基于Android的多傳感器信息融合技術(shù)應(yīng)用

　　介紹基于Android的多傳感器信息融合技術(shù)在氣溶膠自動(dòng)化檢測(cè)中的應(yīng)用。多個(gè)傳感器采用統(tǒng)一接口方式組網(wǎng)，每一個(gè)獨(dú)立傳感器采集的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸?shù)骄W(wǎng)內(nèi)的Android處理終端進(jìn)行融合和分析。通過對(duì)5種傳感器進(jìn)行組網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，結(jié)果證明多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用增強(qiáng)了信息處理系統(tǒng)的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了傳感器之間的數(shù)據(jù)互補(bǔ)，提高了系統(tǒng)的便攜性和移動(dòng)性。

　　引言

　　氣溶膠的檢測(cè)方法和儀器很多，不同方法及儀器的適應(yīng)范圍不同，各種檢測(cè)儀器間的信息存在互補(bǔ)性。不同儀器采用的協(xié)議類型和接口方式不同，給使用和實(shí)時(shí)檢測(cè)帶來很大不便。氣溶膠涵蓋的物質(zhì)種類繁多，成分復(fù)雜，單一儀器往往只能采集一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)。傳統(tǒng)方案在

　　多參數(shù)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的應(yīng)用加劇了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了系統(tǒng)的適應(yīng)性及便捷操作性。

　　測(cè)量氣溶膠的空氣動(dòng)力學(xué)粒譜儀、積分濁度儀、掃描遷移率粒譜儀、黑碳儀和Q-Trak Plus室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器能夠準(zhǔn)確測(cè)量不同性質(zhì)的氣溶膠參數(shù)，但是各種傳感器的測(cè)量結(jié)果常常出現(xiàn)不一致的情況，因此需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比分析。氣溶膠的幾種測(cè)量儀器的結(jié)果互為補(bǔ)充，通過對(duì)比和綜合分析，可以得到氣溶膠的綜合性質(zhì)，對(duì)大氣激光傳輸、輻射傳輸計(jì)算等方面有重要的意義。

　　本文提出的多傳感器信息融合方法，將多種儀器采用統(tǒng)一接口方式進(jìn)行組網(wǎng)，每種儀器獨(dú)立采集數(shù)據(jù)互不影響，通過Android平臺(tái)處理終端對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、分析和評(píng)價(jià)，對(duì)觀測(cè)、分析和融合大氣氣溶膠數(shù)據(jù)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

　　1 多傳感器信息融合系統(tǒng)架構(gòu)

　　本系統(tǒng)中主要使用5種傳感器測(cè)量儀器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和分析：

　?、貯PS～3321型空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀是高性能、多用途的新一代粒子測(cè)量儀器，主要用來測(cè)量空氣動(dòng)力學(xué)粒徑(0.5～20μm)和光散射強(qiáng)度(0.37～20 μm)。

　　②IN-3550型積分濁度計(jì)主要用來進(jìn)行長期的可視距離監(jiān)控和地面及空中空氣質(zhì)量的研究，它能夠連續(xù)不斷地檢測(cè)空中粒子光散射系數(shù)。

　　③SMPS-3936型掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀主要用來測(cè)量空氣中直徑在0.01～1 μm范圍內(nèi)的顆粒物粒徑。

　?、躋T-8554型室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)器主要用來測(cè)量二氧化碳和一氧化碳的濃度、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、新風(fēng)量、估計(jì)露點(diǎn)、濕球溫度和室外空氣百分比等。

　?、軦E-31型黑碳儀可以同時(shí)測(cè)量370 nm、470 mm、520 nm、590 nm、660 nm、880 nm和950 nm的黑碳?xì)馊苣z質(zhì)量濃度，提供比較全面的黑碳?xì)馊苣z光學(xué)吸收性質(zhì)數(shù)據(jù)信息。

　　5種測(cè)量儀器均支持RS232的接口通信標(biāo)準(zhǔn)，分別通過RS232連接藍(lán)牙模塊，ARM端信息融合應(yīng)用系統(tǒng)通過藍(lán)牙接收并存儲(chǔ)這5種儀器采集的數(shù)據(jù)。在一個(gè)藍(lán)牙微微網(wǎng)中主節(jié)點(diǎn)最多可以有7個(gè)從節(jié)點(diǎn)，并且允許多至256個(gè)從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)保持在休眠狀態(tài)。藍(lán)牙的發(fā)射距離一般為10 m，通過增大發(fā)射功率可達(dá)100 m。組網(wǎng)方案中采用藍(lán)牙進(jìn)行組網(wǎng)，完全可以滿足短距離無線通信的需要。結(jié)合實(shí)際情況，整個(gè)系統(tǒng)的組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

　　ARM平臺(tái)Android處理終端采用ARM處理器，256MB內(nèi)存，4.3英寸真彩LCD觸摸屏，分辨率480×272，方便操作，可清晰顯示采集的數(shù)據(jù)曲線;配備2G SD卡，保證了長時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ);同時(shí)，搭載當(dāng)下最熱門的谷歌移動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)Android2.2。

　　2 信息融合軟件

　　考慮到信息融合軟件的便捷操作和實(shí)用性，本信息融合軟件主要包括數(shù)據(jù)接收模塊、文件管理模塊和設(shè)置管理模塊。圖2為信息融合軟件的主界面。

　　圖3為信息融合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主程序流程。

　　2.1 數(shù)據(jù)接收模塊

　　數(shù)據(jù)接收模塊主要實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)曲線的繪制和存儲(chǔ)。通過繼承Android平臺(tái)下的Service類，建立5個(gè)儀器可以同時(shí)后臺(tái)執(zhí)行的數(shù)據(jù)采集服務(wù);配合Notification的便捷操作，實(shí)現(xiàn)不同儀器數(shù)據(jù)采集界面的切換。數(shù)據(jù)接收模塊程序流程如圖4所示。

　　儀器端藍(lán)牙同ARM端藍(lán)牙建立連接后開始數(shù)據(jù)傳輸，信息融合系統(tǒng)開始采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)繪制數(shù)據(jù)曲線。圖5為5種儀器同時(shí)在后臺(tái)運(yùn)行的Notification效果圖。圖6～圖10分別為QT-8554、APS-3321、SMPS-3936、IN-3550、AE-31的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖。

　　2.2 文件管理模塊

　　文件管理模塊主要為查看歷史數(shù)據(jù)文件而設(shè)計(jì)，提供隨時(shí)查看、分析歷史數(shù)據(jù)的功能。對(duì)歷史數(shù)據(jù)文件的操作主要有數(shù)據(jù)信息查看和數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)。另外，為了更直觀地反映數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，歷史數(shù)據(jù)文件操作模塊中采用數(shù)據(jù)曲線還原方案，再現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程中的數(shù)據(jù)曲線，并提供曲線的放大縮小查看模式，便于查看數(shù)據(jù)變化情況。

　　圖11為數(shù)據(jù)曲線查看功能的效果圖。其中圖11(a)為打開曲線查看模式后的初始模式。為便于查看較大數(shù)據(jù)文件，本軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用Android下自定義view的形式，設(shè)計(jì)了查看曲線的picview控件。添加觸控操作，可以方便地左右滑動(dòng)以查看各個(gè)階段的數(shù)據(jù)。圖11(b)顯示

　　了向右滑動(dòng)picview后的效果圖。由于數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)種類較多，軟件中設(shè)計(jì)了單一數(shù)據(jù)曲線模式，通過“切換” 按鈕轉(zhuǎn)換到圖11(c)所示效果，并可以通過點(diǎn)擊左右箭頭實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)曲線間的切換。