本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端的多采樣率方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，我國汽車保有量越來越多，汽車排放的尾氣中的超細(xì)顆粒物急劇增加，已成為城市霧霾產(chǎn)生的主要原因。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車尾氣的排放，相繼出現(xiàn)了一些針對(duì)汽車尾氣的監(jiān)測(cè)方法。一般情況下，監(jiān)測(cè)終端的檢測(cè)部件以恒定的采樣頻率工作，這樣就有一個(gè)非常明顯的缺陷：當(dāng)?shù)缆飞宪嚵髁枯^大、車速較慢時(shí)，監(jiān)測(cè)終端的測(cè)量容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余的現(xiàn)象；當(dāng)?shù)缆飞宪嚵髁枯^小、車速過快時(shí)，監(jiān)測(cè)終端的測(cè)量容易出現(xiàn)較大的滯后，嚴(yán)重時(shí)甚至測(cè)量不出汽車尾氣的真實(shí)參數(shù)；而當(dāng)?shù)缆飞蠠o車流時(shí)，監(jiān)測(cè)終端則會(huì)進(jìn)行無效采樣，進(jìn)而加大設(shè)備功耗、加速設(shè)備老化、縮短設(shè)備使用壽命等。測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性是監(jiān)測(cè)設(shè)備正常工作的重要指標(biāo)，而設(shè)備的功耗和使用壽命則影響到設(shè)備的投入成本。一種應(yīng)用于汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端的多采樣率方法，實(shí)現(xiàn)了汽車尾氣監(jiān)測(cè)方法的改進(jìn)，對(duì)提高設(shè)備測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性、減少設(shè)備使用成本以及延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命具有重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是為了提高汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端測(cè)量的準(zhǔn)確率、降低監(jiān)測(cè)終端的功耗以及延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提出了一種應(yīng)用于汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端的多采樣率方法。

該方法所基于的裝置包括道路監(jiān)控?cái)z像頭、尾氣檢測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、gprs無線模塊、數(shù)據(jù)分析中心和主控制器。具體方案如下：

所述的道路監(jiān)控?cái)z像頭，用支架固定在道路上空，用來檢測(cè)道路上的車流量q和車速v。其中，車流量每隔1小時(shí)測(cè)量一次。道路監(jiān)控?cái)z像頭通過數(shù)據(jù)接口與主控制器相連，為后面的數(shù)據(jù)智能分析提供原始數(shù)據(jù)。

所述的尾氣檢測(cè)傳感器通過數(shù)據(jù)接口與主控制器相連，用于檢測(cè)汽車尾氣數(shù)據(jù)。

所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過數(shù)據(jù)接口與主控制器相連，用于存儲(chǔ)道路監(jiān)控?cái)z像頭采集到的車流量、車速數(shù)據(jù)以及汽車尾氣數(shù)據(jù)。

所述的gprs無線模塊，用來把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的車流量數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)分析中心；數(shù)據(jù)分析中心預(yù)測(cè)出的車流量低谷期時(shí)間段數(shù)據(jù)也由gprs模塊下傳至監(jiān)測(cè)終端。

所述的數(shù)據(jù)分析中心，用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析車流量數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出車流量低谷期時(shí)間段。

所述的主控制器負(fù)責(zé)調(diào)度系統(tǒng)各模塊，控制監(jiān)測(cè)終端的休眠與喚醒，自動(dòng)調(diào)節(jié)汽車尾氣傳感器的采樣率，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車尾氣的多采樣率監(jiān)測(cè)。

該方法具體包括以下步驟：

步驟一：汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端每隔1km放置于道路一側(cè)，道路監(jiān)控?cái)z像頭用支架固定在道路正上方。道路監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)時(shí)檢測(cè)車流量和車速，獲得的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。其中，車流量每隔1小時(shí)測(cè)量一次。監(jiān)測(cè)終端在正常監(jiān)測(cè)模式下，每隔1天，車流量數(shù)據(jù)qi(i＝1,2，...，24)通過gprs無線模塊上傳至數(shù)據(jù)分析中心。

步驟二：數(shù)據(jù)分析中心接收到各監(jiān)測(cè)終端上傳的車流量數(shù)據(jù)后，只保留各監(jiān)測(cè)終端前30天的車流量數(shù)據(jù)，并采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析前30天的車流量數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出接下來一天可能出現(xiàn)的車流量低谷期時(shí)間段t1、t2、t3、...、tn。車流量低谷期的閾值取k＝20輛/小時(shí)。當(dāng)某個(gè)監(jiān)測(cè)終端devicex(x＝1,2，...，n)所在路段的車流量q大于或等于閾值k時(shí)，數(shù)據(jù)分析中心認(rèn)為該監(jiān)測(cè)終端所在道路的車流量在此段時(shí)間內(nèi)不處于低谷期；當(dāng)監(jiān)測(cè)終端devicex(x＝1,2，...，n)所在路段的車流量q小于閾值k時(shí)，數(shù)據(jù)分析中心認(rèn)為該監(jiān)測(cè)終端所在道路的車流量在此段時(shí)間內(nèi)處于低谷期。數(shù)據(jù)分析中心將預(yù)測(cè)得到的車流量低谷期時(shí)間段t1、t2、t3、...、tn這些時(shí)間數(shù)據(jù)，通過gprs無線模塊下傳至相應(yīng)的監(jiān)測(cè)終端。

步驟三：監(jiān)測(cè)終端devicex(x＝1,2，...，n)不處于車流量低谷期時(shí)間段時(shí)，由于車流量較大，監(jiān)測(cè)終端在完成對(duì)一輛汽車的尾氣監(jiān)測(cè)后，終端系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)，而是一直處于正常監(jiān)測(cè)狀態(tài)。對(duì)駛來的每一輛汽車，當(dāng)汽車進(jìn)入有效測(cè)速區(qū)s1時(shí)，道路監(jiān)控?cái)z像頭測(cè)得該車行駛速度為v，并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；當(dāng)汽車進(jìn)入尾氣有效檢測(cè)區(qū)s2時(shí)，監(jiān)測(cè)終端主控制器根據(jù)該車速度v自動(dòng)計(jì)算出采樣頻率f，并以采樣頻率f對(duì)該車尾氣進(jìn)行采樣。采樣頻率f的計(jì)算方法如下：汽車尾氣傳感器有效檢測(cè)距離記為l，則汽車通過尾氣有效檢測(cè)區(qū)域s2的時(shí)間t＝l/v。設(shè)定汽車尾氣傳感器對(duì)每輛汽車尾氣的采樣次數(shù)為n，則相應(yīng)的采樣頻率f＝n/t，f＝n·v/l。采樣獲得的尾氣數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。

步驟四：監(jiān)測(cè)終端devicex(x＝1,2，...，n)處于車流量低谷期時(shí)間段時(shí)，啟動(dòng)低功耗模式。低功耗模式下，監(jiān)測(cè)終端每完成對(duì)一輛汽車的尾氣監(jiān)測(cè)后，立即進(jìn)入休眠狀態(tài)。監(jiān)測(cè)終端處于休眠狀態(tài)時(shí)，只有道路監(jiān)控?cái)z像頭保留檢測(cè)車流量這一功能，其余各功能模塊全部停止工作。當(dāng)該監(jiān)測(cè)終端的道路監(jiān)控?cái)z像頭檢測(cè)到有車經(jīng)過時(shí)，立即喚醒該監(jiān)測(cè)終端，監(jiān)測(cè)終端devicex的所有功能模塊切換到正常監(jiān)測(cè)模式。在完成對(duì)該汽車尾氣的測(cè)量后，再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。

本發(fā)明將會(huì)產(chǎn)生如下效益：

一種應(yīng)用于汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端的多采樣率方法，實(shí)現(xiàn)了汽車尾氣監(jiān)測(cè)方法的改進(jìn)，既消除了汽車車速較慢時(shí)監(jiān)測(cè)終端測(cè)量產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，又克服了汽車車速較快時(shí)監(jiān)測(cè)終端測(cè)量產(chǎn)生的數(shù)據(jù)滯后現(xiàn)象。監(jiān)測(cè)終端的低功耗模式，降低了設(shè)備的功耗，繼而減少了設(shè)備使用成本、延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。該方法對(duì)汽車尾氣參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性的提高和監(jiān)測(cè)終端使用壽命的延長(zhǎng)具有重大的意義。

附圖說明

以下內(nèi)容是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案中所用到的附圖的簡(jiǎn)單說明：

圖1為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)終端的布局示意圖；

圖2為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)終端的監(jiān)測(cè)區(qū)域示意圖；

圖3為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)終端的各模塊連接示意圖；

圖4為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)終端與數(shù)據(jù)分析中心的數(shù)據(jù)傳輸示意圖；

圖5為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)終端實(shí)現(xiàn)多采樣率的流程圖；

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)具體的說明。

如圖1所示，汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端device1、device2...devicen每隔1km放置于道路一側(cè)。

如圖2所示，道路監(jiān)控?cái)z像頭用支架固定在道路正上方。下面僅以一個(gè)車道的監(jiān)測(cè)為例做詳細(xì)說明：道路監(jiān)控?cái)z像頭前方s1區(qū)域?yàn)橛行y(cè)速區(qū)域，汽車在s1區(qū)域內(nèi)道路監(jiān)控?cái)z像頭測(cè)得該車的車速v；道路監(jiān)控?cái)z像頭背面s2區(qū)域?yàn)槠囄矚鈧鞲衅鞯挠行z測(cè)區(qū)域，汽車在s2區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)終端用計(jì)算得到的采樣頻率f對(duì)汽車尾氣進(jìn)行采樣。

如圖3所示，每個(gè)監(jiān)測(cè)終端包括道路監(jiān)控?cái)z像頭、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、gprs無線模塊以及主控制器。道路監(jiān)控?cái)z像頭通過數(shù)據(jù)接口與主控制器相連，為后來的數(shù)據(jù)分析提供原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過數(shù)據(jù)接口與主控制器相連，用于存儲(chǔ)道路監(jiān)控?cái)z像頭采集到的車流量q和車速v這兩類數(shù)據(jù)。gprs無線模塊，用來把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的車流量數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)分析中心；數(shù)據(jù)分析中心預(yù)測(cè)出的車流量低谷期時(shí)間段數(shù)據(jù)也由gprs模塊下傳至監(jiān)測(cè)終端。

如圖4所示，汽車尾氣監(jiān)測(cè)終端device1、device2...devicen與數(shù)據(jù)分析中心通過gprs無線模塊相互進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

如圖5所示：以一個(gè)監(jiān)測(cè)終端為例，正常監(jiān)測(cè)模式下，監(jiān)測(cè)終端device1的道路監(jiān)控?cái)z像頭每隔1小時(shí)獲取一次車流量數(shù)據(jù)qi。每隔1天，車流量數(shù)據(jù)qi(i＝1,2，...，24)通過gprs無線模塊上傳至數(shù)據(jù)分析中心。數(shù)據(jù)分析中心接收到監(jiān)測(cè)終端device1上傳的車流量數(shù)據(jù)后，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析前30天的流量數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出接下來一天可能出現(xiàn)的車流量低谷期時(shí)間段t1、t2、t3、...、tn。車流量低谷期的閾值取k＝20輛/小時(shí)。當(dāng)某個(gè)監(jiān)測(cè)終端device1所在路段的車流量q大于或等于閾值k時(shí)，數(shù)據(jù)分析中心認(rèn)為該監(jiān)測(cè)終端所在道路的車流量在此段時(shí)間內(nèi)不處于低谷期；當(dāng)監(jiān)測(cè)終端device1所在路段的車流量q小于閾值k時(shí)，數(shù)據(jù)分析中心認(rèn)為該監(jiān)測(cè)終端所在道路的車流量在此段時(shí)間內(nèi)處于低谷期。數(shù)據(jù)分析中心將預(yù)測(cè)得到的車流量低谷期時(shí)間段t1、t2、t3、...、tn這些時(shí)間數(shù)據(jù)通過gprs無線模塊下傳至監(jiān)測(cè)終端device1。

當(dāng)監(jiān)測(cè)終端device1不處于車流量低谷期時(shí)間段時(shí)，由于車流量較大，監(jiān)測(cè)終端在完成對(duì)一輛汽車的尾氣監(jiān)測(cè)后，終端系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)，而是等待測(cè)量下一輛汽車。對(duì)駛來的每一輛汽車，當(dāng)汽車進(jìn)入監(jiān)測(cè)終端device1的有效測(cè)速區(qū)s1時(shí)，道路監(jiān)控?cái)z像頭測(cè)得該車行駛速度為v，并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；當(dāng)汽車進(jìn)入監(jiān)測(cè)終端device1的尾氣有效檢測(cè)區(qū)s2時(shí)，監(jiān)測(cè)終端device1的主控制器根據(jù)該車速度v自動(dòng)計(jì)算出采樣頻率f，并以采樣頻率f對(duì)該車尾氣進(jìn)行采樣。

采樣頻率f的計(jì)算方法如下：汽車尾氣傳感器有效檢測(cè)距離設(shè)定為l＝1m，假定該汽車車速v＝50km/h，則該汽車通過尾氣有效檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間t＝l/v＝0.72s。設(shè)定汽車尾氣傳感器對(duì)每輛汽車尾氣的采樣次數(shù)n＝1000次，則相應(yīng)的采樣頻率f＝n/t，f＝13.89khz。

當(dāng)監(jiān)測(cè)終端device1處于車流量低谷期時(shí)間段(比如凌晨?jī)牲c(diǎn)至凌晨三點(diǎn))時(shí)，監(jiān)測(cè)終端device1啟動(dòng)低功耗模式。低功耗模式下，監(jiān)測(cè)終端device1每完成對(duì)一輛汽車的尾氣監(jiān)測(cè)后，立即進(jìn)入休眠狀態(tài)。休眠狀態(tài)下，只有道路監(jiān)控?cái)z像頭保留檢測(cè)車流量這一功能，其余各功能模塊全部停止工作。當(dāng)監(jiān)測(cè)終端device1的道路監(jiān)控?cái)z像頭檢測(cè)到有車經(jīng)過時(shí)，監(jiān)測(cè)終端device1被喚醒，它的所有功能模塊切換到正常監(jiān)測(cè)模式。在完成對(duì)該汽車尾氣的測(cè)量后，再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。