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基于物联网的秸秆焚烧监测系统

发布时间:2019-01-09 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    基于物联网的秸秆焚烧监测系统作者:未知   摘 要:本文实现了1个基于物联网的秸秆焚烧监测系统,该系统在大田4情监测系统的基础上,增加了烟雾传感器和二氧化氮传感器,通过对浓烟和二氧化氮的监测,实现了对秸秆焚烧进行监测和预警的功能。
  关键词:物联网;秸秆焚烧;监测系统
  中图分类号:TP393 文献标识码:A
  引 言
  随着生活水平的提高,家用电器、天然气使用日益广泛,农民对柴草的需求量降落,焚烧农作物秸秆的行为通常发生。
  秸秆焚烧产生的主要危害有:造成严重的大气污染,危害人体健康;引发交通事故,影响道路交通和航空平安;引发火灾;破坏土壤结构,造成农田质量降落。
  前期,通过对使用遥感技能监测秸秆焚烧的研讨,发现这种方式成本较高,对焚烧面积小、时间短的情况不易监测。针对这些问题,本文设计了1个基于物联网的秸秆焚烧监测系统,在大田4情监测系统中,增加烟雾传感器和二氧化氮传感器,对秸秆焚烧现象进行实时监测和预警,以便准时发现秸秆焚烧的区域,并进行处理。
  1 监测系统组成
  1.1 秸秆焚烧监测系统
  大田4情监测系统,以农业物联网环境监测传感器为基础,采集4情相关数据,并提出田间管理措施,建立农业生产指挥调度系统,对大田种植、管理、收割、抗灾等事务进行指挥和调度。
  秸秆焚烧监测系统以大田4情监测系统为基础,包括监测平台和监测设备2大局部。其中监测平台整体架构分数据层、服务层、应用层3个层次,主要内容包括数据整合处理应用、信息数据库、信息资源管理应用、信息交互服务、4情综合门户等方面。在监测平台中,烟雾预警是针对秸秆焚烧进行预警处理的;在感知层中,烟雾传感器和二氧化氮传感器,用于秸秆焚烧的监测。
  系统结构图如图1所示:
  图1 系统结构图
  1.2 硬件选择
  气象站选择便携式气象站,又称移动式小型气象站,可对风向、风速、雨量、温度、湿度、辐射、大气压等要素进行全天候现场精确测量。该气象站具有以下特点:多种通信方式(有线、数传电台、GPRS移动通信等)将数据传输到中心计算机气象数据库中,用于统计分析和处理;可根据用户需求进行传感器接入类型、数量的配置;可运行于各种恶劣的野外环境,低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守;完善的防雷击、抗干扰等保护措施。
  在便携式气象站的基础上,增加了烟雾传感器和二氧化氮气体传感器,用于对秸秆焚烧产生的浓烟和二氧化氮进行监测。
  该系统硬件部署图如图2所示:
  图2 硬件部署图
  气体传感器是1种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行处理,滤除干扰气体与杂质,对剩余气体进行枯燥或制冷处理。气体传感器分为:半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器。
  为了监测空气中二氧化氮浓度,选择了半导体式的二氧化氮气体传感器,它是利用一些金属氧化物半导体材料,在一定温度下,电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。半导体式气体传感器能够有效地用于二氧化氮、甲烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳等多种气体地检测。该传感器成本低,适宜于民用气体检测。
  烟雾传感器选择的是离子式烟雾传感器,该类型传感器技能先进、事务稳定可靠,被广泛运用于各种消防报警系统中,本能远优于气敏电阻类的火灾报警器。离子烟雾报警器对细小的烟雾粒子的感应要灵敏一些,对各种烟能均衡响应。其原理是:内外电离室里的放射源镅241,经过电离产生的正、负离子,在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下,内外电离室的电流、电压都是稳定的,一旦有烟雾窜逃外电离室,干扰了带电粒子的正常运动,电流、电压就会有所改变,破坏了内外电离室之间的平衡,于是无线发射器发出无线报警信号,通知远方的接收主机,将报警信息传递出去。
  视频方面,选择红外智能球型摄像机。智能球型摄像机选取“精密微分步进电机”,实现智能球型摄像机的快速、正确的定位、旋转,将摄像机的图像、功能写进高速球的CPU,经过抑制云台,将图像传输出来,并且能将摄像机的很多功能,例如白平衡、快门、光圈、变焦、对焦等同时实现抑制。考虑到夜间拍摄的需要,选择带有红外感应功能的摄像机。
  1.3 软件设计
  秸秆焚烧监测系统以大田4情监测系统为基础,大田4情监测软件系统平台通过对监测区域的土壤资源、水资源、气候信息及农情信息(苗情、墒情、虫情、灾情)等进行统一监控与管理,构建以标准体系、评价体系、预警体系和科学教导体系为主的网络化、一体化监管平台。该软件系统平台整体包括数据层、服务层、应用层3个层次的功能。数据层对系统可接纳、处理的数据范围和类型进行定义。在数据层面上,包括大田的苗情、灾情、墒情和病虫草情等数据,涵盖了涉及到上述信息的农业气象信息、温度、湿度、日照以及浓烟和二氧化氮等信息内容。
  服务层分为3个局部:管理服务,主要包括用户管理、平安管理和报警管理;通用服务,主要包括关联查询、批量比对、报表统计、全文检索等;应用服务,实现平台内部和外部的横向信息共享和业务联动。
  应用层主要是建立各类业务级的分析研判应用系统,主要包括数据统计分析研判功能、烟雾预警、视频监控系统、GIS应用。
  在数据统计分析研判功能中,增加了浓烟和二氧化氮这2项数据的分析判断以及预警功能,以便于对秸秆焚烧现象进行实时监测。
  秸秆焚烧监测流程图如图3所示:
  图3 秸秆焚烧监测流程图
  在上述流程图中,系统起初启动后,软件平台系统自动根据设置,进行采集烟雾和二氧化氮数据,进行数据处理。当数据达到报警设置的条件,对用户进行报警,如果数据正常,则进行下一周期的数据采集;如果产生报警,等待操作人员处理完成后,再进行下一周期的数据采集。
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