本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域，具體涉及一種大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的眾包收集方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，城市眾多，人口密集。但由于工業(yè)的發(fā)展，我們的很多城市都受到了不同程度的污染，尤其是空氣的污染，直接對(duì)我們?cè)斐蓚?人們疾病的發(fā)生率也逐年提高。空氣中的污染物主要是可吸入顆粒、二氧化硫、二氧化氮等物質(zhì)?？諝赓|(zhì)量的好壞反應(yīng)了空氣污染程度，它是依據(jù)空氣中污染物的高低來(lái)判斷的。

空氣污染是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，在特定時(shí)間和地點(diǎn)，空氣污染物濃度受到許多因素影響。來(lái)自固定和流動(dòng)污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質(zhì)量的最主要因素之一，其中包括車輛、船舶、飛機(jī)的尾氣、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)排放、居民生活和取暖、垃圾焚燒等，城市的發(fā)展密度、地形地貌和氣象等也是影響空氣質(zhì)量的重要因素。

空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)涉及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)、監(jiān)測(cè)人員資質(zhì)等因素，且需采取嚴(yán)格質(zhì)量控制和質(zhì)量保證措施。用一個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)一個(gè)區(qū)域的空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，是不科學(xué)的；用日均值來(lái)評(píng)價(jià)這個(gè)點(diǎn)一小時(shí)的狀況，不符合國(guó)際通行監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范，更不能反映整個(gè)城市空氣質(zhì)量狀況。通常，城市的空氣監(jiān)測(cè)都是在全城定點(diǎn)安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)全城的空氣監(jiān)測(cè)。這種監(jiān)測(cè)僅可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)城市幾個(gè)地點(diǎn)的精確監(jiān)測(cè)，但是對(duì)整個(gè)城市每個(gè)點(diǎn)每個(gè)時(shí)段的空氣污染度，都無(wú)法獲得精確實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)效果。從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，要獲得城市大密度的空氣污染監(jiān)測(cè)，從放置監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量和后期維護(hù)等方面也都是不現(xiàn)實(shí)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的眾包收集方法，該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全城市每個(gè)點(diǎn)的空氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且可以實(shí)現(xiàn)低功耗長(zhǎng)壽命周期工作，從而使得大氣環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得以實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明采用低功耗單片機(jī)atsam3u2c作為大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)的主處理器。低功耗單片機(jī)atsam3u2c處理系統(tǒng)包括微處理器模塊、電源模塊、氣體傳感器模塊、低功耗藍(lán)牙（bluetoothlowenergy，ble）模塊。具體實(shí)現(xiàn)方法是：

(1)將低功耗單片機(jī)atsam3u2c系統(tǒng)初始化，包括系統(tǒng)寄存器初始化、變量初始化、車載無(wú)線接收基站初始化。

(2)低功耗單片機(jī)atsam3u2c啟動(dòng)多個(gè)氣體傳感器工作，并周期性地采集多個(gè)氣體傳感器的數(shù)據(jù)，并保存。

(3)低功耗單片機(jī)atsam3u2c以極低占空比方式工作，并以有限狀態(tài)機(jī)方式周期循環(huán)地打開(kāi)ble模塊，并主動(dòng)連接在通信半徑內(nèi)的手機(jī)，建立數(shù)據(jù)鏈接；

(4)手機(jī)與大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)已存儲(chǔ)的多個(gè)氣體傳感器檢測(cè)的環(huán)境感知數(shù)據(jù)，并上傳到公共服務(wù)器實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享。

(5)重復(fù)進(jìn)行步驟(2)、(3)和(4)，完成大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的眾包收集。

本發(fā)明采用移動(dòng)手機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)的氣體傳感器數(shù)據(jù)收集。大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)可以是安裝在城市特定位置的固定節(jié)點(diǎn)，也可以是固定在公交車輛、出租車等移動(dòng)車輛上，也可以是固定在行人隨時(shí)攜帶的手機(jī)上。這樣，就克服了目前城市的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的局限性，只可以完成幾個(gè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。利用安裝了大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用服務(wù)軟件的移動(dòng)手機(jī)，當(dāng)該移動(dòng)手機(jī)進(jìn)入到大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)的通信半徑內(nèi)時(shí)，大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)通過(guò)主動(dòng)接觸感知方法檢測(cè)到該手機(jī)的存在并試圖建立連接。一旦連接成功，就可以完成大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)的多個(gè)氣體傳感器采集的數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)，實(shí)現(xiàn)基于手機(jī)的大氣環(huán)境節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的眾包手機(jī)。

本發(fā)明利用智能手機(jī)作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，智能手機(jī)具有很強(qiáng)的計(jì)算、感知和通信能力，如內(nèi)嵌麥克風(fēng)、攝像頭、加速度計(jì)、磁力計(jì)、gps等傳感器。由于其強(qiáng)大的在板計(jì)算能力、cpu、存儲(chǔ)空間和通信能力等，更多地被認(rèn)為是手持電腦；其次，智能手機(jī)是移動(dòng)的，提供固定大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)很難部署和維護(hù)地區(qū)域覆蓋，實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋，更適宜于監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境，如空氣質(zhì)量、城市噪音分布等；最后，智能手機(jī)具有人機(jī)交互智能，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)的位置服務(wù)，如路標(biāo)圖像提取、社交網(wǎng)絡(luò)等，并可實(shí)現(xiàn)眾包、參與式感知、社交協(xié)作等。

本發(fā)明提出采用ble作為無(wú)線通信技術(shù)，具有低功耗、模式快速切換等優(yōu)勢(shì)，克服了傳統(tǒng)藍(lán)牙在連接設(shè)置時(shí)需要幾秒鐘，同時(shí)能耗非常大。因此，本發(fā)明提出采用ble無(wú)線通信技術(shù)，以及大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)接觸感知技術(shù)，可以快速有效地完成手機(jī)的檢測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸。

整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)成本低，實(shí)用性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)在多種大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)合。

具體實(shí)施方式

大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采用低功耗單片機(jī)atsam3u2c做主處理器，通過(guò)主動(dòng)接觸感知技術(shù)探測(cè)已安裝了大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用服務(wù)軟件的移動(dòng)手機(jī)，并建立數(shù)據(jù)連接，完成每個(gè)物理點(diǎn)的空氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且可以實(shí)現(xiàn)低功耗長(zhǎng)壽命周期工作。具體實(shí)現(xiàn)方法是：

(1)將低功耗單片機(jī)atsam3u2c系統(tǒng)初始化，包括系統(tǒng)寄存器初始化、變量初始化、車載無(wú)線接收基站初始化。

低功耗單片機(jī)atsam3u2c作為大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)的主控制器，在實(shí)際工作中必須和手機(jī)建立連接才可以實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境感知系統(tǒng)工作。同時(shí)，主控制器也必須提前開(kāi)啟多個(gè)氣體傳感器進(jìn)行預(yù)熱，才可以正式開(kāi)始進(jìn)行空氣監(jiān)測(cè)。因此，必須在系統(tǒng)運(yùn)行的初始階段，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行所需的寄存器、ble模塊等參數(shù)進(jìn)行初始化，保證多個(gè)氣體傳感器正常啟動(dòng)。

(2)低功耗單片機(jī)atsam3u2c啟動(dòng)多個(gè)氣體傳感器工作，并周期性地采集多個(gè)氣體傳感器的數(shù)據(jù)，并保存。

為了完成空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，必須實(shí)時(shí)檢測(cè)到空氣中的二氧化硫、二氧化氮、pm10、pm2.5、臭氧、一氧化碳等空氣污染物的濃度。然而，氣體傳感器大多都是電化學(xué)原理的，因此需要幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行預(yù)熱才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，為了保證大氣傳感節(jié)點(diǎn)的低能耗，在沒(méi)有與手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)候，可以先把氣體傳感器采集的數(shù)據(jù)提前保存在大氣傳感節(jié)點(diǎn)中。當(dāng)大氣傳感節(jié)點(diǎn)與手機(jī)連接時(shí)，才將大氣傳感節(jié)點(diǎn)中的采集數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)。

(3)低功耗單片機(jī)atsam3u2c以極低占空比方式工作，并以有限狀態(tài)機(jī)方式周期循環(huán)地打開(kāi)ble模塊，并主動(dòng)連接在通信半徑內(nèi)的手機(jī)，建立數(shù)據(jù)鏈接；

為了延長(zhǎng)大氣傳感節(jié)點(diǎn)的生命周期、降低節(jié)點(diǎn)的能耗，大氣傳感節(jié)點(diǎn)采用極低占空比方式工作。大氣傳感節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)手機(jī)實(shí)現(xiàn)相互通信，需要在時(shí)間調(diào)度上進(jìn)行同步，即在相同的時(shí)刻都打開(kāi)著，然后進(jìn)行連接通訊。然而，實(shí)際應(yīng)用中，移動(dòng)手機(jī)的隨機(jī)不可控性，導(dǎo)致了移動(dòng)手機(jī)與大氣傳感節(jié)點(diǎn)的相互感知對(duì)方的存在并進(jìn)行時(shí)鐘同步、建立通信，即接觸感知，是非常困難的。

為了降低大氣傳感節(jié)點(diǎn)的能耗，提高大氣傳感節(jié)點(diǎn)的生命周期，本發(fā)明提出基于大氣傳感節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)接觸感知機(jī)制。大氣傳感節(jié)點(diǎn)通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)的工作方式，平常均處于“睡眠”狀態(tài)。當(dāng)感知時(shí)鐘周期到達(dá)時(shí)，大氣傳感節(jié)點(diǎn)從“睡眠”狀態(tài)進(jìn)入“連接”狀態(tài)，打開(kāi)ble模塊并試圖連接感知在通信半徑內(nèi)的手機(jī)。當(dāng)在ble模塊的感知半徑內(nèi)有打開(kāi)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用服務(wù)軟件的移動(dòng)手機(jī)時(shí)，則大氣傳感節(jié)點(diǎn)與手機(jī)建立數(shù)據(jù)通信，并進(jìn)入“傳輸”狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí)，大氣傳感節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)入“睡眠”模式，開(kāi)啟感知時(shí)鐘，準(zhǔn)備下一次手機(jī)探測(cè)感知。

(4)手機(jī)與大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)已存儲(chǔ)的多個(gè)氣體傳感器檢測(cè)的環(huán)境感知數(shù)據(jù)，并上傳到公共服務(wù)器實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享。

(5)重復(fù)進(jìn)行步驟(2)、(3)和(4)，完成大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的眾包收集。