技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种浊度数据处理系统。

背景技术

在环境研究中，烟尘污染是重要的一环，而烟尘污染中又以亚微米颗粒污染对于人体伤害最明显，因此，有必要对于亚微米颗粒污染进行监控分析。然而现有技术中缺乏对于亚微米颗粒污染的自动监控以及自动分析的相关方案。

此外，由于传感元件的滞后性，使得得到的检测数据无法快速反应烟尘含量的变化，因此，有必要对于数据进行敏感性处理，从而使得得到的检测结果反应更加迅速。

对于亚微米颗粒的污染程度进行聚类有利于根据聚类结果进行后续的污染治理，而现有技术中也没有提供自动聚类的方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种浊度数据处理系统。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种浊度数据处理系统，所述浊度数据处理系统由分布式气体浊度处理节点和服务器构成，所述分布式气体浊度处理节点与所述服务器通信；各气体浊度处理节点响应于所述服务器的指令获取气体浊度数据、进行气体浊度数据预处理并将气体浊度数据预处理结果传输至服务器，所述服务器用于根据得到的气体浊度数据预处理结果进行气体浊度数据聚类处理；

所述气体浊度处理节点包括气体浊度数据采集模块和气体浊度数据预处理模块；所述气体浊度数据采集模块包括气体浊度检测模块、气体浊度计算模块、存储器和比较器。

进一步地，所述气体浊度数据采集模块用于获取气体浊度数据；所述气体浊度数据按照采集的时间顺序被按序记录；

所述气体浊度数据预处理模块用于进行气体浊度数据的敏感性处理；所述敏感性处理用于减少数据采集模块采集气体浊度数据的滞后性导致的数据变化过慢，并使得经由敏感性处理后的数据能够更灵敏的反应气体浊度变化。

进一步地，气体浊度数据预处理模块执行下述处理过程：

对气体浊度数据进行关键信息提取；

对关键信息提取结果进行敏感处理；

对敏感处理结果进行整理输出。

进一步地，所述气体浊度检测模块由第一气体浊度检测仪、第二气体浊度检测仪和第三气体浊度检测仪串联构成，所述第一气体浊度检测仪、第二气体浊度检测仪和第三气体浊度检测仪均通过感知光在仪器内部传输过程中的变化来检测气体浊度；

所述第一气体浊度检测仪、第二气体浊度检测仪和第三气体浊度检测仪具备相同的结构；其内部包括光源，在光源出射光传播方向上还设置有光电传感器；所述光电传感器的输出端与高增益运放连接，所述高增益运放与用于将电信号转换为气体浊度的转换器连接，所述转换器与所述气体浊度计算模块连接。

进一步地，所述气体浊度计算模块包括：

气体浊度获取单元，用于获取第一气体浊度检测仪测得的第一浓度ρ₁，第二气体浊度检测仪测得的第一浓度ρ₂，第三气体浊度检测仪测得的第一浓度ρ₃；

聚类中心计算单元，用于计算第一浓度ρ₁、第二浓度ρ₂和第三浓度ρ₃的聚类中心ρ₀；

权重计算单元，用于计算第一浓度ρ₁对应的权重值σ₁，第二浓度ρ₂对应的权重值σ₂和第三浓度ρ₃对应的权重值σ₃；权值的获取函数为其中|ρ₀-ρ_i|标识浓度与聚类中心的欧氏距离；

计算结果输出单元，用于输出气体浓度计算结果；所述计算结果使用加权平均法得到若|ρ₀-ρ_i|，则直接将其对应的ρ_i作为气体浊度计算单元的计算结果。

进一步地，所述服务器包括：

样本集合获取模块，用于获取n个气体浊度处理节点P_i传输的气体浊度样本向量x_i构成样本集合；

不相似性计算模块，用于计算两个样本之间的不相似性，并得到不相似性矩阵；

初始化模块，用于初始化类别；

隶属度计算模块，用于获取各个样本对于类别的隶属度；

贡献度计算模块，用于获取各个样本对于类别的贡献度；

聚类结果输出模块，用于输出基于所述隶属度和贡献度表示的聚类结果。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

本发明的有益效果是：

本发明中提供了分布式气体浊度处理节点和服务器构成的气体浊度数据处理系统，所述系统能够实现气体浊度数据的自动控制采集、分布式气体浊度处理节点的自动监控报警、气体浊度数据的敏感性及聚类处理，显然气体浊度的自动聚类为后续气体浊度的污染治理提供了一种可靠的指标。

附图说明

图1是本实施例提供的气体浊度数据预处理模块处理方法流程图；

图2是本实施例提供的气体浊度数据采集模块框图；

图3是本实施例提供的气体浊度计算模块框图；

图4是本实施例提供的气体浊度数据自动聚类方法流程图；

图5是本实施例提供的气体浊度数据自动聚类装置框图；

图6是本实施例提供的服务器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种浊度数据处理系统，所述浊度数据处理系统由分布式气体浊度处理节点和服务器构成，所述分布式气体浊度处理节点与所述服务器通信。各气体浊度处理节点响应于所述服务器的指令获取气体浊度数据、进行气体浊度数据预处理并将气体浊度数据预处理结果传输至服务器，所述服务器用于根据得到的气体浊度数据预处理结果进行气体浊度数据聚类处理。

所述气体浊度处理节点包括气体浊度数据采集模块和气体浊度数据预处理模块；

所述气体浊度数据采集模块用于获取气体浊度数据；所述气体浊度数据按照采集的时间顺序被按序记录；

所述气体浊度数据预处理模块用于进行气体浊度数据的敏感性处理；所述敏感性处理用于减少数据采集模块采集气体浊度数据的滞后性导致的数据变化过慢，并使得经由敏感性处理后的数据能够更灵敏的反应气体浊度变化。

所述气体浊度数据预处理模块执行下述处理过程，如图1所示：

S101.对气体浊度数据进行关键信息提取。

所述关键信息提取采用下述公式实现P_1(n)＝P_1(n-1)×(1-θ)+P_(n)×θ，其中，P_(n)是第n个采样时刻的气体浊度数据，P_1(n-1)是第n-1个采样时刻对应的关键信息提取结果，P_1(n)是第n个采样时刻对应的关键信息提取结果，θ是提取算子，其在具体的信息提取过程中是常数，其具体数值可以根据实际情况进行设定。

S102.对关键信息提取结果进行敏感处理。

所述预处理采用下述公式实现P_2(n)＝P′_(n-1)×(1-κ)+[χ×(1+Γ)×P_1(n)-χ×P_1(n-1)]×κ，其中，P_2(n)是第n个采样时刻对应的敏感性校正提取结果，P′_(n-1)是第n-1个采样时刻的最终输出结果，κ，χ，Γ均是敏感度处理系数，其具体数值可以根据实际情况进行设定。

S103.对敏感处理结果进行整理输出。

所述整理输出采用下述公式实现P′_(n)＝P_(n)×(1-|P_2(n)-P_(n)|)+P_2(n)×|P_2(n)-P_(n)|，其中P′_(n)是第n个采样时刻的最终输出结果。

当然，在n＝1时，P′_(n)＝P_(n)＝P_1(n)＝P_2(n)。

具体地，所述气体浊度数据采集模块如图2所示，包括气体浊度检测模块、气体浊度计算模块、存储器和比较器。

所述气体浊度检测模块由第一气体浊度检测仪、第二气体浊度检测仪和第三气体浊度检测仪串联构成，所述第一气体浊度检测仪、第二气体浊度检测仪和第三气体浊度检测仪均通过感知光在仪器内部传输过程中的变化来检测气体浊度。若气体浊度增加，则光源发出的光被气体中的亚微米颗粒的吸收和折射就会增加，仪器内部的光检测器感测的光通量减少。

具体地，所述第一气体浊度检测仪、第二气体浊度检测仪和第三气体浊度检测仪具备相同的结构。其内部包括光源，在光源出射光传播方向上还设置有光电传感器。所述光电传感器的输出端与高增益运放连接，所述高增益运放与用于将电信号转换为气体浊度的转换器连接，所述转换器与所述气体浊度计算模块连接。所述第一气体浊度检测仪、第二气体浊度检测仪和第三气体浊度检测仪中的光源波长不同，在一个可行的实施例中，分别为450nm，500nm，550nm，光电传感器对光谱的响应范围均是400-600nm。本发明实施例中对于光源波长的选用原则在于：在探知气体中亚微米颗粒浓度的同事尽量避免水蒸气和二氧化碳对于光源衰减的影响。

所述气体浊度计算模块如图3所示，包括：

气体浊度获取单元，用于获取第一气体浊度检测仪测得的第一浓度ρ₁，第二气体浊度检测仪测得的第一浓度ρ₂，第三气体浊度检测仪测得的第一浓度ρ₃。

聚类中心计算单元，用于计算第一浓度ρ₁、第二浓度ρ₂和第三浓度ρ₃的聚类中心ρ₀。聚类中心的计算方法可以参考现有技术。

权重计算单元，用于计算第一浓度ρ₁对应的权重值σ₁，第二浓度ρ₂对应的权重值σ₂和第三浓度ρ₃对应的权重值σ₃。权值的获取函数为其中|ρ₀-ρ_i|标识浓度与聚类中心的欧氏距离。

计算结果输出单元，用于输出气体浓度计算结果。所述计算结果使用加权平均法得到若|ρ₀-ρ_i|，则直接将其对应的ρ_i作为气体浊度计算单元的计算结果。

计算结果输出单元得到的气体浊度计算结果作为步骤S101的气体浊度数据的数据源。

所述存储器用于存储历次的气体浊度计算结果，所述比较器用于比较最近计算得到的两次气体浊度之间的气体浊度差。若所述气体浊度差的绝对值大于预设的第一阈值，则向服务器发布聚类驱动请求，若所述气体浊度差的绝对值大于预设的第二阈值，则向服务器发布报警指令。

具体地，所述第一阈值小于所述第二阈值，若所述气体浊度差的绝对值大于预设的第一阈值，则引发服务器对于各个气体浊度监测点处气体浊度的重新采集以及重新聚类；若所述气体浊度差的绝对值大于预设的第二阈值则提示所述气体浊度监测点附近发生异常，向服务器发布报警指令。

在与服务器进行交互的过程中，所述气体浊度监测点响应于服务器发布的气体浊度采集指令，开始进行气体浊度的采集。

具体地，所述气体浊度采集指令包括气体浊度采集次数和气体浊度采集时间间隔。响应于所述气体浊度采集指令，所述气体浊度监测点生成一个计数器、一个定时器，所述计数器用于记录采集气体浊度的次数，定时器驱动所述气体浊度监测点采集气体浊度。在每一次得到气体浊度后，将气体浊度值压入气体浊度队列并进行敏感性处理，待敏感性处理完成后，得到由敏感处理结果构成的气体浊度样本向量，并将所述气体浊度样本向量传输至服务器。

所述服务器进行气体浊度数据自动聚类，如图4所示，包括：

S201.获取n个气体浊度处理节点P_i传输的气体浊度样本向量x_i构成样本集合。

S202.计算两个样本之间的不相似性，并得到不相似性矩阵R＝{r_ij}_n*n。

S203.初始化类别ω。

具体地，本发明实施例中初始化三个类别，在其它可行的实施例中对于初始化类别不做限定。类别个数在本发明实施例中使用c表示。

S204.获取各个样本对于类别的隶属度。

S205.获取各个样本对于类别的贡献度。

S206.输出基于所述隶属度和贡献度表示的聚类结果。

具体地，所述隶属度以u表示，u_ik表示样本向量x_i对类别ω_k的隶属度，所述贡献度以v表示，v_kj表示样本向量x_j对类别ω_k的贡献权重。

隶属度根据公式(一)：计算，贡献度根据公式(二)：可见，以样本向量为输入，根据公式(一)和公式(二)进行迭代计算，从而得到各个样本向量对于类别的隶属度和贡献度。公式(一)和公式(二)中的φ和β为与聚类精度有关的常数。

本发明实施例还公开了一种气体浊度数据自动聚类装置，如图5所示，包括：

样本集合获取模块，用于获取n个气体浊度处理节点P_i传输的气体浊度样本向量x_i构成样本集合。

不相似性计算模块，用于计算两个样本之间的不相似性，并得到不相似性矩阵。

初始化模块，用于初始化类别。

隶属度计算模块，用于获取各个样本对于类别的隶属度。

贡献度计算模块，用于获取各个样本对于类别的贡献度。

聚类结果输出模块，用于输出基于所述隶属度和贡献度表示的聚类结果。

本发明的装置实施例中与方法实施例基于同样地发明构思。

本发明的实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质可用于保存用于实现实施例中需要用到的的程序代码。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络设备中的至少一个网络设备。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：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。

具体地，图6是本发明实施例提供的一种服务器结构示意图，所述服务器结构可以用于运行气体浊度数据自动聚类装置。该服务器800可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(centralprocessingunits，CPU)822(例如，一个或一个以上处理器)和存储器832，一个或一个以上存储应用程序842或数据844的存储介质830(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器832和存储介质830可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质830的程序可以包括一个或一个以上模块(图示未示出)，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器822可以设置为与存储介质830通信，在服务器800上执行存储介质830中的一系列指令操作。服务器800还可以包括一个或一个以上电源826，一个或一个以上有线或无线网络接口850，一个或一个以上输入输出接口858，和/或，一个或一个以上操作系统841，例如WindowsServerTM，MacOSXTM，UnixTM，LinuxTM，FreeBSDTM等等。上述方法实施例所执行的步骤可以基于该图6示的服务器结构。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见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，所揭露的终端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或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，可以是电性或其它的形式。

所述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或者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网络单元上。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单元可以集成在一个处理单元中，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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

需要说明的是：上述本发明实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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。