基于Android的多傳感器信息融合技術在氣溶膠自動化檢測中的應用

　　引言

　　氣溶膠的檢測方法和儀器很多，不同方法及儀器的適應范圍不同，各種檢測儀器間的信息存在互補性[16].不同儀器采用的協(xié)議類型和接口方式不同，給使用和實時檢測帶來很大不便。氣溶膠涵蓋的物質種類繁多，成分復雜，單一儀器往往只能采集一個或幾個參數(shù)。傳統(tǒng)方案在多參數(shù)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的應用加劇了系統(tǒng)的復雜程度，降低了系統(tǒng)的適應性及便捷操作性。

　　測量氣溶膠的空氣動力學粒譜儀、積分濁度儀、掃描遷移率粒譜儀、黑碳儀和QTrak Plus室內(nèi)空氣質量監(jiān)測器能夠準確測量不同性質的氣溶膠參數(shù)，但是各種傳感器的測量結果常常出現(xiàn)不一致的情況，因此需要對測量結果進行綜合對比分析。氣溶膠的幾種測量儀器的結果互為補充，通過對比和綜合分析，可以得到氣溶膠的綜合性質，對大氣激光傳輸、輻射傳輸計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)一接口方式進行組網(wǎng)，每種儀器獨立采集數(shù)據(jù)互不影響，通過Android平臺處理終端對采集的數(shù)據(jù)進行融合、分析和評價，對觀測、分析和融合大氣氣溶膠數(shù)據(jù)具有一定的應用價值。

　　1 多傳感器信息融合系統(tǒng)架構

　　本系統(tǒng)中主要使用5種傳感器測量儀器對數(shù)據(jù)進行采集、存儲和分析：

　?、?APS3321型空氣動力學粒徑譜儀是高性能、多用途的新一代粒子測量儀器，主要用來測量空氣動力學粒徑(0.5~20 μm)和光散射強度(0.37~20 μm)[2].

　?、?IN3550型積分濁度計主要用來進行長期的可視距離監(jiān)控和地面及空中空氣質量的研究，它能夠連續(xù)不斷地檢測空中粒子光散射系數(shù)[3].

　?、?SMPS3936型掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀主要用來測量空氣中直徑在0.01~1 μm范圍內(nèi)的顆粒物粒徑[4].

　　④ QT8554型室內(nèi)空氣品質監(jiān)測器主要用來測量二氧化碳和一氧化碳的濃度、溫度、相對濕度、風速、新風量、估計露點、濕球溫度和室外空氣百分比等[5].

　?、?AE31型黑碳儀可以同時測量370 nm、470 nm、520 nm、590 nm、660 nm、880 nm和950 nm的黑碳氣溶膠質量濃度，提供比較全面的黑碳氣溶膠光學吸收性質數(shù)據(jù)信息[6].

　　5種測量儀器均支持RS232的接口通信標準，分別通過RS232連接藍牙模塊，ARM 端信息融合應用系統(tǒng)通過藍牙接收并存儲這5種儀器采集的數(shù)據(jù)。在一個藍牙微微網(wǎng)中主節(jié)點最多可以有7個從節(jié)點，并且允許多至256個從節(jié)點與主節(jié)點保持在休眠狀態(tài)。藍牙的發(fā)射距離一般為10 m,通過增大發(fā)射功率可達100 m.組網(wǎng)方案中采用藍牙進行組網(wǎng)，完全可以滿足短距離無線通信的需要。結合實際情況，整個系統(tǒng)的組網(wǎng)方案設計如圖1所示。

　　圖1 多傳感器信息融合系統(tǒng)組網(wǎng)方案

　　ARM平臺Android處理終端采用ARM處理器，256 MB 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，保證了長時間數(shù)據(jù)存儲;同時，搭載當下最熱門的谷歌移動嵌入式操作系統(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。

　　圖2 軟件主界面

　　圖3 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。通過繼承Android平臺下的Service類，建立5個儀器可以同時后臺執(zhí)行的數(shù)據(jù)采集服務;配合NotificatiON的便捷操作，實現(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。

　　圖4 數(shù)據(jù)接收模塊程序流程