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1、(10)申请公布号 CN 103177550 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103177550 A *CN103177550A* (21)申请号 201210562772.5 (22)申请日 2012.12.24 G08C 17/02(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (71)申请人 北京信息科技大学 地址 100192 北京市海淀区清河小营东路 12 号 (72)发明人 张健 李胜杰 张小栓 齐林 张荣杰 陈瀛 徐晓莉 冯飞 张丽欣 段志洁 田晓飞 张隽 马红烨 陈静静 卢凯 洪婕 (54) 发明名称 温室气体排放远程实时监测系统及方法 (57)。
2、 摘要 一种温室气体排放远程实时监测系统及方 法， 包括数据采集系统、 数据传输模块、 温室气体 排放数据实时监测系统， 其中数据传输模块包括 位于监测点的 GPRS 数据发送器， 存储和处理数据 的网络控制节点， 用于 Web 发布的服务器模块， 实 时监测数据的客户端操作系统。本发明可用于温 室气体排放的实时远程监测， 并可同时对多个监 测点的气体排放量进行数据处理， 生成排放量报 告。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103。
3、177550 A CN 103177550 A *CN103177550A* 1/1 页 2 1. 一种温室气体排放的远程实时监测系统， 其特征在于， 包括温室气体探测传感器 (1)、 GPRS 信号发射器 (2)、 网络控制节点 (3) 和远程监控客户端操作系统 (4)， 温室气体探 测传感器 (1) 将监测到的气体数据通过 GPRS 信号发射器 (2) 发送至网络控制节点 (3)， 网 络控制节点 (3) 将数据接收、 处理并存储结果， 之后将数据发布至英特网， 远程监控客户端 操作系统 (4) 通过英特网链接至网络控制节点 (3) 进行实时在线的温室气体排放情况监 控。 2. 根据权利要。
4、求 1 所述的温室气体排放的远程实时监测系统， 其特征在于所述的温室 气体探测传感器(1)包括位于多个监测点的传感器节点与传感器节点对应设置的ARM处理 芯片， 所述传感器节点通过汇聚节点传送至 GPRS 信号发射器 (2)。 3. 根据权利要求 1 所述的温室气体排放的远程实时监测系统， 其特征在于所述的温室 气体探测传感器 (1) 采用的是基于非色散红外技术的传感器 NDIR。 4. 根据权利要求 1 所述的温室气体排放的远程实时监测系统， 其特征在于所述的温 室气体探测传感器 (1) 节点的数据通基于 ARM 的处理芯片将数据传送至 GPRS 信号发射器 (2)。 5.根据权利要求1所述。
5、的温室气体排放的远程实时监测系统， 其特征在于所述的GPRS 信号发射器 (2) 通过 TCP/IP 协议以 SMS 形式将信息数据发至网络控制节点 (3)。 6. 一种如权利要求 1 所述的温室气体排放的远程实时监测系统的监测方法， 其特征在 于， 包括如下步骤 ： 1) 由温室气体探测传感器 (1) 对监测点的参数实时监测 ； 2) 由温室气体探测传感器 (1) 将采集到的参数发送给 ARM 处理芯片， 再将收集到的数 据传送至 GPRS 信号发射器 (2) ； 3)GPRS 信号发射器 (2) 将数据发送至网络控制节点 (3)， 网络控制节点 (3) 将接收数 据、 处理数据并存储结果 。
6、； 4) 网络控制节点 (3) 每隔一段时间将更新的数据发布至英特网 ； 监测人员通过远程监 控客户端操作系统(4)查看监测点的实时数据， 并依据不同IP地址监测不同监测点的温室 气体排放情况。 5) 根据权利要求 6 所述的监测方法， 其特征在于， 步骤 1 中传感器采集的数据包括时 间， 监测点编号， CO2浓度， CH4浓度， N2O 浓度， 湿氧含量， 干氧含量， 温度， 压力和流速。 7.根据权利要求6所述的监测方法， 其特征在于， 步骤2中ARM处理芯片将收集到的参 数融合后再传送给 GPRS 信号发射器 (2)。 8. 根据权利要求 6 所述的监测方法， 其特征在于， 步骤 3 。
7、中 GPRS 信号发射器 (2) 每隔 一段时间就将刷新的数据发送至网络控制节点 (3)。 9. 根据权利要求 6 所述的监测方法， 其特征在于， 步骤 3 中 GPRS 信号发射器 (2) 的数 据刷新时间间隔为六秒钟。 权 利 要 求 书 CN 103177550 A 2 1/4 页 3 温室气体排放远程实时监测系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及温室气体排放远程实时监测及无线通信领域， 是一种基于 NDIR 传感 器和无线通信网络的远程实时监测系统和方法。 背景技术 0002 在温室效应越来越显著、 气象灾害频发的今天， 世界各国纷纷意识到温室气体减 排工作的重要性。中国作为世界经。
8、济的重要组成部分， 其温室气体减排工作的状况受到世 界各国的关注。根据 1997 年签署的 京东议定书 ， 发展中国家将从 2012 年开始承担减排 任务， 我国也明确提出了到2020年， 国内单位生产总值的二氧化碳排放量比2005年时下降 40 -45。因此， 明确现有温室气体排放水平和排放状况， 对重点行业的温室气体排放量 进行监控可以为我国制定减排计划提供基础数据， 明确温室气体减排方向和手段。同时也 为核查机构进行核查提供了对比材料， 使温室气体排放核查工作更具准确性和时效性。 0003 我国的温室气体排放监测目前存在的主要问题 ： 一是缺乏一种针对性强， 数据细 致的监控系统。二是监。
9、控系统的智能化和网络化程度不高。目前的气体监控系统基本上集 中于烟气污染物的监测， 监测数据种类于温室气体排放量的监测针对性不强， 缺乏相应的 处理数据， 不能为系统地实现温室气体监测提供足够有效的数据支持。 此外， 多数监控系统 以有线方式进行数据传输， 实施监控工作工程量大， 投入经费多， 线路维护复杂， 不便于随 时随地获取温室气体排放信息。 发明内容 0004 针对上述背景技术， 本发明解决了一下问题 ： 一是通过专门设计的气体感应器实 现了针对于温室气体相关数据的测定。二是通过 GPRS 信号发射器将收集到的数据发送至 网络控制节点从而实现了监测数据的无线传输， 同时网络控制节点对数。
10、据进行处理， 并即 时发布至互联网， 提高了信息的实时性。 0005 为了达到上述目的， 本发明采取的技术方案是 ： 一种基于 NDIR 监测技术及无线数 据传输技术的温室气体监测系统。其特征在于， 包括 NDIR 气体传感器、 信号发射器、 网络控 制节点和远程监控客户端操作系统。气体传感器将收集到的数据通过 GPRS 信号发射器以 TCP/IP 协议发送至网络控制节点， 网络控制节点将数据接收、 处理并存储结果， 之后将结果 发布至 英特网， 远程监控客户端操作系统通过英特网链接至网络控制节点。 0006 优选地， 所述无线传感器网络包括位于多个待测点的多个传感器和与传感器对应 的信号发射。
11、器， 所述温室气体传感器通过汇聚节点将信号接入信号发射器。 0007 优选地， 所述网络控制节点采用的是基于 ARM 的嵌入式系统。 0008 优选地， 所述温室气体传感器节点由采集板RS-232-GasBoard和CC2430高频芯片 组成。 0009 温室气体排放远程实时监测系统方法包括如下步骤 ： 0010 1) 由温室气体传感器每隔一段时间对待测点的温室气体相关参数实时监测 ； 说 明 书 CN 103177550 A 3 2/4 页 4 0011 2) 由温室气体传感器将采集到的参数数据发送至汇聚节点， 汇聚节点再将数据跳 传给 GPRS 信号发射器 ； 0012 3) 信号发射器将。
12、信号发送至网络控制节点后， 控制节点将数据进行处理， 并将原 始数据和处理结果存储至数据库中。 0013 4) 网络控制系统在接收到数据后， 即时处理并存储， 并将更新的数据发布至互联 网。 0014 5) 监测人员通过在客户端监控系统中选择不同监测点的 IP 地址， 即可查看对应 监测点的温室气体实时排放数据。 并可以在任何可以连接互联网的地方查看实时排放信息 和数据库中的历史信息。 0015 优选地， 步骤 1 中监测的参数包括时间， 监测点编号， CO2、 CH4、 N2O 浓度， 湿氧含 量， 干氧含量， 温度， 压力， 流速。 0016 优选地， 步骤 1 中监测的参数每隔 6 秒钟。
13、读取一次。 0017 优选地， 步骤 2 中汇聚节点对监测参数进行融合后再跳传给 GPRS 信号发射器。 0018 优选地， 步骤 3 中的 GPRS 信号发射器不断扫描最新的汇聚节点参数， 并即时将收 集到的数据发送至网络控制节点。 0019 优选地， 步骤 3 中网络控制节点会按最新一组温室气体排放数据计算出单位时间 内 CO2、 CH4、 N2O 的排放量以及 CO2 当量， 并存储结果至数据库。 0020 综上所述， 本发明所述的温室气体排放远程实时监测系统可以用于完成对企业温 室气体排放情况的实时全面监测， 其所采用的监测方法可以使监管部门或核查机构对企业 温室气体排放情况的变化作出。
14、即时的了解， 帮助其作出及时的应对措施。 0021 本发明的有益效果 ： 0022 1) 采用了 NDIR 气体传感器和网络远程监测相结合的体系结构， 实现网络化远程 在线实时监测 ； 0023 2) 采用了无线通信方式来构建温室气体排放远程实时监测系统， 较好地克服了人 工方式现场工作量大和无法保证数据实时性有效性的缺点 ； 0024 3) 有效解决了有线方式在现场布线难度大、 成本高及容易老化的问题， 解决了因 线路故障和老化造成的数据丢失， 故障率上升的缺点。 附图说明 0025 图 1 ： 本发明中所述监测系统结构示意图 ； 0026 图 2 ： 本发明中汇聚节点功能流程图 ； 002。
15、7 图 3 ： 本发明中传感器节点数据融合结构图 ； 0028 图 4 ： 本发明中服务执行流程图。 具体实施方式 0029 如图 1 所示， 本发明中温室气体排放的远程实时监测系统包括以下几个部分 ： 温 室气体探测传感器 (1)、 GPRS 信号发射器 (2)、 网络控制节点 (3) 和远程监控客户端操作系 统 (4)。 0030 整个系统结构及功能如下所述 ： 温室气体传感器 (1) 在待监测位置监测包括时 说 明 书 CN 103177550 A 4 3/4 页 5 间， 监测点编号， CO2、 CH4、 N2O 浓度， 湿氧含量， 干氧含量， 温度， 压力， 流速在内的数据， 读取 。
16、数据的时间间隔为六秒。之后将监测到的气体数据汇聚为某一监测点的一个数据包， GPRS 信号发射器 (2) 通过卫星讯号以 TCP/IP 协议将数据包发送至网络控制节点 (3)， 网络控制 节点 (3) 将数据接收、 处理并将结果存储在数据库中， 之后将数据发布至英特网， 远程监控 客户端操作系统(4)通过英特网链接至网络控制节点(3)进行实时在线的温室气体排放情 况监控。监测人员选择不同监测点的 IP 地址， 通过调用数据库中的数据即可查看对应监测 点的温室气体实时排放数据和历史排放数据。 实现了在任何可以连接互联网的地方查看实 时排放信息和数据库中的历史信息。 0031 如图 2 所示， 流。
17、程描述了汇聚节点和传感器节点形成分层次网络拓扑的方法。为 了节省传感器节点能量， 此汇聚节点任务由接收数据包事件驱动。步骤如下 ： 0032 1) 任务进入等待状态， 等待数据包事件的发生 ； 0033 2) 当接收到一个数据包是， 程序结束等待状态， 进入执行状态 ； 0034 3) 判断是否是其他几点发送的数据包， 如果是同一节点数据包， 那么执行步骤 4， 否则执行步骤 8 ； 0035 4) 提取数据包中的跳数字段 ； 0036 5) 汇聚节点查看自己距离信号发送器的跳数是否为空， 如果为空执行步骤 6， 否 则执行步骤 7 ； 0037 6) 将提取的数据包中的跳数字段加 1 变为自。
18、己的跳数， 进入步骤 10 ； 0038 7) 将提取的数据包中的跳数字段加 1 后看是否小于自己距离信号发送器的跳数， 如果小于那么执行步骤 6， 否则执行步骤 10 ； 0039 8) 判断是否是同一个区域传感器节点的数据包， 如果是执行步骤 9， 如果不是执 行步骤 10 ； 0040 9) 将各传感器节点数据进行融合处理， 进入步骤 10 ； 0041 10) 回到任务等待状态。 0042 如图 3 所示， 结构图描绘了传感器节点之间的数据融合。 0043 本发明运用具有反馈分布卡尔曼滤波信息融合， 然后将各自的局部估计结果送往 汇聚节点进行全局融合。 而且由于增加了反馈环节， 使得层。
19、间传感器具有双向联系， 不仅底 层融合信息向高层传递， 高层信息也参与底层节点处理， 各传感器节点之间具有了一种层 间的有线联系。经过融合处理后可以使融合精度高于单个传感器精度， 而且数据的传输率 大大降低， 从而减少了信息的传输量， 减轻网络冲突和堵塞。 0044 如图 4 所示， 流程图描绘了通过英特网进行远程监测的服务器执行过程， 其步骤 如下 ： 0045 1) 启动 WEB 服务器， 为后续做准备 ； 0046 2) 初始化定义 ； 0047 3) 创建、 设定、 绑定套接字 ； 0048 4) 监听端口， 看是否有请求， 若有则进入步骤 5， 否则继续监听端口 ； 0049 5) 。
20、接收请求， 解析请求内容 ； 0050 6) 查看是否有 CGI 请求， 若有进入步骤 7， 否则进入步骤 8 ； 0051 7) 对 URL 进行数据解码并执行该 CGI 程序 ； 说 明 书 CN 103177550 A 5 4/4 页 6 0052 8) 对读取静态页面给 WEB 浏览器 ； 0053 9) 根据执行结果把温室气体排放的参数从数据库中读出， 并输出给 WEB 服务器 ； 0054 10) 结束。 说 明 书 CN 103177550 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103177550 A 7 2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103177550 A 8 3/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103177550 A 9 。