界定,利用UML的方式对需求进行了标准描述,对系统各个功能模块、软件系统框架、网络排污企业和数据模型进行了认真详细的设计,通过设计进行代码实现,并对系统功能进行了标准测试,严格的逐步完成了软件系统开发的全生命周期。实现了系统的空气质量监测、污染源监测、查询统计、系统设置、用户管理等功能。满足了日常工作的具体需求,能提高环境保护管理工作的效率。
  本文主要针对环境监测系统,通过B/S三层体系结构,采用模块化管理的方式,初步构建环境监测管理体系,完成了对基于B/S架构的温州市环境监测系统的分析、设计、实现、测试环节,并总结了开发过程,展望了未来发展方向。
[硕士论文] 陈聪伟
光学工程 苏州科技学院;苏州科技大学 2016(学位年度)
摘要:河流湖泊不仅提供人类生产生活所需的水资源和丰富的水产品,同时协调区域降水、改善气候环境。伴随着生产力提高,人口增加,水文生态不断受到破坏。对水环境进行监测,既可实时掌握水质状况,实现水体污染预警,又可为水文环境研究与保护提供可靠的数据。
  由于河流湖泊地理位置多为偏远,水域面积广阔,且能源供给不便。传统的水质监测多为人工采集参数,实时性低,成本高。针对此类问题,将无线传感网技术(ZigBee模块),3G(WCDMA)技术,传感器以及太阳能供电系统相结合,设计了分布式在线水环境监测系统,解决了野外水环境监测中的能量供给和分布式参数采集、无线远程传输等问题。论文的丰要研究内容如下:
  首先,考虑到水域位置多处于野外偏远处、水域面积大等因素,提出了由传感采集节点、3G网关节点和服务器构成的无线传感网对水环境进行在线监测系统方案。由于监测区域缺少现成的供电线路,系统采用太阳能板与锂电池组成绿色能源系统,以保证野外监测系统的能量供给。传感采集节点与3G网关节点(协调节点)通过星型自组传感网进行短距数据传输,3G网关节点通过WCDMA网络与数据服务器进行远程无线通信。
  其次,设计了数据采集节点和3G网关节点。硬件设计包括氨氮、pH、浊度、溶解氧等五种水质参数传感器检测电路及接口电路、采集节点处理器CC2430和射频前端CC2591电路;3G网关处理器MSP430外围电路、3G(WCDMA)模块EM770W电路以及太阳能供电系统电路。软件设计包括无线传感网节点组网及数据传输设计,多路传感器的驱动软件设计,3G网关通信设计等。
  最后,对监测系统进行测试分析。其各水质监测数据满足国家水质监测精度并结合国家水质标准分析了被监测区域的水体状况;运用标准溶解氧检测仪对系统的DO传感器进行数据校准;传感节点组网迅速、稳定,通信距离可达250m,节点的月丢包率低于4%。系统运行稳定、可靠,满足设计要求,实现了分布式水环境远程监测功能,具有区域分布监测,远程传输,节能环保,成本低廉等特点,可推广到其它场合用于大气数据监测、大棚种植监控、水产养殖监控等。
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