《人工智能在环境监测领域中应用问题研究》5000字

人工智能在环境监测领域中的前沿应用综述报告目录TOC\o"1-2"\h\u8344人工智能在环境监测领域中的前沿应用 122631摘要 13251关键字：环境监测；人工智能；质量 128945前言 117124一、人工智能在环境监测领域运用 22195（一）智能浇灌系统 27742（二）PM2.5及甲醛检测系统 28327（三）补光系统 310619（四）土壤温湿度检测电路 34640二、人工智能远程监测的运用 329923（一）视频监控系统 316634（二）数据传输系统 424642（三）测量土壤PH值系统 45551三、人工智能在环境监测领域数据处理 58652（一）温湿度传感器数据分析 51463（二）可燃气体传感器数据处理 522751（三）甲醛传感器数据处理 723452（四）灰尘传感器数据处理 813306总结 818831参考文献 9摘要随着人工智能在环境监测领域的发展，市场上也涌现出琳琅满目的便携式环境质量检测设备，如颗粒物浓度检测仪、甲醛浓度检测仪等，这些设备所检测的对象具有一定的针对性，报警方案多数为声光报警，且不具备人工智能在环境监测当中的检测功能，需要用户去监测点现场采集、测量和记录。近几年，随着国内人工智能技术的发展，针对环境监测而涌现出各种人工智能数据检测平台，具备远程检测功能的环境质量检测系统正式步入普通消费者手中。智能化小型的基于人工智能嵌入式服务器的环境质量检测系统将是更好的选择。关键字：环境监测；人工智能；质量前言伴随着现在青年人老年人对生活品质的追求，21世纪的发展已经让人们从怎么生存变成了怎么更好的生活，而随着技术的进步，人们生活的发展，环境监测领域的发展就变得尤为重要，不仅对于全球温度升高与环境污染的严重性来说很重要，而且也是人们对绿色环境的急切需要来讲很重要。当前生活节奏的过快，对于自己想对绿化做出贡献的打工人来说很难，但是难不意味着不需要，另一方面，随着生活越来越智能化，针对环境监测领域的发展也是急需，由于当前社会的对于环境监测领域的维护更多还是在于人工，智能的环境监测领域的发展对于现在的发展很重要。因此，本文中提出了一种人工智能在环境监测领域的远程监控还设置了警报这一模块，使人工智能真正为环境监测领域做出贡献，使环境监测问题变得简单。一、人工智能在环境监测领域运用（一）智能浇灌系统土壤湿度检测电路、报警控制电路、显示控制电路、键盘、微型水泵监控电路是组成这套监测系统的主要部件。环境监测领域土壤湿度传感器率先对当前土壤湿度情况进行了监测,进而将土壤湿度信号转换为可被单片机接收和理解的模拟信号，人工智能单片机对其数据进行了采集、分析和处理后,将这些数据以模拟形式输出并由人工智能系统自动地控制各类水泵正常运转和运行的状态,从而可以达到根据所需要求进行环境监测并发出相关信息。它还通过人工智能系统将数据链连接到移动客户端,使得主机用户可以随时、任意地看到自己身处的环境。人工智能系统中主要采用了一个继电器和一个自动电磁阀2w160-15完成了自动泵的开始泵和浇水的控制操作,人工智能系统控制是由一台单片式主机上的p1.0口制器进行自动控制，这样就可以较好的监测并改善环境。（二）PM2.5及甲醛检测系统人工智能系统控监测环境分别选择夏普第二代化和一代化的fb.5传感器，ggp2y1051au0f和cjcjmcu-1100。通过一个控制串口直接用来检查进入输出端和周围环境的各种有害物质。此时,可以将一个人工智能移动设备应用程序通过一个msp430主控台的芯片接口进行视频显示,并通过一个无线网络协议将移动数据发送到一个移动设备应用。（三）补光系统人工智能系统与太阳能电池板结合,当照明强度小于一定值时,启动补光系统,为一定环境领域内的植物提供所需的光能。在人工智能系统的设计和构建当中,用户还可以选择一个常规单片机所使用需要的3.3v的电压来作为人工智能系统的一个电源和输入的电压,然后继电器仅仅只是需要5v的电压就已经足够了。也正是因为如此,我们才能够直接地通过选择12v的电压向人工智能系统当中的自动浇水的模块中心点进行一段式供电,然后再通过三段式调压器7805将12v的电压转化成5v的电压从而进行一段式的输出,输出3.3v的电压可以为单片机提供高频电源。（四）土壤温湿度检测电路人工智能系统在环境监测当中还可以采用yl-69土壤传感器，对土壤水分信号进行检测的重要系统组成部分。其通过调理电路将接收到的模拟新欢转化为模拟电信号，紧接着通过交流接口从单片机的p6.1端口进行输入。电压计算机Im393是组成这个调节电路的重要元件,而又因为调理电路输入的模拟信号与数字信号相比，其精确性更为重要，所以环境情况监测出来后直接将模拟信号传送给人工智能系统，让其进行判断工作，从而缩短检测土壤湿度的时间，并最终可以更为灵敏地进行检测。当土壤含水量相对较高时,传感器对于人工智能系统的电压输入很小,当其他土壤含水量相对较低时,传感器对于人工智能系统的电压输入很大,所以对于其他地区土壤含水量地测量可以直接通过测量电压平均值地方法来进行准确的估算，最终让土壤含水量保持在一个可控范围内。人工智能系统能通过提前设定的环境监测参数来对其相关的土壤湿度做出判断，并通过人工智能系统设定传感器阈值和电压的方法进行操作。人工智能系统通过对电压是否超过阈值进行判断来对土壤湿度进行判定，并最终决定是否需要激活自动浇水板块进行浇水。二、人工智能远程监测的运用（一）视频监控系统智能检测技术是利用计算机和相关设备，实现智能化和自动化的过程。本次设计的智能检测技术是由传感器技术和嵌入式系统技术相结合，再由嵌入式技术连接降温系统实现智能的温控，在智能检测应用方面主要是利用网络知识和网络策略、实时动态建模、人工智能、在线检测等技术，主要是可以实现自动接收信息，实时测量、监视和自诊断的技术。实时监控环境信息,了解外观环境信息,是否变化。人工智能远程主要目的是检测备用水源数据是否全部正常。监测一定空间内当启动开关停止或闭合时,mcu输出一个低电平以接收到报警模块。人工智能远程的电路选用了单片机p4.2口进行控制。当水量达到饱和值时,人工智能远程mcu将输出一个警式蜂鸣器。（二）数据传输系统人工的智能检测在技术发展中不断完善自身，最后分为三层，第一层被称为初级智能化检测，初级智能化检测就是把传统检测的设备与微处理器或者微型计算机相结合，主要的功能是实现数据自动化采集、记录和存储，在初级智能化检测的控制方面一般采用较为简单的控制界面，在控制界面中输入各种常量来进行控制。第二层被称为中级智能化检测，中级智能化检测就是要求检测的系统要有自治功能，具有自动区域监控、自动诊断、机器学习、指标决策和控制功能。第三层被称为高级智能化检测，高级智能化检测就是结合人工智能和探测技术，利用人工智能的原理和技术改善传统的勘探方法，高级智能化检测功能具有知识处理功能、多维检测、数据融合功能、网络通信与远程控制功能和视觉听觉高级检测功能。当前的系统将环境的所有相关资料通过gprs将传递给客户的手机app,移动端用户也可以直接访问服务器来获取资料,使得用户第一时间可以直接通过对其环境监测来实时监控环境的所有相关资料。（三）测量土壤PH值系统远程监控可以让网络监控器和控制台交换数据实现远程监控，具体的理解就是监控者不在监控摄像头或者其他收集数据的设备附近，通过远端网络设备对现场情况进行查看，这样就算监管者在异地也可以查看现场的情况。该系统将环境中所有的相关资料通过gprs传输给用户,移动设备用户也可以直接登录服务器,人工智能系统就能实时掌握环境中所有的相关资料。测量土壤PH值系统还可以通过实现远程监控网络要有几个组成条件，分别是前端、中间传输部分和后端。远程监控网络主要是在网络的规划上，而其他前端如，摄像头和传感模块都是很成熟的模块，远程监控网络的流程就是由前端的传感器收集数据，再由中间传输部分将数据连接到网络上传输到后端的服务器，再由服务器传到云平台，最后实现远程监控。三、人工智能在环境监测领域数据处理（一）温湿度传感器数据分析通过阅读DHTM-02S使用手册，不难发现该环境监测领域电压与温湿度之间具有线性关系，其具体参数如表3-1所示：表3-1温湿度传感器输出电压与温湿度关系表由表中可以明显看出温湿度与模拟电压输出之间的线性关系。将数据导入MATLAB中进行散点曲线拟合，可以得到以下公式：（3-1）其中T表示温度，单位为℃，表示传感器实际输出电压，单位为V。（3-2）其中H代表湿度，单位为%RH，表示传感器实际输出电压，单位为V。（二）可燃气体传感器数据处理可燃气体传感器MQ9可以检测CO、丙烷，丁烷等众多可燃气体。查阅其使用手册，可以得到其灵敏度特性曲线，也即特性曲线，如图3-1所示。图3-1MQ9灵敏度特性曲线其中表示可燃气体浓度；表示不同气体不同浓度下气敏元件电阻；表示1000ppmLPG中气敏元件电阻。参照MQ9使用手册还可得到以下条件：（3-3）其中为负载电阻，为10；为供电电压，为5V。由图3-1可得散点数据如表3-2所示。表3-2散点数据表将表中数据导入MATLAB中进行散点图曲线拟合之后，得到与之间的关系：=-0.0032+2.1539（3-4）当可燃气体浓度为0时，代入式（3-4）中，可得此时（3-5）通过采集二十次传感器输出电压取平均值，可得此时=0.85V。由公式（3-3）可得（3-6）代入=0.85V，得。将代入式（4-5）中得。由关系式（4-4），（4-6）及，联立得：（3-7）化简得到可燃气体浓度与输出电压之间关系式：（3-8）（三）甲醛传感器数据处理查阅甲醛传感器MS-1100数据手册，可以得出甲醛浓度与甲醛传感器实际输出电压并不是线性关系，而是类似于对数的非线性关系。其浓度与电压关系如图3-2所示，具体浓度与电压对应数值表如表3-3所示。图3-2甲醛浓度与传感器输出电压关系图表3-3甲醛浓度与传感器输出电压对应数值表根据表中数据关系，在MATLAB中建立散点图并对曲线进行拟合，精确到2阶时得出甲醛浓度与传感器输出电压之间的关系式：（3-9）其中表示甲醛浓度，单位为ppm。表示传感器实际输出电压，单位为V。也即：（3-10）（四）灰尘传感器数据处理灰尘传感器GP2Y1014AU0F具有检测空气中微小颗粒物浓度的功能，查询其使用手册，发现其所测得的灰尘浓度与输出电压为非线性关系，二者关系如图3-3所示。利用该关系图中关键节点数据，可得表3-4，该表反映了灰尘浓度与传感器输出电压数值上的对应关系。图3-3灰尘浓度与输出电压关系图表3-4灰尘浓度与输出电压数值对应表与甲醛数据处理方法相同，将表中数据导入MATLAB，建立散点图并根据曲线拟合公式，当精确度为二阶时，得到灰尘浓度与传感器输出电压之间的关系为：（3-11）其中表示灰尘浓度，单位，表示传感器输出电压，单位V。总结人工智能的环境监测系统的智能化大大提高了环境治理工作的工作效率。随着科技的不断发展，环境监测技术的不断完善，现在已经初步实现环境监测系统的智能化发展，这个系统已经能够对环境监测的各个环节实行实时监控，推进环境监测水平的提高。本文基于科技的不断发展，现在人工智能下的环境监测基本实现自动化，监测的过程基本实现计算机化，监测设备也越来越便捷，先进的设备能够提高环境监测工作的准确率和工作效率。

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