本發(fā)明創(chuàng)造涉及霧霾治理領(lǐng)域，具體涉及無人機(jī)霧霾檢測消除系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，治理PM2.5細(xì)顆粒引起的霧霾的技術(shù)方案包括從地面車輛向空氣中噴發(fā)消霧顆粒、搬遷城市周圍排污企業(yè)、減少車輛牌照的發(fā)放速度，但是前者除霧范圍有限，后面兩種方式無法短期達(dá)到效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供無人機(jī)霧霾檢測消除系統(tǒng)。

本發(fā)明創(chuàng)造的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

無人機(jī)霧霾檢測消除系統(tǒng)，包括管理中心和設(shè)置于無人機(jī)上的霧霾檢測消除系統(tǒng)，所述霧霾檢測消除系統(tǒng)包括霧霾信息采集子系統(tǒng)、霧霾信息傳送子系統(tǒng)、巡航控制器和顆粒噴灑子系統(tǒng)，所述霧霾信息采集子系統(tǒng)用于采集霧霾信息并通過霧霾信息傳送子系統(tǒng)將霧霾信息傳送至管理中心，所述管理中心對霧霾信息進(jìn)行分析處理，并將分析處理結(jié)果無線傳送至顆粒噴灑子系統(tǒng)；所述顆粒噴灑子系統(tǒng)用于根據(jù)所述分析處理結(jié)果進(jìn)行消霧顆粒的噴灑；所述巡航控制器通過無線方式接收管理中心發(fā)送的巡航位置，并控制所述無人機(jī)飛行到所述巡航位置。

本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果：借用無人機(jī)的平臺，賦予霧霾檢測消除系統(tǒng)靈活性和寬覆蓋率，能夠有效地消除大范圍預(yù)定領(lǐng)域的PM2.5霧霾，治理效果立竿見影，防止城市空氣污染進(jìn)一步惡化。

附圖說明

利用附圖對發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明創(chuàng)造的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接示意圖；

圖2是霧霾信息傳送子系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

霧霾信息采集子系統(tǒng)1、霧霾信息傳送子系統(tǒng)2、巡航控制器3、顆粒噴灑子系統(tǒng)4、數(shù)據(jù)修正模塊21、濾波處理模塊22、數(shù)據(jù)壓縮模塊23、數(shù)據(jù)傳送模塊24。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1、圖2，本實(shí)施例的無人機(jī)霧霾檢測消除系統(tǒng)，包括管理中心和設(shè)置于無人機(jī)上的霧霾檢測消除系統(tǒng)，所述霧霾檢測消除系統(tǒng)包括霧霾信息采集子系統(tǒng)1、霧霾信息傳送子系統(tǒng)2、巡航控制器3和顆粒噴灑子系統(tǒng)4，所述霧霾信息采集子系統(tǒng)1用于采集霧霾信息并通過霧霾信息傳送子系統(tǒng)2將霧霾信息傳送至管理中心，所述管理中心對霧霾信息進(jìn)行分析處理，并將分析處理結(jié)果無線傳送至顆粒噴灑子系統(tǒng)4；所述顆粒噴灑子系統(tǒng)4用于根據(jù)所述分析處理結(jié)果進(jìn)行消霧顆粒的噴灑；所述巡航控制器3通過無線方式接收管理中心發(fā)送的巡航位置，并控制所述無人機(jī)飛行到所述巡航位置。

優(yōu)選的，所述霧霾信息包括空氣中PM2.5的濃度、氣溫。

優(yōu)選的，所述顆粒噴灑子系統(tǒng)4包括用于噴灑消霧顆粒的顆粒噴灑槍。

本發(fā)明上述實(shí)施例借用無人機(jī)的平臺，賦予霧霾檢測消除系統(tǒng)靈活性和寬覆蓋率，能夠有效地消除大范圍預(yù)定領(lǐng)域的PM2.5霧霾，治理效果立竿見影，防止城市空氣污染進(jìn)一步惡化。

優(yōu)選的，所述霧霾信息傳送子系統(tǒng)2包括數(shù)據(jù)修正模塊21、濾波處理模塊22、數(shù)據(jù)壓縮模塊23、數(shù)據(jù)傳送模塊24；所述數(shù)據(jù)修正模塊21用于對霧霾信息采集子系統(tǒng)1采集的霧霾信息進(jìn)行修正，從而消除環(huán)境因素對數(shù)據(jù)采集的影響；所述濾波處理模塊22用于對霧霾信息進(jìn)行濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)選擇性地發(fā)送霧霾信息至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭；所述數(shù)據(jù)壓縮模塊23用于采用改進(jìn)的主成分分析算法對簇頭的霧霾信息進(jìn)行壓縮處理；所述數(shù)據(jù)傳送模塊24用于根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將簇頭的壓縮數(shù)據(jù)傳送至控制中心4。

本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了霧霾信息傳送子系統(tǒng)2，實(shí)現(xiàn)了霧霾信息的有效處理和傳輸，保證管理中心能夠?qū)崟r(shí)對霧霾信息進(jìn)行分析處理。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)修正模塊21用于對采集時(shí)受到溫度影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理，并對傳感器異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，其中對采集時(shí)受到溫度影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理的修正公式為：

式中，Α為修正后的數(shù)據(jù)，Α′為修正前的原始數(shù)據(jù)，T₀為傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)溫度，T為傳感器使用時(shí)實(shí)際環(huán)境溫度；

其中，所述對傳感器異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，包括：

(2)設(shè)傳感器的采樣速率為v，則傳感器獲取連續(xù)i個(gè)測量數(shù)據(jù)所需的時(shí)間

(2)采樣過程中當(dāng)獲取i個(gè)測量數(shù)據(jù)所需時(shí)間為t′，設(shè)時(shí)間門限下限值為0.95t，時(shí)間門限上限值為2.05t，當(dāng)t′＜0.95t或t′＞2.05t時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)生異常，對落入時(shí)間門限下限值或時(shí)間門限上限值外的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。

作為另一優(yōu)選實(shí)施例，所述對傳感器異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，包括：

(2)設(shè)傳感器某時(shí)刻采樣數(shù)據(jù)為E_i、選取該時(shí)刻前后各五個(gè)采樣數(shù)據(jù)作為窗口，求取窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值去掉窗口內(nèi)數(shù)據(jù)E_i，再次求取窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值

(2)若滿足則該采樣數(shù)據(jù)判定為異常，數(shù)據(jù)修正模塊21進(jìn)一步剔除該異常的數(shù)據(jù)。

上述優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)修正模塊21，通過對采集的霧霾信息進(jìn)行修正、檢測，進(jìn)一步提高了交通燈控制的精度。

優(yōu)選地，所述對霧霾信息進(jìn)行濾波處理，具體包括：去除沒有落入傳感器讀數(shù)的有效范圍內(nèi)的霧霾信息；對剩余的霧霾信息，設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)A在時(shí)刻k采集的數(shù)據(jù)樣本為x(k)，對傳感器節(jié)點(diǎn)A和所述簇頭采用相同參數(shù)的改進(jìn)的LMS預(yù)測算法得到x(k)的預(yù)測值l(f)，設(shè)定只有滿足下列判定函數(shù)時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)A發(fā)送x(k)給簇頭，否則將x(k)丟棄：

[U(f)²-l(f)²]^1/2-T_l≥0

式中，U(f)為時(shí)刻k的期望值，l(f)為所述改進(jìn)的預(yù)測算法的預(yù)測值，T_l為設(shè)定的誤差閾值；

設(shè)定所述簇頭判斷是否滿足上述判定函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)為在給定的一個(gè)時(shí)間間隔ω內(nèi)是否收到來自傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)樣本x(k)，ω的取值范圍設(shè)定為[2s，4s]；

其中所述改進(jìn)的LMS預(yù)測算法為：

定義X(k)為傳感器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)由f-α?xí)r刻到f-1時(shí)刻的數(shù)據(jù)流，X(k)＝[x(f-1)，...，x(f-α)]^T，計(jì)算預(yù)測值l(f)：

l(f)＝[q₁(f)，q₂(f)，...，q_α(f)]^T·[x(f-1)，...，x(f-α)]^T

式中，q₁(f)，q₂(f)，...，q_α(f)分別為時(shí)刻k時(shí)對應(yīng)于(f-1)，...，x(f-α)的權(quán)值系數(shù)；

設(shè)M(f)＝q₁(f)，q₂(f)，...，q_α(f)，則設(shè)定權(quán)值更新公式為：

M(f+1)＝U(f)X(k)[Λ⁺-M^T(f)]+M(f)

式中，Λ⁺為X(k)X^T(k)的Moore-Penrose廣義逆。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置濾波處理模塊22，對由霧霾信息采集子系統(tǒng)1的各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的霧霾信息進(jìn)行濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)選擇性地發(fā)送霧霾信息至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭，減少了數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)到簇頭的發(fā)送量，進(jìn)一步降低了霧霾信息傳送子系統(tǒng)25中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗。

優(yōu)選的，還可以在濾波處理單元12和數(shù)據(jù)壓縮單元13之間設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)單元，所述數(shù)據(jù)保護(hù)單元用于對可以發(fā)送至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行部分加密后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的保護(hù)，具體為：

設(shè)可以發(fā)送至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭的數(shù)據(jù)為U_i(i＝1,2,…n)，隨即選取U_i的子集U_j(j＝1,2,…m)作為特殊數(shù)據(jù)，其中m<n，此時(shí)數(shù)據(jù)劃分為U_j和U_i-U_j兩部分，在數(shù)據(jù)發(fā)送前，對U_j部分的數(shù)據(jù)按照預(yù)先設(shè)定的加密方式進(jìn)行加密處理并標(biāo)記后，再將加密后U_j和未加密的U_i-U_j兩部分?jǐn)?shù)據(jù)以及包含標(biāo)記信息的文本傳送至數(shù)據(jù)壓縮處理單元。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)單元，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的保護(hù)。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述管理中心在某單位時(shí)間段[0,t]接收來自簇頭I的對應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)的數(shù)量Φ(I,t)需滿足下列度量條件：

式中，為設(shè)定的簇頭I的表征其第i個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)重要程度的權(quán)值，Κ_I為簇頭I內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，T_H為設(shè)定的度量閾值。

本優(yōu)選實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)從較為重要的簇頭中接收較多的霧霾信息，保證了霧霾信息傳輸?shù)男实耐瑫r(shí)，提高了霧霾信息傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述改進(jìn)的主成分分析算法具體包括：

(1)采用K-means聚類算法對簇頭的霧霾信息進(jìn)行聚類，獲得多個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)集；

(2)設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)集K＝[f₁,f₂,…,f_m]^T∈R^δ×N，其中P表示離散的時(shí)間域，N表示在該數(shù)據(jù)集內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，則K的列向量表示在一個(gè)常規(guī)時(shí)間域δ內(nèi)從每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)B(1≤B≤δ)處獲得的原始數(shù)據(jù)；

(3)對數(shù)據(jù)集進(jìn)行中心化處理，得到一個(gè)新的數(shù)據(jù)矩陣G_new：

(4)計(jì)算N×N的協(xié)方差矩陣D，并將D中的單位特征向量按照對應(yīng)的特征值大小由高到低排列組成N×N的矩陣Ψ：

(5)計(jì)算主成分矩陣G：

G＝G_newΨ

(6)計(jì)算前R(R<N)個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率：

式中，V_i為由高到低排列的第i個(gè)特征值；

(7)最終獲得數(shù)據(jù)集維度為R的數(shù)據(jù)集。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)壓縮模塊23，采用改進(jìn)的主成分分析算法對簇頭的霧霾信息進(jìn)行壓縮處理，提高了霧霾信息傳送子系統(tǒng)25中數(shù)據(jù)壓縮處理的速度，且在滿足霧霾信息精度的同時(shí)，依據(jù)霧霾信息的冗余程度，降低了簇頭和終端之間的數(shù)據(jù)通信量，從而減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信負(fù)載，進(jìn)一步提高霧霾信息傳送的精度和速度。

基于上述實(shí)施例，發(fā)明人進(jìn)行了一系列測試，以下是進(jìn)行測試得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。