【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境监测，尤其涉及一种基于物联网的环保监测管理系统。
技术介绍
1、随着科技的不断进步和人类社会的迅速发展，人们对环境质量和生态平衡的关注逐渐升温。环境问题的复杂性和严重性使得传统的监测方法和管理手段逐渐显得滞后。因此，基于物联网的环保监测管理系统应运而生，为我们更深入、全面地了解和管理环境提供了新的途径。随着城市化进程的加速，工业、交通、农业等活动不断增加，导致大气污染、水质恶化、土壤污染等环境问题不断升级。同时，气候变化、自然灾害频发也使得环境监测的需求日益迫切。传统的环境监测方法存在采样点有限、数据更新慢、反应不灵敏等问题，难以满足当今快速变化的环境条件下的实时监测需求。
2、经检索，中国专利号cn106301988a公开了基于物联网的环保监测信息管理系统，该专利技术虽然保证信息的实时性、稳定性，实现各设备间的信息互享，但是智能化水平低下，增加计算复杂度，降低系统的环境监测效率；此外，现有的环保监测管理系统增加存储空间的浪费，云端存储的利用效率低下，增加数据存储的过度消耗，为此，我们提出一种基于物联网的环保监测管理系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种基于物联网的环保监测管理系统，通过mcts搜索方法选择访问次数最多或奖励值最高的子节点对应的动作，并将其作为最优动作反馈至环境分析模块，之后环境分析模块依据反馈信息优化分析过程，提高数据处理的智能化水平，能够迅速调整分析方法，保持高效性和准确性，减小计算复
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种基于物联网的环保监测管理系统，包括传感器、环境分析模块、模拟优化模块、数据传输模块、云端服务器、数据管理模块、历史分析模块、能耗优化模块、监测调整模块、管理平台、告警模块以及报告生成模块；
4、所述传感器用于实时采集环境数据；
5、所述环境分析模块用于对传感器采集的大量环境数据进行分析；
6、所述模拟优化模块用于优化环境数据分析过程；
7、所述数据传输模块用于将采集的数据传输到云端服务器；
8、所述云端服务器用于存储和管理从各传感器采集到的数据，并提供数据访问接口；
9、所述数据管理模块用于对云端存储的数据进行智能管理；
10、所述历史分析模块用于对历史环境数据进行分析，并形成趋势和周期性报告；
11、所述能耗优化模块用于优化传感器和系统的能耗；
12、所述监测调整模块用于自动调整传感器参数和监测频率；
13、所述管理平台用于对各组数据可视化处理，以供用户实时了解环境状况；
14、所述告警模块用于对环境异常的实时监测，并进行告警；
15、所述报告生成模块用于依据各组数据自动生成环境报告。
16、作为本专利技术的进一步方案，所述传感器具体包括空气质量传感器、水质传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、光照传感器、噪声传感器、振动传感器、气象传感器、二氧化碳传感器以及甲醛传感器。
17、作为本专利技术的进一步方案，所述环境分析模块数据分析具体步骤如下：
18、步骤一：将传感器采集的原始环境数据进行预处理，之后将处理后的环境数据按照时间序列组织，以形成输入序列，再通过机器学习算法或统计学方法对时间序列数据进行特征提取；
19、步骤二：将处理后的数据集划分为训练集、验证集和测试集，通过随机初始化或预训练的方式，初始化分析网络的权重和偏置，再将训练集分批次送入分析网络中；
20、步骤三：分析网络对每组小批量的训练数据进行前向传播，以获取分析网络的预测输出，再计算预测输出与实际标签之间的损失，根据计算出的损失值，通过反向传播算法计算梯度，adam优化器根据该网络梯度信息更新参数；
21、步骤四：在每组训练周期结束后，使用验证集评估分析网络的性能，若验证集上的网络性能没有提升或开始恶化，则提前停止训练，同时监控验证集上的损失，根据分析网络性能评估情况，调整分析网络的超参数；
22、步骤五：当每一次训练结束后，保存对应的网络参数，当训练组全部训练完成后，停止训练，使用测试集评估性能最优的分析网络性能，并将其当作最终模型部署到管理平台中；
23、步骤六：将处理后的新数据输入已经训练好的分析网络中，通过双向门控循环单元学习输入数据的时序特征，并输出相应的分析结果，再对分析结果进行后处理与解释，可视化展示预测的环境参数变化趋势。
24、作为本专利技术的进一步方案，步骤三所述损失值具体计算公式如下：
25、
26、式中，n代表样本数量；c代表类别数量；yij代表样本i的实际标签中第j个类别的实际值；代表模型对样本i的实际标签中第j个类别的预测概率。
27、作为本专利技术的进一步方案，步骤一所述原始环境数据预处理具体步骤如下：
28、步骤1：依据各组原始环境数据确定中值滤波的窗口大小，之后对于每组电平数据点，在滤波窗口内选取相邻的多组数据点，知再将选取的窗口内数据进行排序，并确定中间位置的数值，再将确定的中值替代当前数据点；
29、步骤2：重复进行中值选择以及数据替换步骤，以对后续原始环境数据点进行迭代，直至每组数据点都被窗口内排序后的中值所取代，并将不完整的窗口数据视为一个周期，对波数据的开头和结尾处进行滤；
30、步骤3：遍历去噪后的原始环境数据，并计算其均值以及标准差，再依据计算出的均值和标准差对相应的原始环境数据进行标准化处理，之后将各组标准化后数据的绝对值与预设异常阈值比较；
31、步骤4：若该组绝对值超过预设异常阈值，则将数据标记为异常值，并将对应数据点替换为缺失值，之后检测各组原始环境数据中存在的缺失值，并通过插值法对各组缺失值进行填充；
32、步骤5：将所有原始环境数据的日期时间格式统一为相同的标准格式，根据各组原始环境数据的时间戳监测采集的数据中是否存在重复数据，并筛除重复数据，再检查数据之间的逻辑关系，以确保数据的合理性。
33、作为本专利技术的进一步方案，所述模拟优化模块分析过程优化具体步骤如下：
34、步骤①：初始化一组树结构，同时使该树的节点存储表示环境数据的状态，以及每个状态的访问次数和累计奖励值，并将当前系统的分析状态作为树的根节点；
35、步骤②：从树的根节点开始，通过ucb选择策略选择一组节点，并对选择的节点进行扩展，生成可能的下一状态以形成新的子节点，对扩展得到的子节点通过模拟或采样数据，获取该节点的奖励值；
36、步骤③：将模拟阶段得到的奖励值回溯更新每组经过的节点的访问次数和奖励值，并重复执行选择、扩展、模拟和回溯的步骤，通过多次迭代不断更新树结构的信息；
37、步骤④：在预设的迭代次数或时间内，根据当前树结构的信息，选择访问次数最多或奖本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，包括传感器、环境分析模块、模拟优化模块、数据传输模块、云端服务器、数据管理模块、历史分析模块、能耗优化模块、监测调整模块、管理平台、告警模块以及报告生成模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，所述传感器具体包括空气质量传感器、水质传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、光照传感器、噪声传感器、振动传感器、气象传感器、二氧化碳传感器以及甲醛传感器。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，所述环境分析模块数据分析具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，步骤三所述损失值具体计算公式如下：
5.根据权利要求3所述的一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，步骤一所述原始环境数据预处理具体步骤如下：
6.根据权利要求3所述的一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，所述模拟优化模块分析过程优化具体步骤如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的
...【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，包括传感器、环境分析模块、模拟优化模块、数据传输模块、云端服务器、数据管理模块、历史分析模块、能耗优化模块、监测调整模块、管理平台、告警模块以及报告生成模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，所述传感器具体包括空气质量传感器、水质传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、光照传感器、噪声传感器、振动传感器、气象传感器、二氧化碳传感器以及甲醛传感器。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的环保监测管理系统，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，刘丽，彭瑶，刘咏妍，吴飞，刘小芳，付娉婷，
申请(专利权)人：重庆市生态环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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