一种基于物联网的环境保护数据管理平台

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种基于物联网的环境保护数据管理平台。

背景技术

随着工业的发展，化工产业、污水处理产业、化石燃料加工产业等其他能够对环境产生或多或少的影响的工厂也越来越多，虽说近几年环境污染在各界的共同努力下经过较好的治理，得到可观的成果，但是在环境治理方面仍然存在监测困难、监测面积广、污染源难取证等问题，同时环境保护不是一劳永逸的工作，难免会出现旧病复发、新病又起的场面，因此进行对环境数据的实时监测与预警，能够有效减少环境污染加剧出现的可能性。

传统的环境数据实时监测需要经设置在不同位置的不同设备进行环境监测，需要依靠定期查询或者有线方式对监测数据进行回收整理，大大增加了人工处理环境数据的时间和难度，且这种方法难以监测较大范围区域，无法满足时间连续、大面积监测的双重要求。

因此需要将物联网和环境保护相联系，通过物联网，对环境保护中的监测过程进行实时调控和监测，能够满足环境监测过程中的不同需求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于物联网的环境保护数据管理平台，解决了传统环境数据实时监测数据需要人工过多参与、不能及时反馈监测数据异常等问题。

本发明采用的技术方案为：一种基于物联网的环境保护数据管理平台，包括；

信息采集模块，用于对环境数据进行实时信息采集，并通过实体接口模块将数据传输至数据服务模块；

实体接口模块，包括设备接口及数据采集接口，实体接口模块用于基于计算机的电气特性传输数据及电信号至其他模块；

数据服务模块，用于对数据管理平台提供数据支撑，对基于实体接口模块的物联网设备及采集设备提供管理服务，包括预处理单元、主机通信单元、端口通信单元及二次处理单元；

存储模块，用于基于临时数据库和历史数据库对各项数据进行持久性存储，所述临时数据库存储信息采集模块的动态信息，所述历史数据库存储数据服务模块的静态信息；

所述实体接口模块中的数据采集接口与信息采集模块连接，输出端与数据服务模块连接，数据服务模块、信息采集模块与存储模块连接。

进一步地，所述信息采集模块所采集的信息数据包括以下至少之一：水资源信息、大气资源信息及土壤资源信息。

更进一步地，所述数据服务模块中的预处理单元用于给定实体接口模块所传输的设备数据及电信号的分组方式；

所述主机通信单元用于建立主机至主机的通信链路，解决在不同子网络中的两台设备之间的数据传输障碍；

所述端口通信单元用于建立端口至端口的通信链路，给定数据包所应用的进程，数据包发送至特定端口后，特定端口所对应的不同进程能够获取相对应的数据；

所述二次处理单元用于基于所收到的端口通信单元数据进行解读，并规定应用程序的数据格式。

更进一步地，所述主机通信单元确定主机类型，所述端口通信单元确定端口类型，主机通信单元和端口通信单元确定相对应的主机和端口后，可实现程序交流功能，用户可通过主机通信单元和端口通信单元对环境保护数据管理平台进行开发及管理。

更进一步地，所述数据服务模块中的二次处理单元为最高单元级，二次处理单元直接面向用户，用户可通过二次处理单元调整数据服务模块中的其他单元的运行、调整实体接口模块、存储模块及信息采集模块的运行，包括从存储模块中提取用户所需信息。

更进一步地，所述二次处理单元对获取到的数据的处理过程为：

统计同类型数据中的数据组，基于时序特征建立关于该类型数据的数据集；

优化数据集，剔除数据集中的非正常极端值；

以连续时间特征为基准，建立以数据集中的各个子集为连接点的连接线；

平滑连接线，建立该数据集中的所有子集随时间变化的曲线图，得到目标曲线图；

基于目标曲线图，得到所述数据集的变化量，基于该变化量对该环境资源进行未来值预估；

若预估的未来值仍然呈增长状态，且在预测过程中未来值会在某一时间超过预设阈值时，发出预警信息。

更进一步地，所述的环境保护数据管理平台的数据管理方法至少包括如下步骤：

通过数据服务模块的二次处理单元输入指令使环境保护数据管理平台各个模块建立物联网连接；

信息采集模块分别对水资源、大气资源及土壤资源信息进行实时采集，并通过实体接口模块将所采集的数据打包上传至数据服务模块；

数据服务模块中的预处理单元对实体接口模块上传的数据包进行分组，主机通信单元和端口通信单元分别建立主机-主机通信链路和端口-端口通信链路；

端口通信单元基于特定端口对于信息采集模块给定的数据包进行特定数据获取；

二次处理单元基于获取到的特定数据进行处理，并规定应用程序的数据格式；

存储模块中的临时数据库存储信息采集模块采集到的信息，历史数据库存储数据服务模块中所获取的各项数据。

更进一步地，所述端口通信单元在获取特定数据前，需要对不同端口设定不同的程序编号，特定端口在获取特定数据时，基于设定的不同程序编号获取特定数据。

更进一步地，还包括一种基于物联网的环境保护数据管理服务器，所述服务器包括处理器及存储器，所述存储器具有存储程序指令功能，所述处理器用于执行被存储的程序指令，所述程序指令被计算机执行时实现数据管理方法，所述存储器还具有基于存储模块中的临时数据库和历史数据库对各项数据的存储功能。

本发明的优点：

本发明通过对环境的各项数据采集，借助物联网对所得数据进行分析存储，并根据分类后的环境资源数据绘制目标曲线，基于目标曲线，得到所述数据集的变化量，并对其进行未来值预估，当未来值在某一时间超过预设阈值时，发出预警信息。相较于传统的环境数据管理方式，本发明对环境数据的采集具有实时性，且覆盖面广，数据上传速度快，保证了数据完整性的同时兼顾数据管理的高效性，同时具有对环境污染的预警功能，满足对环境资源的各项监测要求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的数据服务模块结构示意图；

图3是本发明的数据管理方法流程图；

图4是本发明的二次处理单元处理流程图；

图5是本发明的部分系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参考图1至图5，一种基于物联网的环境保护数据管理平台，包括：

信息采集模块，用于对环境数据进行实时信息采集，并通过实体接口模块将数据传输至数据服务模块；

实体接口模块，包括设备接口及数据采集接口，实体接口模块用于基于计算机的电气特性传输数据及电信号至其他模块；

参考图2，数据服务模块，用于对数据管理平台提供数据支撑，对基于实体接口模块的物联网设备及采集设备提供管理服务，包括预处理单元、主机通信单元、端口通信单元及二次处理单元；

存储模块，用于基于临时数据库和历史数据库对各项数据进行持久性存储，所述临时数据库存储信息采集模块的动态信息，所述历史数据库存储数据服务模块的静态信息；

所述实体接口模块中的数据采集接口与信息采集模块连接，输出端与数据服务模块连接，数据服务模块、信息采集模块与存储模块连接。

需要说明的是，所显示或者讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或者其他的形式；

所述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述数据采集接口与信息采集模块连接，此处的数据采集接口既可以理解为具有耦合作用的硬件形式，也可以理解为具有传输功能的软件功能单元的形式；

所述信息采集模块所采集的信息数据包括以下至少之一：水资源信息、大气资源信息及土壤资源信息，需要说明的是，上述各环境资源信息的采集与实时监测，均依靠相应的传感器进行连接，传感器与信息采集模块或有线或无线通信/电性连接。

本发明在硬件方面通过相应的传感器对环境信息进行采集，通过信息采集模块将采集到的环境信息通过实体接口模块传输至数据服务模块；在数据服务模块中的预处理单元负责对数据进行分组，主机通信单元及端口通信单元用于建立设备之间的通信链路，二次处理单元用于对数据包进行处理；存储模块负责存储数据服务模块及信息采集模块得到的数据，本发明在数据传输中保证了数据完整性的同时兼顾数据管理的高效性。

参考图2，所述数据服务模块中的预处理单元用于给定实体接口模块所传输的设备数据及电信号的分组方式，所述分组方式主要通过传感器所监测到的数据而进行确定的，采集不同环境资源信息的不同传感器具有不同的地址（包括但不限于IP地址及MAC地址），预处理单元通过判定给定的地址是否具有相同前缀，从而对实体接口模块所传输的设备数据及电信号进行分组；

所述主机通信单元用于建立主机至主机的通信链路，解决在不同子网络中的两台设备之间的数据传输障碍；此步主要以解决处于不同局域网下的设备之间的通信连接障碍，通过互联网实现不同局域网下的设备基于环境资源的信息共享；

所述端口通信单元用于建立端口至端口的通信链路，给定数据包所应用的进程，数据包发送至特定端口后，特定端口所对应的不同进程能够获取相对应的数据；

所述二次处理单元用于基于所收到的端口通信单元的数据进行解读处理，并规定应用程序的数据格式。

所述主机通信单元确定主机类型，所述端口通信单元确定端口类型，主机通信单元和端口通信单元确定相对应的主机和端口后，可实现程序交流功能，用户可通过主机通信单元和端口通信单元对环境保护数据管理平台进行开发及管理。

所述数据服务模块中的二次处理单元为最高单元级，应用层直接面向用户，用户可通过二次处理单元调整数据服务模块中的其他单元级的运行、调整实体接口模块、存储模块及信息采集模块的运行，包括从存储模块中提取用户所需信息或者其他需要调取其他模块的数据进行查看或调整。

参考图4，所述二次处理单元对于端口通信单元所得的数据的处理过程为：

S201：统计同类型数据中的数据组，基于时序特征建立关于该类型数据的数据集；

S202：优化数据集，剔除数据集中的非正常极端值，所述剔除非正常极端值的目的在于，减少非正常状态下对于环境数据的整体预估值的影响，过滤非正常极端值，利于优化数据集；

S203：以连续时间特征为基准，建立以数据集中的各个子集为连接点的连接线；

S204：平滑连接线，建立该数据集中的所有子集随时间变化的曲线图，得到目标曲线图；

S205：基于目标曲线图，得到所述数据集的变化量，基于该变化量对该环境资源进行未来值预估，所述变化量在一段时间内应是该段时间内的斜率数值，斜率的正负值代表变化量的正负值，而变化量反应的是在该段时间内相对应的传感器所监测到的该区域内的环境质量的变化，变化量为正，则环境总体质量降低，反之则升高；

所述未来值预估过程为，根据较长时间的实时监测，判断变化量的正负，并基于往期数据判断该环境资源信息数据的未来值，并生成预估曲线，将预估曲线置于目标曲线图中，以此得到所述环境资源信息数据的未来变化趋势；

S206：若预估的未来值以及目标曲线的未来变化趋势仍然呈增长状态，且在预测过程中未来值会在某一时间超过预设阈值时，发出预警信息。

参考图3，所述的环境保护数据管理平台的数据管理方法至少包括如下步骤：

S101：通过数据服务模块的二次处理单元输入指令使环境保护数据管理平台各个模块建立物联网连接；

S102：信息采集模块分别对水资源、大气资源及土壤资源信息进行实时采集，并通过实体接口模块将所采集的数据打包上传至数据服务模块；

S103：数据服务模块中的预处理单元对实体接口模块上传的数据包进行分组，主机通信单元和端口通信单元分别建立主机-主机通信链路和端口-端口通信链路，实现不同局域网下的设备之间的数据共享，以及实现传感器和计算机之间的数据传输功能；

S104：端口通信单元基于特定端口对于信息采集模块给定的数据包进行特定数据获取；

S105：二次处理单元基于获取到的特定数据进行处理，并规定应用程序的数据格式；

S106：存储模块中的临时数据库存储信息采集模块采集到的信息，历史数据库存储数据服务模块中所获取的各项数据。

所述端口通信单元在获取特定数据前，需要对不同端口设定不同的程序编号，特定端口在获取特定数据时，基于设定的不同程序编号获取特定数据。

一种基于物联网的环境保护数据管理服务器，所述服务器包括处理器及存储器，所述存储器具有存储程序指令功能，所述处理器用于执行被存储的程序指令，所述程序指令被计算机执行时实现数据管理方法，所述存储器还具有基于存储模块中的临时数据库和历史数据库对各项数据的存储功能。

本发明提供了一种基于物联网的环境保护数据管理平台，以物联网为手段，通过将环境数据监测传感器与数据管理平台相结合，实现对一定区域内的水资源环境、空气资源环境及土壤资源环境的实时监控，并通过服务器将所得资源数据进行分类并存储，根据分类后的资源数据绘制目标曲线，得出环境资源数据的变化趋势，并预测未来环境资源数据的增长或降低，通过设定预设阈值，在未来环境资源数据超过预设阈值时，发出预警信息。

实施例1

针对能够产生废水废气的化工厂，利用本发明进行环境监测与环境保护数据管理，具体为：

在化工厂四周一定距离内设置若干大气检测装置，在化工厂附近土壤中设置若干土壤酸碱度及重金属含量检测装置，在化工厂附近水源（包括流动性与非流动性自然水源）中设置若干水体检测装置，将这些装置通过无线或有线方式与信息采集模块连接，信息采集模块通过实体接口模块中的数据采集接口与基于物联网的环境保护数据管理服务器通信连接，需要说明的是，上述的检测装置本质上均为具有检测相对应的环境数据功能的传感器，为了方便理解，本实施例中将传感器的范围扩大至检测装置，并不影响本发明的申请；

实体接口模块中的设备接口用于在不同类型计算机或其他具有显示功能的智能化媒介之间实现电性或通信连接；

通过环境保护数据管理平台中的数据服务模块中的应用层对所述环境保护数据管理平台实行程序输入或输出，包括设定阈值等其他具有可调整性的数值及程序代码；

设定阈值，该预设阈值的来源包括但不限于官方数据、当地环境管理部门对于本区域内的规定数据，设定阈值的目的在于，当所监测的数值或者预测的未来值超过该阈值时，发出预警信息，使环境监测部门能够及时针对该区域的环境保护实施方式实行针对性调整，减少环境污染；

数据服务模块中所包含的主机通信单元和端口通信单元分别建立不同主机之间的通信链路和不同端口之间的通信链路，实现不同局域下的计算机之间的数据共享，同时实现检测装置与计算机之间的数据传输；

信息采集模块通过实体接口模块将所采集的数据打包上传至数据服务模块后，数据服务模块中所包含的预处理单元对上传的数据包进行分组，分组的依据来自于不同检测装置所检测到的不同区域内的环境数据，需要说明的是，该环境数据以时间为单位，除发生特殊情况外，同一组环境数据应当在时间上具有连续性；

端口通信单元不仅仅起到连接端口-端口间的链路的作用，同时起到获取数据前的参数设定作用，参数的设定，利于数据包中的不同类型的数据分类后置入特定程序进行计算；

参数的设定由二次处理单元操作，设定好的参数即为端口相对应的程序编号，不同的端口具有不同的程序编号，该程序编号应当与数据包中不同类型的数据所具有的编号具有相同性质，因此，特定端口基于设定的不同程序编号从而从数据包中的众多数据过滤并获取特定数据；

获取特定数据后，数据服务模块中所包含的二次处理单元对特定数据进行分析解读操作，生成目标曲线、预测曲线及预测到的未来值，判断预测曲线及未来值在某一时间点是否超过前述所设定好的预设阈值；

当预测曲线或未来值超过预设阈值时，二次处理单元发出预警信息，预警信息可通过与实体接口模块中的设备接口相连接的计算机或其他智能化媒介输出至环境监测中心或其他能够进行环境监测工作的企业单位或个人处，所述环境监测中心或其他能够进行环境监测工作的企业单位或个人即可通过控制污染物输出从而对环境资源进行保护。

应当说明的是，本发明可以根据需求进行长时间的连续监测，也可以实行或定期或不定期的以时间点为单位的非连续性监测。

实施例2

在本发明中，针对数据服务模块的二次处理单元的具体对于端口通信单元数据的分析解读操作如图4，可详细划分为如下过程：

S201：统计同类型数据中的数据组，所述的同类型数据指代的是测量同一种环境信息的检测装置所上传的数据，包括水资源信息、大气资源信息及土壤资源信息，并基于时间序列特征分别建立关于这些资源信息数据的数据集，具体地，根据时间段或者时间点划分，对同一区域内的采集同类型环境信息的检测装置所采集的数据进行集合，需要说明的是，以时间段划分时，需要满足相邻数据之间的采集时间具有连续性；以时间点划分时，需要规定相同的起始时间和截止时间，例如，以年/月/日为单位进行数据集合；

S202：优化数据集，剔除数据集中的非正常极端值，此处的非正常极端值指的是，在短时间内出现的，与其他数据偏差极大的数据值，非正常极端值产生的原因可能是检测装置出现误监测或者大气或水体中出现异常因素导致检测装置测量结果出现偏差，非正常极端值在计算时会影响整体环境数据，因此，需要在进行后续操作之前完成非正常极端值的剔除工作，完成数据集的优化，需要说明的是，所述优化数据集过程不单单包括非正常极端值的剔除，还包括其他对于后续计算产生有利后果的优化操作；

S203：以连续时间特征为基准，建立以数据集中的各个子集为连接点的连接线，如S201所述，以时间段划分时，需要满足相邻数据之间的采集时间具有连续性；以时间点划分时，需要规定相同的起始时间和截止时间，且每个时间点与相邻的时间点应当具有连续性，各个子集之间的连接线有利于计算机直观表现出该类型的环境资源数据的整体变化性；

S204：平滑连接线，建立该数据集中的所有子集随时间变化的曲线图，所述曲线图即为每一条连接线形成的整体后，平滑各个连接点（即该环境数据所生成的数据集中的子集），使得一段时间内的环境资源数据形成的图像为一条或多条能够直观反应环境变化的曲线，得到目标曲线图，有利于环境监测中心或其他能够进行环境监测工作的企业单位或个人直观了解到环境资源的整体变化，便于及时调整环境保护应对策略，采取相应措施；

S205：基于目标曲线图，得到所述数据集的变化量，所述变化量应能够从S204所述的曲线图中得出，变化量可以为正值、负值或0，变化量在数学中的表述可看作曲线中的某一点的斜率，如果变化量为正，则代表在一段连续时间内，所测量的该种环境数据为增长状态，在实际情况中，表现为检测装置测量到的某一种或几种对环境能够产生影响的有害物质的含量正不断增长，即代表该区域内相对应的环境总体质量正在降低；

基于所得的变化量，能够在该区域内进行环境数据的未来值预估，具体过程为：在时间跨度较大、所得数据有效且数量较多时，利用物联网及计算机的特性，对该环境数据的未来值进行预估，需要说明的是，该未来值相较于实际时间内所到达的实际未来值可能具有一定偏差，若该偏差为可接受范围内，便不影响本发明的整体运行；通过未来值生成预估曲线，将预估曲线与前述所提到的曲线图重合，得到该区域内的环境信息数据的未来变化趋势；

S206：当在预测过程中未来值会在某一时间超过预设阈值时，发出预警信息，需要说明的是，预设阈值应当在进行这些工作之前，通过二次处理单元进行设定。

本发明在数据服务模块中，以具有搭载软件程序功能的服务器为支撑，建立预处理单元、主机通信单元、端口通信单元及二次处理单元，其中，预处理单元用于对信息采集模块所采集到的各类数据进行分组并打包发送至后续单元进行处理，主机通信单元与端口通信单元在物联网层面建立起非相同局域网内的计算机之间以及检测装置与计算机之间的通信连接，同时端口通信单元还对每一个端口设定相对应的程序编号，以满足特定端口获取特定数据的要求，二次处理单元通过对同类型的数据进行处理，得出目标曲线图，基于目标曲线得到所述数据集的变化量，并对其进行未来值预估，当未来值在某一时间超过预设阈值时，发出预警信息。

需要说明的是，在本发明中，实体接口模块的作用在于连接信息采集模块（即各检测装置的统称）、服务器（具体表现为数据服务模块）以及设备（包括计算机设备以及其他智能化媒介），实体接口模块对数据本身不进行任何改动处理。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述均有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可参考其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其他的方式实现。其中，以上所描述的实施例仅仅为示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或者组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或者一些特征可以忽略，或不执行。

本发明所述的作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能可以集成在一个第一处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。