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

　　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[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(shí)時(shí)檢測(cè)帶來(lái)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QTrak 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?jī)x器的結(jié)果互為補(bǔ)充，通過(guò)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(guò)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?jī)x器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和分析：

　?、?APS3321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?jī)x器，主要用來(lái)測(cè)量空氣動(dòng)力學(xué)粒徑(0.5~20 μm)和光散射強(qiáng)度(0.37~20 μm)[2].

　　② IN3550型積分濁度計(jì)主要用來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)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)[3].

　?、?SMPS3936型掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀主要用來(lái)測(cè)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(zhì)監(jiān)測(cè)器主要用來(lái)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[5].

　?、?AE31型黑碳儀可以同時(shí)測(cè)量370 nm、470 nm、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[6].

　　5種測(cè)量?jī)x器均支持RS232的接口通信標(biāo)準(zhǔn)，分別通過(guò)RS232連接藍(lán)牙模塊，ARM 端信息融合應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)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(guò)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(wú)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。

　　圖1 多傳感器信息融合系統(tǒng)組網(wǎng)方案

　　ARM平臺(tái)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(zhǎng)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。

　　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(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(guò)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。

　　圖4 數(shù)據(jù)接收模塊程序流程