一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法

1.一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法，所述的方法包括以下步骤：
(1)、将待测区域划分为若干个相同的区块，每一区块用gridi,j表示，其中i,j是区块的坐标；
(2)、将带有车载装置的VSN car随机派遣到各区块中去；
(3)、对各传感器进行采样频率和回报率初始化设置；
(4)、各VSN car随意走动，CO2传感器按照给定的采样频率对行车环境的CO2浓度进行采样，并将采样所得浓度值经由无线收发模块发送至车内的带有Jennic芯片的节点；步骤(4)所述的CO2传感器为MG811电压型传感器；
(5)、车内的GPS module记录当前的采样坐标；
(6)、带有Jennic芯片的节点将CO2浓度值和位置信息整合，通过GSM module经由GSM短信系统上传给后方中控Server；
(7)、中控Server记录所得CO2浓度值和位置信息，结合Google Map绘制CO2浓度值等高线；
(8)、中控Server根据收集到的资料量，推估出各区块内的VSN car数量，计算出新的回报率，以adjusting message发送给各VSN car；步骤(8)所述的调整回报率的方法，可以有效减少通信次数，节约通信成本，主要包括以下步骤：
(81)、Server会依据收集到的数据，借由收到的资料量，推测每个区块中可能的VSN car数(i,j表示grid的坐标)：
其中 代表gridi,j处回报信息的总和rn是第n回合的回报率；
(82)、选出每个区块内浓度最高的一点p，并以p为基准点，找出该区块内CO2浓度最低，且距离基准点最远及最近的点Dfar、Dnr；分别计算出p与Dfar、Dnr的距离pDfar、pDnr，找出这两个线段的比值Ci,j；
其中Ci,j一定程度上说明了区块内气体的分布情形；C值越大，表示区块内的气体浓度分布越不均匀；反之，C会接近1；
(83)、我们设一个区块内CO2浓度最高值为GH，最低值为GL，令δi,j表示一个区块内气体浓度的差异度：
(84)、令λi,j代表每个区块在监测区域中的重要程度，综合(81)-(83)各区块VSN car数目、气体分布情况、以及CO2变化量参数，我们得到各区块的重要程度：
其中α、β、γ皆为系数，根据实测数据调整；
(85)、设时间间隔为T，经过T时间后，Server就会开始计算第i轮所收到的资料量是否有达到阈值，若发现资料量不足，Server就会依据上述方式计算出新的回报率，并以第i-1轮推测出的VSN car数量分配在此区块内每辆车的回报率；
(9)、重复(1)～(8)步骤。

一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种基于车载传感器网络的大范围环境内CO2浓度监测方法。利用该方法，可以实时的得到大范围环境内各个区域的CO2浓度数据，为政府部门制定相关环保法规提供依据。\n背景技术\n[0002] 随着工业的逐渐发展，CO2浓度急剧上升，成为“温室效应”的罪魁祸首，占主要温室气体中的55%，控制并降低CO2排放量成为各国遏止温室效应的主要目标。\n[0003] 要做到控制并降低某一区域的CO2排放量，必须先知晓该地区的CO2浓度值数据。\n面对大范围环境，目前最常用的方法是政府机构派遣专业人员到指定地点去采集数据。但是这样的方法有很多缺点：\n[0004] 1、由于要监测是大范围环境的CO2浓度值，这就需要投入大量人力、物力进行作业，成本偏高。\n[0005] 2、由于天气对人的制约因素，该方法只能在天气条件较好的时候使用，不能适用于所有的天气。\n[0006] 3、该方法具体做法是，工作人员到指定地点测量记录CO2浓度值数据，然后回到办公室再录入计算机进行分析处理，这就势必降低了数据的准确性，且数据是一些定点数据，不全面，缺乏精确度。\n[0007] 总的来说，当前所用监测CO2浓度值的方法，存在很大的弊端，无法做到科学研究所需要的时效性和精确度，不能为政府部门提供强有力的依据，且需要大量的人力、物力资源投入，制约了其经济可行 性，与国家当前所提倡的“集约型经济”模式相悖。\n发明内容\n[0008] 为了克服已有的大范围环境CO2浓度监测方法的不足,本发明提供一种能够减少人力、物力投入，有效提高CO2浓度值监测的时效性与准确度的方法。\n[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0010] 一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法，包含Vehicle Sensor感知CO2浓度，GPS module定位位置，GSM module接收、回传数据，中控Server处理数据四个部分，所述的方法包括以下步骤：\n[0011] （1）、将待测区域划分为若干个相同的区块，每一区块用gridi,j表示，其中i,j是区块的坐标；\n[0012] （2）、将带有车载装置的VSN car随机派遣到各区块中去；\n[0013] （3）、对各传感器进行采样频率和回报率初始化设置；\n[0014] （4）、各VSN car随意走动，CO2传感器按照给定的采样频率对行车环境的CO2气体进行浓度采样，并将采样所得浓度值经由无线收发模块发送至车内的带有Jennic芯片的节点；\n[0015] （5）、车内的GPS定位装置记录当前的采样坐标；\n[0016] （6）、带有Jennic芯片的节点将CO2浓度值和位置信息整合，经由GSM短信系统上传给后方中控Server；\n[0017] （7）、中控Server记录所得CO2浓度值和位置信息，结合Google Map绘制CO2浓度值等高线；\n[0018] （8）、中控Server根据收集到的资料量，推估出各区块内的VSN car 数量，计算出新的回报率，以adjusting message通过GSM短信系统发送给各VSN car；\n[0019] （9）、重复（1）～（8）步骤。\n[0020] 本发明的工作原理是：采用车载CO2传感器感知行车环境的CO2浓度，记录其浓度值；利用GPS定位模块记录其当前位置信息；汇总CO2浓度值和位置信息到后方系统，结合Google Map绘制出CO2浓度值等高线。\n[0021] 整个系统包括两种通信子系统：车载装置通信系统和主通信系统。车载装置通信系统采用802.15.4无线通信协议(ZigBee)进行通信。其中802.15.4无线通信协议支持点对点网络拓扑结构，在信号范围内，不需要借助其他设备转发，就可以直接进行通信。车载装置和后台控制中心的主通信系统采用GSM通信系统进行通信。我们要监测的区域是一些类似都会区的大环境，虽然有类似Wi-Fi之类的免费通信系统，但是通信距离一般较短，无法满足我们远距离传输的需求；同时使用GSM系统，较不会发生一般无线网络环境中封包丢失的问题，可以有效减少用于通讯方面的成本。\n[0022] 本发明的有益效果主要表现在：\n[0023] 1、提升监测的精确度\n[0024] MG811CO2sensor，原装进口，对CO2反应非常灵敏，且能适应0～50℃温度环境，受温度和湿度影响小，能有效提高监测的精确度。\n[0025] 2、提升监测的时效性\n[0026] 基于VSN的大范围环境CO2浓度监测系统，将VANET和WSN结合在一起，且采用多种无线技术实现全程数据传输，使服务器第一时间获得CO2浓度的准确值，从而做出完整的CO2浓度等高线，在最 大程度上保证结果的准确性和时效性。\n[0027] 3、节约人力物力\n[0028] 基于VSN的大范围环境CO2浓度监测系统，采用移动汽车作为载体，可以根据指示调整监测区域，而不用政府派遣大量专业的人力到各个点进行监测，且所需节点设备量少，可以节约大量的人力、物力开销。\n附图说明\n[0029] 图1是车载装置硬件架构示意图。\n[0030] 图2是VSN car动作流程示意图。\n[0031] 图3是Server系统流程示意图。\n[0032] 图4是系统调整回报率算法示意图。\n[0033] 图5是initial message数据结构示意图。\n[0034] 图6是adjusting message数据结构示意图。\n具体实施方式\n[0035] 下面结合附图对本发明作进一步描述。\n[0036] 参照附图1-6：\n[0037] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0038] 一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法，包含Vehicle Sensor感知CO2浓度，GPS module定位位置，GSM module接收、回传数据，中控Server处理数据四个部分，所述的方法包括以下步骤：\n[0039] （1）、将待测区域划分为若干个相同的区块，每一区块用gridi,j表示，其中i,j是区块的坐标；\n[0040] （2）、将带有车载装置的VSN car随机派遣到各区块中去；\n[0041] （3）、对各传感器进行采样频率和回报率初始化设置；\n[0042] （4）、各VSN car随意走动，CO2传感器按照给定的采样频率对行车环境的CO2气体进行浓度采样，并将采样所得浓度值经由无线收发模块发送至车内的带有Jennic芯片的节点；\n[0043] （5）、车内的GPS定位装置记录当前的采样坐标；\n[0044] （6）、带有Jennic芯片的节点将CO2浓度值和位置信息整合，经由GSM短信系统上传给后方中控Server；\n[0045] （7）、中控Server记录所得CO2浓度值和位置信息，结合Google Map绘制CO2浓度值等高线；\n[0046] （8）、中控Server根据收集到的资料量，推估出各区块内的VSN car数量，计算出新的回报率，以adjusting message通过GSM短信系统发送给各VSN car；\n[0047] （9）、重复（1）～（8）步骤。\n[0048] 进一步，步骤（4）所述的CO2传感器为MG811电压型传感器，具有高灵敏性、导热性好、全温检测等优点。\n[0049] 步骤（8）所述的调整回报率的方法，可以有效减少通信次数，节约通信成本，主要包括以下步骤：\n[0050] （1）、Server会依据收集到的数据，借由收到的资料量，推测每个区块中可能的带有传感器的汽车（VSN car）数（i,j表示grid的坐标)：\n[0051] \n[0052] 其中 代表gridi,j处回报信息的总和，rn是第n回合的回报率。\n[0053] （2）、选出每个区块内浓度最高的一点p，并以p为基准点，找 出CO2浓度最低，且距离基准点最远及最近的点Dfar、Dnr。分别计算出p与Dfar、Dnr的距离pDfar、pDnr，找出这两个线段的比值Ci,j。\n[0054] \n[0055] 其中Ci,j一定程度的说明了区块内气体的分布情形。C值越大，代表区域内的气体浓度分布越不均匀；反之，C会接近1。\n[0056] （3）、我们设一个区块内CO2浓度最高值为GH，最低值为GL，令δi,j表示一个区块内气体浓度的差异度：\n[0057] \n[0058] （4）、令λi,j代表每个区块在监测区域中的重要程度，综合（1）-（3）各区块VSN car数目、气体分布情况、以及CO2变化量等参数，我们得到各区块的重要程度：\n[0059] \n[0060] 其中α、β、γ皆为系数，根据实测数据调整。\n[0061] （5）、设时间间隔为T，经过T时间后，Server就会开始计算第i轮所收到的资料量是否有达到阈值，若发现资料量不足，Server就会依据上述方式计算出新的回报率，并以第i-1轮推测出的VSN car数量分配在此区块内每辆车的回报率。\n[0062] 参照图4，一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法，所述的方法包括车载装置VSN car和后台中控Server两部分。VSN car负责感知环境中的CO2浓度并记录位置信息；Server负责处理VSN car获得的数据并结合Google Map绘制出浓度等高线，同时根 据实际情况，调整回报率。\n[0063] 参照图3，所述的Server部分系统流程步骤分为：\n[0064] （1）、通过GSM短信发送initial message给所有的VSN car；\n[0065] （2）、从各VSN car获取感知数据和位置信息；\n[0066] （3）、结合Google Map绘制CO2浓度等高线，同时根据实际情况计算新的回报率；\n[0067] （4）、利用GSM短信系统将计算得到的新的各VSN car的回报率发送至各VSN car；\n[0068] （5）、重复步骤（2）～（5）。\n[0069] 参照图2，所述的各VSN car动作流程步骤分为：\n[0070] （1）、从Server获取回报率；\n[0071] （2）、查看其是否进入message所述的目标区域，若未进入，执行步骤（5）；\n[0072] （3）、VSN car核对自己目前所处的小区块，检查该区块的回报率是否有修改，若回报率没有修改，执行步骤（5）；\n[0073] （4）、根据message调整回报率；\n[0074] （5）、感知环境数据；\n[0075] （6）、查看回报周期是否到时，若时间未到回报周期，回到步骤（5）；\n[0076] （7）、通过GSM短信系统将获得的数据和位置信息上传给Server；\n[0077] （8）、重复步骤（1）～（7）。\n[0078] 参照图1，一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法，所述的车载装置部分一共包括三个模块：CO2传感器模块、GPS模块和GSM模块。所述的CO2传感器模块为车外部分，主要负责感 知行车环境中的CO2浓度值；所述的GPS模块和GSM模块为车内部分，GPS模块负责感知位置信息，GSM模块负责收发数据。所述的车内装置和车外装置通过\n802.15.4无线通信协议进行通信。所述的CO2传感器模块、GPS模块和GSM模块由Jennic节点控制，所收集的数据由Jennic节点进行整合，然后通过GSM短信系统和Server通信。\n[0079] 参照图5，一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法，所述的initial message数据结构分为：\n[0080] （1）、Type，占1个字符，用于区分数据的类型；\n[0081] （2）、Upper left latitude&longitude，占19个字符，用于表示VSN car所属的块的左上角的经纬度坐标；\n[0082] （3）、Lower right latitude&longitude，占19个字符，用于表示VSN car所属的块的右下角的经纬度坐标；\n[0083] （4）、Division，占4个字符，用于表示每个子块的块号；\n[0084] （5）、Rate，占2个字符，用于表示所述子块的初始回报率。\n[0085] 本发明中，我们将监测的区块设定为矩形，用两个坐标标示整个区域，即左上角及右下角的经纬度坐标；进一步将完整的矩形区域分割成M x N的子块矩阵，用Division栏位区分每一个子块；用Rate栏位表示对应区块的初始回报率。\n[0086] 参照图6，一种基于车载传感器网络的大范围环境CO2浓度监测方法，所述的adjusting message数据结构分为：\n[0087] （1）、Type，占1个字符，用于区分数据的类型；\n[0088] （2）、Payload，占139个字符，用于表示Server计算出的新的回报率以及对应的区块。