一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法

摘要

本发明介绍了一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法，包括第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块、第四供电模块、环境图像采集模组、环境参数采集模组、内部数据采集模组、数据收集上传系统模块、云端平台；所述第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块、第四供电模块分别为环境图像采集模组、环境参数采集模组、内部数据采集模组、数据收集上传系统模块供电；所述数据收集上传系统模块与云端平台连接。本发明提高了研究人员分析煤气化渣改性过程分析的科学性；实现了24小时不间断数据采集和数据上传，也保证了本系统能够长期稳定运行，大大提高工作效率，同时大大减少了能源浪费以及人力物力的投入。

说明书

技术领域

本发明属于环境监测领域，具体涉及一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法。

背景技术

随着煤化工技术的大规模推广，煤气化过程中的残留废物需要直接流出排渣口，冷却后形成了固体残渣，其数量越来越大，造成了严重的环境污染和土地资源浪费，同时对煤气化企业的可持续发展造成不利影响。虽然煤气化渣在自然环境下会被慢慢改良，其性能越来越接近自然土壤，从而不再污染周围的土壤、作物和环境，如利用植物栽培手段是改良煤气化渣的一种重要手段，在植物生长过程中，煤气化渣的性能就会随之被改良。在改良过程中，煤气化渣特性的变化主要体现在其相关参数的变化中，但这是一个漫长的过程。所以，在人工的介入和利用科技手段获得煤气化渣堆积附近的环境参数以及煤气化渣在改性过程中的特征变化参数、对于减少煤气化渣污染意义重大。

目前相关研究人员对煤气化渣的研究，主要是通过利用仪器对样品进行测定，分析其化学组成；或者利用手持设备现场进行测量，获得气化渣内部温度、水分含量、附近空气中颗粒物等参数，进而对煤气化渣特性以及环境影响进行分析。例如赵永斌、吴辉等人在《煤气化残渣的基本特性研究》中，采用美国Micromeritics公司AccuPycII 1340型全自动真密度仪测试气化残渣的真密度；采用FEI公司Nova Nano SEM 450型场发射扫描电子显微镜观察气化残渣的微观形貌；采用日本理学ZSX Primus IIX型X射线荧光光谱仪进行测试气化残渣的化学成分。利用日本理学RINT2000型X射线衍射(XRD)仪对气化残渣的矿物学性质进行表征，得知煤气化残渣的化学成分主要由SiO

对于煤气化渣的现场检测方面目前还没有发现更多的监测方法和设备，而对于矿区或者大气环境的监测已有人做了不少发明，例如中国专利CN211505866U公开了一种用于矿山地质环境监测的装置，包括运动载体、固定在运动载体上的箱体和收发天线装置、以及固定在箱体内部的主机、发射机和接收机；所述运动载体包括支撑板、设置在支撑板一侧的推拉杆以及设置在支撑板底部的四个减震车轮装置；通过在支撑板的箱体安装基座上表面设置减震缓冲层和在支撑板底部设置减震车轮装置，实现了有效的减震防护，防止矿山地质环境监测装置颠簸受损，延长了装置的使用寿命；通过在支撑板上开设布线槽，将电缆设置在布线槽内，能够有效防止野外作业时路面障碍物钩挂、破坏电缆；当遇到上下陡坡时，还可以通过第一旋转装置调节推拉杆的角度至方便推拉位置，提高了运动载体的使用灵活性，节省人力。

中国CN209373105U公开了一种用于矿山地质环境监测的便携式探地雷达数据采集装置，包括壳体、集成在所述壳体内部的数据采集装置、安装在所述壳体底部的收发天线装置和旋转折叠支架；所述数据采集装置包括电源、中央处理器、发射机、接收机和数据传输装置。通过在壳体内集成最基本的数据采集设备，实现地质环境监测目标区域内的电磁波信号采集，再通过所述数据传输装置传输至外部数据处理设备进行处理。本实用新型通过将数据采集设备和外部数据处理设备分离设置，最大程度简化了便携式探地雷达数据采集装置结构，减小了携带设备的体积和重量；所述旋转折叠支架可收纳在所述壳体底部，进一步精简了数据采集装置体积，便于野外作业时携带使用。

虽然以上测试或监测方法都也能够在一定程度上获得研究人员所需的各种数据。但是由于信息技术发展水平不足、相关研究人员知识结构受限等不同原因，上述方法也存在明显的缺点，表现为：①人工测试方法往往只能获得几个离散的数据点，不能获得大量数据，对分析煤气化渣性能改良情况的掌握，环境影响评估极为不利；更重要的是不能获得自然环境下煤气化渣的改良情况。②即便能够利用设备存储监测数据，也不能随时随地查看监测数据，而且对煤气化渣内部或者周围环境监测的数据量也非常少，不能全面说明煤气化渣性能改良情况。③研究人员利用监测存储设备获得数据后，对历史监测数据分析过程中只能根据历史天气预报中的天气状况进行参考分析，煤气化渣场附近的天线信息。④当前所有的监测设备即便能够获得数据，也都是将数据保存在设备内部，当出现极端情况设备损坏时，设备内部保存的历史数据都将消失，一切工作前功尽弃。⑤当前各类监测设备基本都是利用电池供电获得在实验室内部实验时采用市电供电，虽然电池供电的设备能够在野外运行，但是需要人工频繁的更换电池保证系统的持续运行。

因此，如何解决以上现有技术中的不足，解决煤气化渣改良研究中的关键问题，是一件亟待解决的事情，具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供是一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法及其使用方法。

针对上述现有技术中的缺陷或不足，本发明智慧监测系统采用部分现有技术的内容，通过组合式创新性地将各种没有应用于煤气化渣性能改良的技术应用其中，目的有：

①本发明利用无线传感网技术采集煤气化渣堆积场不同地点处大气环境数据参量。由于煤气化企业产生大量的煤气化渣固废，煤气化渣堆积场附近不同区域大气环境参量数据可能不同，而利用无线传感器网可以比较容易获得不同区域的大气环境数据，还可以获得纯自然环境下煤气化渣堆积场内部和周围大气环境长期参数。

②本发明通过无线传感器网获取之后，利用数据收集上传系统模块的无线数据传输功能，将数据实时上传到云端平台，直接将上传到云端的数据保存在云端，改变了传统监测设备数据的存储方式，提高了数据的可靠性；而且上传到云端的数据可以在任一联网的计算机中查看，可以随时观察煤气化渣场附近各种数据的变化情况。

③本发明通过供电模块给煤气化渣堆积场数据收集上传系统模块、内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组分别供电，实现了24小时不间断数据采集和数据上传，保证了采集数据的不间断，大大提高工作效率。

④本发明通过对煤气化渣场附近进行周期性地图像采集，将其作为环境数据的一部分，再通过数据收集上传系统模块上传到云端平台，进而作为后续数据分析中可以参考的重要资料，为数据分析整理大大提供便利。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种基于云计算的煤气化渣堆积场环境影响智慧监测系统是一种组合式发明创造，该智慧监测系统包括第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块、第四供电模块、内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组、数据收集上传系统模块、云端平台。

值得注意的是，上述模块中的部分技术虽然在其他领域或者相邻领域中已经存在，但是这些技术没有应用在煤气化渣领域，同时，这些其他领域中存在的技术在本发明中应用于煤气化渣场监测中进一步应用了新的技术。

优选地，上述功能模块中，云端平台在本发明中只需要一个，其余模块都可以包含两个或者两个以上。

所述第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块、第四供电模块在结构上分别采用发电板加蓄电池结构，发电板产生的电能首先存储在蓄电池中，蓄电池再向各模块供电；主要为内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组、数据收集上传系统模块提供能量。

所述内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组均是一种无线传感器模块，在结构组成上采用核心处理芯片加传感器的方式，核心处理芯片连接多种数据采集传感器；

所述核心处理芯片将传感器采集到的数据利用时分复用方式无线传输到煤气化渣场附近的数据收集上传系统模块；

优选地，所述无线传感器模块主要采集的数据包括三大种类，分别为煤气化渣场内部特征参数(煤气化渣场内部温度、湿度、酸碱度

优选地，第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块、内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组共同组成一套功能完整且能够24小时不间断运行的无线数据采集系统；

优选地，内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组，分别将采集到的数据通过无线传输方式实时传给数据上传系统模块，连接传感器的设备并不保存数据。

所述数据上传系统模块是部署在煤气化渣场附近的独立模块，其功能有收集煤气化渣场附近无线传感器采集的各种数据，并且对数据进行简单处理，最后通过4G或者5G无线通信网络将数据传输到云端平台。

优选地，数据上传系统模块可以采用嵌入式单片机加无线信号收发器件组成，嵌入式单片机可以用51单片机、Arduino单片机或者STM32单片机等；

优选地，数据上传系统模块和第四供电模块能够组成在任何野外进行数据收集和处理的系统。

所述云端平台主要作用是显示和保存传感器采集数据；

优选地，本发明监测系统可任意使用阿里云、中移物联的onenet云、百度云、华为云等其中任一个云端平台；

优选地，云端平台的数据显示分为实时数据显示和历史数据显示两部分。实时数据显示采用表盘指针式，历史数据显示采用直角坐标轴方式，坐标横轴表示时间，纵轴表示具体采集数据；

优选地，除了保存传感器采集的数据之外，研究人员也能够从云端下载任何一个保存在云端平台的数据。

优选地，数据收集上传系统模块将获得的传感器采集数据通过无线移动通信网络上传到云端平台。

本申请的优点和效果如下：

(1)本发明所涉及的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统，其中所第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块、第四供电模块能够满足在各个没有市电供应的地区进行对其他实现24小时模块供电，极大的减少了能源浪费以及人力和物力的投入；也保证了本系统能够长期稳定运行，源源不断获得大量数据。

(2)本发明涉及一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统，其中包括在煤气化渣堆积场附近部署数据收集上传系统模块，通过内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组完成对煤气化渣场附近数据的收集，然后发送给数据收集上传系统模块，最后通过无线移动通信网络将收集到的数据上传到云端平台。即便本地设备遭受破坏，也不影响前期采集的数据，提高了监测设备应对极端自然灾害的能力；同时，还可以便于研究人员及时查看采集数据。

(3)本发明的智慧监测系统通过太阳能供电模块供电，可以与内部数据采集模组、环境参数采集模组、环境图像采集模组能够共同组成一套功能完整且能够24小时不间断运行的无线数据采集系统；也可以与数据上传系统模块组成在任何野外进行数据收集和处理的系统，分别能够实现24小时不间断数据采集和数据上传。

(4)本发明所涉及的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法，利用无线传感网技术采集煤气化渣堆积场不同点处大气环境数据参量作为样本点数据，能够较全面地了解煤气化渣对环境的影响；本技术在煤气化渣的相关研究中是全新的技术手段，能够极大地推动煤气化渣人工改良进程，缩短改性时间。

(5)本发明所述一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法，所述图像数据采集模组每隔一定时间，进行周期性地采集煤气化渣堆积场附近的图像数据，将采集到的图像数据作为环境数据的一部分，通过数据收集上传系统模块上传到云端平台，研究人员对数据分析时，能够综合考虑天气因素，使得对煤气化渣的环境影响和自身改良过程的分析更加全面，提高了研究人员分析煤气化渣改性过程分析的科学性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明所涉及的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法的连接图；

图2是本发明所涉及的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法中环境参数采集模组连接图；

图3是本发明所涉及的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法中内部数据采集模组连接图；

图4是本发明所涉及的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统及其使用方法中数据收集上传系统模块连接图；

其中，11、第一供电模块；12、第二供电模块；13、第三供电模块；14、第四供电模块；15、环境图像采集模组；16、环境参数采集模组；17、内部数据采集模组；18、数据收集上传系统模块；19、云端平台；20、核心处理器。

具体实施例

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1

本实施例介绍了一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统。

参考图1，所述的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统，包括第一供电模块11、第二供电模块12、第三供电模块13、第四供电模块14、环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17、数据收集上传系统模块18、云端平台19。

其中，所述功能模块中，云端平台19在本发明中只需要一个，其余模块都可以包含两个或者两个以上。

所述第一供电模块11、第二供电模块12、第三供电模块13、第四供电模块14在结构上均采用发电板加蓄电池结构；

所述第一供电模块11、第二供电模块12、第三供电模块13、第四供电模块14分别为环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17、数据收集上传系统模块18提供能量。

所述环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17、数据收集上传系统模块18均是无线传感器类型，在结构组成上采用核心处理芯片加传感器的方式，核心处理芯片连接多种数据采集传感器。

进一步的，第一供电模块11、第二供电模块12、第三供电模块13环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17能够共同组成一套功能完整且能够24小时不间断运行的无线数据采集系统；

进一步的，环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17分别将采集到的数据通过无线传输方式实时传给数据收集上传系统模块18。

所述数据收集上传系统模块18是部署在煤气化渣场附近的独立模块，通过4G或者5G无线通信网络将数据传输到云端平台19。

进一步的，数据收集上传系统模块18与第四供电模块14能够共同组成在任何野外进行数据收集和传输的系统。

所述云端平台19主要作用是显示和保存数据收集上传系统模块18传输的数据。

进一步的，本发明中所述的云端平台19可任意使用阿里云、中移物联的onenet云、百度云、华为云等其中一个云端平台。

进一步的，除了保存传感器采集的数据之外，研究人员也能够从云端下载任何一个保存在云端平台19的数据。

本实施例介绍了本发明所涉及的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统，其结构简单，实用价值高。在实施例中监测系统所收集的数据并不保存在本地(煤气化渣场)，而是通过无线通信技术传输到远端，即便本地设备遭受破坏，也不影响前期采集的数据，能够提高监测设备应对极端自然灾害的能力，同时，还可以允许相关研究人员及时查看采集数据。

实施例2

基于上述所述的一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统，本实施例对一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统的使用方法进行说明：

S101、选择一个云端平台19，本次实施例中的云端平台19采用中移物联的onenet云平台，该云平台能够添加大多数现有的无线器件，接收大多数无线设备发送来的数据；显示方式采用表盘式和坐标轴式；

所述表盘式显示实时采集数据，坐标轴式显示历史数据，横轴显示时间长度为一月。

S102、将第一供电模块11、第二供电模块12、第三供电模块13、第四供电模块14分别与环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17、数据收集上传系统模块18连接，实现可持续供电；

所述系统主要部署在无人居住的野外，没有市电的情况下使用，采用太阳能供电模块可以获得源源不断的能量；

优选地，所述第一供电模块11、第二供电模块12、第三供电模块13均采用9V直流电源分别对环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17进行供电；第四供电模块14采用12V直流电源向中数据收集上传系统模块18进行供电。

S103、所述环境参数采集模组16、内部数据采集模组17内分别包括多个传感器类型，分别在无线组网模块CC2530控制下采集煤气化渣场周围大气环境参数和煤气化渣场内部特征参数，并且将采集到的数据通过无线通信方式实时传输到数据收集上传系统模块18；

可以参考图2。

优选地，其中数据无线传输采用Zi

S104、所述环境图像采集模组15中的摄像头能够在无线组网模块CC2530控制下对煤气化渣场进行周期性拍照，将采集到的煤气化渣场图像数据作为环境数据的一部分，并且将照片作为数据通过无线移动通信网络的方式实时传输到数据收集上传系统模块18)；

可选地，其中无线通信的方式采用Zi

S105、最后，将采集到的数据通过数据收集上传系统模块18上传到云端平台19。

进一步的，三种采集不同数据的无线传感器模块都利用太阳能供电模块供电，能够形成功能完整、任意野外数据采集的系统。

监测系统中多数模块都是通过太阳能供电模块供电，可以布置在任何野外环境内能够实现24小时不间断数据采集和数据上传，极大的减少了能源浪费以及人力和物力的投入，也保证了本系统能够长期稳定运行，进而源源不断地获得大量煤气化渣场的数据。

实施例3

基于实施例2，本实施例对一种基于云计算的煤气化渣环境影响智慧监测系统的使用方法进行进一步说明：

请参图2、图3。

所述环境参数采集模组16中包含的传感器有气体温度湿度传感器、PM2.5传感器、CO2气体传感器、硫化氢气体传感器、可燃气体传感器、光照强度传感器、气压传感器、风向和风速传感器至少八种不同的传感器；

所述内部数据采集模组17中包含温湿度传感器、土壤

借助收集的数据，研究人员在对数据分析时，也能够综合考虑天气因素，对煤气化渣的环境影响和自身改良过程的分析更加全面，进而提高了研究人员分析煤气化渣改性过程分析的科学性。

参考图4，所述数据收集上传系统模块18部署在煤气化渣场附近，功能是收集并且上传传感器数据，其采用嵌入式系统电路STM32作为核心处理器20；

进一步的，核心处理器20接收到各组不同传感器传送来的数据后，首先将数据打包，其次上传到云端平台19进行保存和显示，云端数据传输采用4G无线移动通信技术，即借助无线移动通信技术；

需要说明的是：这里所述的核心处理器20只是本申请实施例方案所需要的一个数据处理技术，不在本发明的保护范围。

所述供电模块由太阳能光板和蓄电池组成，蓄电池采用锂电池。首先发光板将电能存储在蓄电池内，然后再由蓄电池对其他模块进行供电。

所述环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17均是无线传感器类型，将传感器采集到的数据利用时分复用方式无线传输到煤气化渣场附近的数据收集上传系统模块18。

所述数据收集上传系统模块18是部署在煤气化渣场附近的独立模块，其功能有收集煤气化渣场附近无线传感器采集的各种数据，并且对数据进行简单处理，最后通过4G或者5G无线通信网络将数据传输到云端平台。

进一步地，第一供电模块11、第二供电模块12、第三供电模块13、环境图像采集模组15、环境参数采集模组16、内部数据采集模组17能够共同组成一套功能完整且可以24小时不间断运行的无线数据采集系统；

所述数据收集上传系统模块18与第四供电模块14能够共同组成在任何野外进行数据收集和处理的系统。

所述系统主要放置在无人的野外进行监测工作，太阳能供电模块可以保证该系统能够长期稳定运行。

实施例中所采用的的技术方案是首次应用于煤气化渣改性研究中，是本发明整个系统中的重要组成部分，而且监测数据并不是保存在本地(煤气化渣场)，而是通过无线通信技术传输到远端，即便本地设备遭受破坏，也不影响前期采集的数据，能够提高监测设备应对极端自然灾害的能力，同时，也便于研究人员对数据的查看。

尽管本发明所采用的部分技术手段是现有的技术，但通过组合式创新性地将各种没有应用于煤气化渣性能改良的技术应用其中，取得了明显的成效，大大提升了煤气化渣性能改良过程中数据收集的问题，更重要的是能够收集纯自然环境状态下的环境数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。